电化学原位制备分子印迹聚合物及其表征

论文摘要

分子印迹聚合物是一种模拟天然受体识别能力的人工合成材料,其基本原理是将目标分子作为模板,与功能单体、交联剂一起发生聚合反应生成高度交联的聚合物,然后将印迹分子抽提出来,在聚合物的骨架上便留下了与印迹分子在空间结构和化学官能团均互补的识别部位（孔穴）。目前关于金属离子印迹聚合物的研究报道有很多,但由于单个金属离子体积小,结构特征不明显,所以文献中一般都选用能和金属离子形成配位键的功能单体,使功能单体和金属离子通过配位键形成特定的结构。此外,很多金属离子具有较高的电化学活性,所以不宜利用电化学方法来合成金属离子印迹聚合物。本文利用螯合剂乙二胺四乙酸盐（EDTA）跟金属离子形成螯合物,抑制了金属离子的电化学活性,然后以Metal-EDTA螯合物为模板,邻苯二胺为功能单体,采用循环伏安法原位合成了Metal-EDTA印迹聚合物膜,合成的聚合物膜对模板分子具有很好的特异性结合能力,在重金属检测方面有一定的应用前景。本论文主要研究工作归纳如下:1.对邻苯二胺的电化学聚合条件进行考察以循环伏安法研究了邻苯二胺在不同pH值的溶液中电化学聚合的过程,利用紫外-可见吸收光谱对可溶性低聚物和高聚物薄膜进行了表征,发现当聚合溶液的pH值大于5.0时,有利于邻苯二胺在电极表面形成聚合度较高的聚邻苯二胺薄膜。2.在石英晶振片表面原位合成Metal-EDTA印迹聚合物膜利用循环伏安法在石英晶振片表面原位合成了Metal-EDTA印迹聚合物膜,并利用紫外-可见吸收光谱、X射线光电子能谱、傅里叶红外光谱和扫描电子显微镜等对合成的印迹聚合物进行了表征,结果证明了Metal-EDTA螯合物被成功地包覆在聚合物中,且推断出模板分子和聚合物之间主要通过氢键相互作用。利用差分脉冲伏安法证明了包覆在聚合物膜中的Metal-EDTA螯合物能够被有效地洗脱,从而在聚合物中留下印迹孔穴。3.对Metal-EDTA印迹聚合物的特异性结合能力进行研究利用石英晶体微天平分别研究了Cu（II）-EDTA、Zn（II）-EDTA、Fe（III）-EDTA和Cd（II）-EDTA印迹聚合物的特异性结合能力。四种印迹聚合物对各自的模板分子均表现出了明显的选择性结合能力,并且石英晶体微天平的频率响应大小和溶液中模板分子的浓度在10-6 - 10-4 mol/L范围内呈线性关系,利用这段线性关系可以达到对不同金属离子检测的目的。此外,还计算了分子印迹聚合物对模板分子及其类似物的结合常数,并分析了影响其选择性结合能力的因素是由金属离子的半径和电子结构,及其和EDTA形成的螯合物的构型共同决定的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 分子印迹技术简介
• 1.2 分子印迹聚合物的制备方法
• 1.2.1 本体聚合
• 1.2.2 原位聚合
• 1.2.3 悬浮聚合
• 1.2.4 乳液聚合
• 1.2.5 表面印迹
• 1.3 分子印迹聚合物的应用
• 1.3.1 分离领域的应用
• 1.3.2 催化领域的应用
• 1.3.3 临床药物分析领域的应用
• 1.3.4 传感领域的应用
• 参考文献
• 第二章 实验
• 2.1 实验试剂
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 电极
• 2.2 实验仪器
• 2.2.1 常规仪器
• 2.2.2 电化学石英晶体微天平（EQCM）
• 2.2.3 紫外-可见分光光度计（UV-Vis）
• 2.2.4 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.2.5 X 射线光电子能谱（XPS）
• 2.2.6 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）
• 参考文献
• 第三章 分子印迹聚合物的电化学合成及表征
• 3.1 前言
• 3.2 邻苯二胺电化学聚合的研究
• 3.2.1 邻苯二胺电化学聚合机理
• 3.2.2 实验部分
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.3 Cu（Ⅱ）-EDTA 印迹聚合物的制备与表征
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 分子印迹聚合物特异性结合能力的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Cu（Ⅱ）-EDTA 印迹聚合物的特异性结合能力
• 4.3.2 Zn（Ⅱ）-EDTA 印迹聚合物的特异性结合能力
• 4.3.3 Fe（Ⅲ）-EDTA 印迹聚合物的特异性结合能力
• 4.3.4 Cd（Ⅱ）-EDTA 印迹聚合物的特异性结合能力
• 4.3.5 分子印迹聚合物结合常数的计算
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文及专利
• 致谢