Fe3O4@SiO2磁性纳米链的组装及其分析应用

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Fe3O4磁性纳米粒子作为典型的磁性纳米材料,具有超顺磁性和大的饱和磁化强度等优点。将Fe3O4纳米粒子进行功能化修饰并自组装成一维、二维结构,可以得到新的物理化学性质,因而日益受到人们关注。然而,利用较为简单的自组装方法获得稳定的大尺寸一维Fe3O4磁性纳米链结构目前研究还较少,其应用范围更亟待拓展。因此,本文首先合成了较大尺寸的Fe3O4@SiO2一维纳米链,再对其进行不同的功能化修饰。在此基础上,分别探索了一维纳米链在重金属离子去除和流动注射化学发光分析中的应用。研究结果表明,大尺寸一维Fe3O4磁性纳米链作为固定相填料,不仅可以保有与零维纳米粒子相当的功能化位点,而且具有链式堆积独特的较大空隙。这种较好的通透性有望在连续操作工艺系统以及流动注射分析中得到进一步应用。论文分四章,具体内容如下:
  第一章绪论,首先对纳米材料的基本性质,尤其是Fe3O4纳米粒子的性质和合成方法进行了概述;其次介绍了磁性纳米粒子的自组装及其研究现状。最后提出了本论文的设想。
  第二章利用溶剂热反应合成了Fe3O4纳米粒子,并在硅烷化试剂存在下,借助外加磁场实现了较大尺寸一维Fe3O4@SiO2磁性纳米链的组装;最后,利用TEM、SEM、红外光谱和振动样品磁强计等手段对产物进行了结构表征和磁学性质考察。
  第三章以3-氨丙基三乙氧基硅烷为氨基化试剂,对一维Fe3O4@SiO2纳米链进行了功能化修饰,考察了其对Pb2+离子吸附去除。该吸附过程符合Langmuirisotherm二级吸附动力学模型,吸附去除率及重复使用性能与零维纳米粒子相当。上述结果表明,一维组装仍保有与零维纳米粒子相当的功能化位点。同时,链式堆积独有的较大空隙也赋予了较好的通透性,这不仅方便了间歇式操作模式下的实际洗脱过程,也有望进一步用于流动去除装置中。
  第四章在Fe3O4@SiO2纳米链上固定葡萄糖氧化酶,通过实验条件的优化,成功将其与流动注射系统偶联,实现了葡萄糖的流动注射化学发光分析检测。实验结果表明,纳米链作为固定化酶载体,能保留与零维磁性粒子相当的催化位点,并能有效克服零维固定相流通性差难题,顺利实现与流动注射系统的偶联。这为构建高效固定化酶流动注射分析系统奠定了实验基础。
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