基于铀酰的含芴和偕胺肟共轭聚合物荧光传感器

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铀是核裂变的关键元素。随着人类对非化石能源的需求持续增长,铀的使用量不断增加。但铀又具有放射性和毒性并能在生物体内累积,且铀酰易溶于水溶液中,在环境中产生迁移。因此即使痕量的铀也将对生态环境和生物安全产生危害,所以对于痕量铀的检测是人们最为关心的问题。目前,已开发出许多监测铀酰离子的方法,包括原子吸收光谱法,电感耦合等离子体质谱法,离子色谱法和电化学法。尽管这些分析方法灵敏度高,但需要使用昂贵的大型机器,复杂而严格的实验条件以及较高的运行成本。与这些方法相比,荧光是检测金属离子的一种简单、快速、高选择性和低成本的方法。目前铀酰离子的聚合荧光传感器成为了研究热点。但文献报道的铀酰聚合荧光传感器还存在着一些不足,比如检测体系中有机溶剂比例高、检测限达不到纳摩尔水平、响应时间长和存在较多干扰离子等,这些都影响着传感器对铀酰离子的检测。为此本论文以偕胺肟功能化聚芴制得铀酰的共轭荧光聚合物,探讨其对铀酰离子的荧光性能和机制。具体工作内容如下:1、介绍了对荧光共轭聚合物化学传感器的工作原理,总结荧光共轭聚合物传感器在金属离子、阴离子、生物分子中的应用以及UO22+离子荧光共轭传感器研究现状。2、设计并合成了一种含有偕胺肟基团的荧光共轭聚合物传感器P2。并进行了以下研究:(1)利用红外光谱和核磁碳谱确定了目标产物P2的结构。(2)探究各种条件,如溶剂中水的含量、pH值、作用时间对传感器P2与UO22+作用时荧光性能的影响,发现了该传感器能在较高的水体系中应用,同时获得了P2对UO22+的最佳荧光响应条件:pH=6.0,响应时间t=5 min,溶剂V(N,N-二甲基乙酰胺):V(水)=20:80。(3)研究了各种阳离子(Zn2+,Mg2+,Dy3+,Eu3+,Ca2+,Cd2+,Zr4+,La3+,Sm3+,Th4+,Ag+,Co2+,Al3+,Mn2+,Cr3+,Fe3+,Ni2+,Hg2+,Pb2+,Ba2+,Na+,Cu2+,Bi2+,K+,Cs+,Nd3+,VO2+,Sr2+和In+)对P2检测UO22+的影响。结果表明该共轭聚合荧光传感器对UO22+具有优异的选择性,特别是镧系和锕系金属离子对其也无干扰。(4)建立了P2对UO22+的荧光检测方法,该聚合物传感器对铀酰离子浓度在10-200 nM范围内具有良好的线性关系(R2=0.9918),并且检出限可达到7.4×10-99 M。并将该检测方法成功应用于实际水样中铀酰离子的检测,且该传感器较文献报道的传感器有一定的优势。(5)采用第一性原理进行模拟和氢谱滴定以及红外光谱确定了P2与UO22+的作用模式,提出了UO22+与P2的荧光淬灭机理。
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