以HMS为载体的固载型传感器的制备及对水中汞离子的检测

论文摘要

汞是最具有毒害性的重金属元素之一,因此,对生物体和环境中汞的检测引起了人们极大的关注。光化学传感器作为检测汞离子（Hg2+）的方法之一,能够避免使用价格昂贵,操作复杂的仪器,同时具有选择性好、灵敏度高、并且能够快速便捷进行现场检测等优点。但是有机化合物光化学传感器最大缺点是不能循环使用。为解决此问题,提高光化学传感器的检测性能,本文以纯硅中孔分子筛HMS为载体,选用不同连接体,合成了一系列对Hg2+具有优良检测能力并且能够循环使用的固载型光化学传感器。论文主要内容如下：采用氨丙基三乙氧基硅（APTES）作为连接体,以正向法和反向法合成固载型光化学传感器RhB-APTES-HMS.结果表明,APTES的引入破坏了载体HMS的内部孔道结构,致使固载后的样品RhB-APTES-HMS不具有蠕虫状孔道结构。与反向法相比,以正向法制备的样品RhB-APTES-HMS具有对Hg2+更强的检测能力,同时具有优良的选择性及竞争检测能力。四丙基氢氧化铵能够将检测Hg2+后的样品RhB-APTES-HMS再生,从而实现了样品RhB-APTES-HMS循环使用。采用异氰酸酯基三乙氧基硅烷（Tri）作为连接体,以正向法和反向法合成固载型光化学传感器RhB-Tri-HMS。结果表明,Tri的引入未破坏载体HMS的内部蠕虫状孔道结构,仅对载体HMS的外表面有破坏现象。与正向法相比,以反向法制备的样品RhB-Tri-HMS具有对Hg2+更强的检测能力,并且样品RhB-Tri-HMS司样具有优良的选择性及竞争检测能力。同时,样品RhB-Tri-HMS对低浓度Hg2+的检测具有高灵敏性,其检测下限为0.1ppb,络合常数为1.71×104M-1,大于分子探针RhB-Probe的络合常数（3.22×103M-1）,说明固载后的样品RhB-Tri-HMS对于Hg2+的络合能力大于分子探针RhB-Probe对Hg2+的络合能力。四丙基氢氧化铵的加入同样能够实现样品RhB-Tri-HMS的循环使用。采用金纳米颗粒作为连接体,合成固载型光化学传感器Au-HMS-Probe。结果表明,金纳米颗粒作为连接体不仅未破坏载体HMS的内部蠕虫状孔道结构,而且保留了载体HMS的光滑的外表面。样品Au-HMS-Probe对Hg2+具有很好的检测能力,并且具有优良的选择性及竞争检测能力；样品Au-HMS-Probe对低浓度Hg2+的检测下限为7×10-8M,与Hg2+的络合比为1：1,络合常数为3.7×105M-1。四丙基氢氧化铵的OH-的引入使样品Au-HMS-Probe再生,实现了样品Au-HMS-Probe循环使用。与硅烷化试剂作为连接体制备的两种样品相比较,样品Au-HMS-Probe不仅具有更强的检测Hg2+的能力,同时其固载过程简单,固载条件温和,完好的保留了载体Au-HMS的外表面及内部孔道结构,固载后的样品Au-HMS-Probe对于Hg2+的络合能力更强,更好的体现了固载的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 汞污染及其危害
• 1.3 汞离子的检测方法
• 1.4 荧光分子探针
• 1.5 载体的选择
• 1.5.1 介孔分子筛
• 1.5.2 介孔分子筛HMS的特征
• 1.6 固载型光化学传感器的发展
• 1.7 课题的选择
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料
• 2.2 实验仪器
• 2.3 光化学传感器的制备
• 2.3.1 分子探针的合成
• 2.3.2 载体的制备
• 2.3.3 载体的表面修饰
• 2.3.4 固载型光化学传感器的合成
• 2.4 材料的表征
• 2.4.1 透射电镜（TEM）
• 2.4.2 扫描电镜（SEM）
• 2.4.3 X射线粉末衍射（XRD）
• 2.4.4 傅立叶变换红外光谱（FT-IR）
• 2.4.5 紫外可见漫反射（UV-vis）
• 2.4.6 热重分析（TG）
• 2.4.7 元素分析
• 2.4.8 物理吸附
• 2.4.9 高分辨质谱
• 2.4.10 荧光光谱仪
• 2.5 检测方法
• 2.5.1 样品的滴定实验
• 2.5.2 样品的选择性实验
• 2.5.3 阳离子竞争性实验
• 2.5.4 pH滴定实验
• 2.5.5 络合常数的计算
• 2.5.6 检测下限的测定
• 2.5.7 循环使用实验
• 2+的检测性能'>3 RhB-APTES-HMS的合成及其对Hg²⁺的检测性能
• 3.1 引言
• 3.2 RhB-APTES-HMS的合成
• 3.2.1 正向法合成RhB-APTES-HMS
• 3.2.2 反向法合成RhB-APTES-HMS
• 2+的检测性能对比'>3.3 正向法合成的RhB-APTES-HMS对Hg²⁺的检测性能对比
• 3.3.1 APTES用量对样品荧光强度的影响
• 3.3.2 RhB-APTES固载量对检测性能的影响
