基于复合传感材料和选择性探针的电化学和光学传感器的研究

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载体型传感器由于其能够实现对被分析物快速,高灵敏度,高选择性的检测和实时动态的监测,已经广泛应用于化学,生物医学,环境监测,食品医药等领域。本论文以传感技术理论知识为基础,针对当前载体型传感器在应用中存在的问题,通过研究并应用新的传感材料和传感技术,提高载体型传感器的各项性能指标,如提高对特种离子的选择性,缩短传感器的响应时间,提高传感信号稳定性等。本论文具体展开了三方面的工作:  (1)设计了一种将室温离子液体(BMIMPF6)作为最新添加剂的新型硫酸根离子选择性电化学传感器。该传感器是将由增塑剂、聚氯乙烯(PVC)、硫酸根离子载体、阴离子交换剂和离子液体(BMIMPF6)组成的传感膜直接覆于金电极表面制备而成。62.5wt%的离子液体能够均匀兼容在PVC-DOS里,形成透明、均匀,并具有良好弹性的传感膜。与使用传统材料的传感器相比,添加离子液体(BMIMPF6)能显著提高传感器对亲水性硫酸根离子的选择性,大大降低了亲脂性阴离子,如NO3-,SCN-,ClO4-,对硫酸根离子检测的干扰。另外,基于这种离子液体复合材料的传感器对硫酸根离子具有较宽的检测范围(10-5~10-2M)和较快的响应时间(小于200s)。  (2)设计并制备了一种基于高分子聚合物-碳纳米管复合材料的固接离子选择性电化学传感器。该传感器是将由增塑剂、聚氯乙烯(PVC)、离子选择性载体、离子交换剂以及分散在聚合物中的多壁碳纳米管组成的传感膜直接覆于金电极表面制备而成的。5wt%的嵌段聚合物PEO-PPO-PEO(F-127)、聚乙烯丙烯酸(PEAA)、甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸丁酯共聚物(MMA-BA)等都可以均匀地分散MWCNTs,这些复合材料与PVC-DOS具有良好的兼容性,能够形成均匀的脂性膜。MWCNTs在整个体系中不仅可以起到衔接离子导电与电子导电过程的作用,还显著提高了传感膜的憎水性,抑制了固体电极与传感膜界面上水层的形成。与传统固接电极相比此类电极极大地提高了传感信号(电位值)的稳定性。  (3)我们利用新合成的罗丹明类荧光显色载体开发出了高敏感度的光极薄膜传感器。将离子载体、离子交换剂和罗丹明探针以合适的比例溶解固定在憎水性的高分子膜中,通过载体和交换剂的作用,可以使溶液中的被测离子进入膜内,引起膜内氢离子浓度的变化,从而改变罗丹明探针的荧光信号。含有铜离子载体和罗丹明探针的光极在pH值5.5时展现了对铜离子的纳摩尔检测极限。通过引入惰性氟硼荧衍生物B作为参比染料,在显色载体与参考染料中间建立了一个荧光共振能量转移的过程,以便实现荧光比例测量。通过在膜中引入不同种类的离子载体,达到检测不同种类的金属离子的目的。此种选择性光极显示出较宽的响应范围,良好的重复性和快速的响应时间。
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