• 2+的检测性能对比'>3.4 反向法合成的RhB-APTES-HMS对Hg²⁺的检测性能对比
• 3.4.1 染料RhB的固载时间对样品性能的影响
• 3.4.2 染料RhB的固载量对样品性能的影响
• 3.4.3 APTES用量对样品性能的影响
• 3.5 RhB-APTES-HMS的表征
• 3.5.1 扫描电镜
• 3.5.2 高分辨透射电镜
• 3.5.3 小角X射线衍射
• 3.5.4 氮气物理吸附
• 3.5.5 傅立叶变换红外光谱
• 2+的检测性能'>3.6 RhB-APTES-HMS对Hg²⁺的检测性能
• 2+对RhB-APTES-HMS荧光光谱的影响'>3.6.1 Hg²⁺对RhB-APTES-HMS荧光光谱的影响
• 2+的选择性'>3.6.2 RhB-APTES-HMS对Hg²⁺的选择性
• 3.6.3 RhB-APTES-HMS对金属离子的竞争检测能力
• 3.6.4 RhB-APTES-HMS的循环使用性能
• 3.7 小结
• 2+的检测性能'>4 RhB-Tri-HMS的合成及其对Hg²⁺的检测性能
• 4.1 引言
• 4.2 RhB-Tri-HMS的合成
• 4.2.1 分子探针RhB-Probe的合成
• 4.2.2 正向法合成RhB-Tri-HMS
• 4.2.3 反向法合成RhB-Tri-HMS
• 2+的检测性能'>4.3 RhB-Probe对Hg²⁺的检测性能
• 2+对RhB-Probe吸收光谱的影响'>4.3.1 Hg²⁺对RhB-Probe吸收光谱的影响
• 2+对分子探针RhB-Probe荧光光谱的影响'>4.3.2 Hg²⁺对分子探针RhB-Probe荧光光谱的影响
• 2+的络合比及络合常数'>4.3.3 RhB-Probe和Hg²⁺的络合比及络合常数
• 2+的检测性能对比'>4.4 不同合成方法制备的样品对Hg²⁺的检测性能对比
• 4.5 RhB-Tri-HMS的表征
• 4.5.1 扫描电镜
• 4.5.2 高分辨透射电镜
• 4.5.3 小角X射线衍射
• 4.5.4 氮气物理吸附
• 4.5.5 紫外可见漫反射
• 4.5.6 傅立叶变换红外光谱
• 4.5.7 元素分析
• 2+的检测性能'>4.6 RhB-Tri-HMS对Hg²⁺的检测性能
• 2+对RhB-Tri-HMS荧光光谱的影响'>4.6.1 Hg²⁺对RhB-Tri-HMS荧光光谱的影响
• 4.6.2 RhB-Tri-HMS络合常数的测定
• 4.6.3 pH值对RhB-Tri-HMS荧光光谱的影响
• 4.6.4 RhB-Tri-HMS响应时间的测定
• 4.6.5 RhB-Tri-HMS检测下限的测定
• 2+的选择性'>4.6.6 RhB-Tri-HMS对Hg²⁺的选择性
• 4.6.7 RhB-Tri-HMS对金属离子的竞争检测能力
• 4.6.8 RhB-Tri-HMS的循环使用性能
• 4.6.9 RhB-Tri-HMS与RhB-Tri-MCM-41比较
• 4.7 小结
• 2+的检测性能'>5 Au-HMS-Probe的合成及其对Hg²⁺的检测性能
• 5.1 引言
• 5.2 Au-HMS-Probe的合成
• 5.2.1 有机物修饰Au-HMS
• 5.2.2 染料RhB及有机物修饰Au-HMS
• 5.2.3 分子探针RhB-Probe修饰Au-HMS
• 5.3 有机物修饰Au-HMS
• 5.4 染料RhB及有机物修饰Au-HMS
• 2+的检测性能对比'>5.5 分子探针RhB-Probe修饰Au-HMS对Hg²⁺的检测性能对比
• 5.5.1 Au负载量对样品性能的影响
• 5.5.2 固载时间对样品性能的影响
• 5.5.3 溶剂对样品性能的影响
• 5.5.4 分子探针RhB-Probe负载量对样品性能的影响
• 5.6 Au-HMS-Probe的表征
• 5.6.1 扫描电镜
• 5.6.2 高分辨透射电镜
• 5.6.3 小角X射线衍射
• 5.6.4 广角X射线衍射
• 5.6.5 氮气物理吸附
• 5.6.6 紫外可见漫反射
• 5.6.7 傅立叶变换红外光谱
• 5.6.8 元素分析
• 2+的检测'>5.7 Au-HMS-Probe对Hg²⁺的检测
• 2+对Au-HMS-Probe紫外吸收光谱的影响'>5.7.1 Hg²⁺对Au-HMS-Probe紫外吸收光谱的影响
• 2+对Au-HMS-Probe荧光光谱的影响'>5.7.2 Hg²⁺对Au-HMS-Probe荧光光谱的影响
• 5.7.3 Au-HMS-Probe络合常数的测定
• 5.7.4 Au-HMS-Probe响应时间的测定
• 5.7.5 Au-HMS-Probe检测下限的测定
• 2+的选择性及竞争检测能力'>5.7.6 Au-HMS-Probe对Hg²⁺的选择性及竞争检测能力
• 5.7.7 Au-HMS-Probe的循环使用性能
• 5.8 小结
• 结论
• 参考文献
• 本论文创新点
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 作者简介