新型纳米结构印迹材料的合成及毒品的电化学检测研究

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氯胺酮是滥用时间较长,滥用范围较广的一类毒品。而芬太尼是近几年出现的一种毒性最强的毒品。通常含有毒品的生物检材(血样、尿样及唾液等),存在大量的干扰物,使对毒品的定性、定量分析具有较大难度。因此建立准确、灵敏、快速,同时具有较高特异识别能力的测定毒品的方法对于快速侦察破案工作都具有重要意义。分子印迹聚合物(MIPs)由于具有特异性识别空腔结构,对所指定的模板分子具有记忆鉴定功能,能够应用于各种场合以及复杂的环境中。通过引入纳米材料,如磁性材料(Fe3O4)、共价有机框架(COFs)以及石墨烯(r GO)等,可以赋予分子印迹聚合物一些新的功能和特点,不仅克服了聚合物在磁性、导电性等方面的缺陷,而且增加了聚合物的应用范围,提高了材料的适用性。本论文以氯胺酮(KT)和阿芬太尼(AFEN)为检测对象,以磁性Fe3O4、COFs、碳材料为载体,通过表面分子印迹技术,制备出新型纳米印迹聚合物,并用于电化学传感器的检测研究。具体内容如下:(1)使用密度泛函理论(DFT)方法,在Windows系统下采用高斯软件(Gauss16)进行理论仿真。借助Gaussian View 5.0程序在原子水平上优化了KT的分子构型,得到KT最低能量无虚频的稳定分子构型。利用模拟计算逐步分选出最适宜制备KT-MIPs的功能单体以及印迹占比。以KT为模板分子,分别以甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酰胺(AM)、2-烯丙疏基烟酸(ANA)、乙酰胺基丙烯酸(AAA)为单一功能单体,主要研究模板分子和各种功能单体之间相互作用的能力,以此分选出最优的功能单体。计算了在不同印迹比例时产生的功能复合物的电子能量、氢键数目、键长、有效相互作用位点和NBO电荷的转化趋势等。在小分子水平上研究KT与MAA、AM、ANA、AAA功能单体在不同印迹比例时产生的有效相互作用。最后选出制备性能优异的分子印迹聚合物的最适合的功能单体为MAA,以及最佳聚合比例是KT:MAA=1:4。(2)以KT和MAA为模板分子和功能聚合单体,以乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂,KT:MAA:EGDMA为1:4:30,磁性Fe3O4纳米颗粒为载体,采用表面印迹聚合法制备KT-Fe3O4-MIPs复合材料。通过吸附实验考查Fe3O4-MIPs印迹材料对KT的吸附性能以及选择性。通过Langmuir和Freundlich模型描述其等温吸附平衡现象。结果表明,Fe3O4@MIPs和Fe3O4@NIPs对KT的理论最大吸附量分别为33.9905 mg·g-1和15.7307 mg·g-1。Fe3O4@MIPs上的结合位点分布均匀,对KT的吸附容量较大,且Fe3O4@MIPs有较强的选择能力,对KT的吸附有着专一的识别性。(3)将制备的KT-Fe3O4-MIPs印迹材料修饰磁性电极,构筑KT-Fe3O4-MIPs-m GCE电化学传感器,通过电化学表征证明KT-Fe3O4-MIPs对KT的吸附性。通过方波伏安法(SWV)在5.0 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液(含0.1 mol·L-1 KCl)中测定KT的含量,在1×10-12~4×10-4 mol·L-1的浓度范围内,峰电流与KT浓度呈现良好的线性关系,检出限为8×10-13 mol·L-1。所构建的电化学传感器展现出优异的选择性和稳定性,应用于生活污水中氯胺酮含量的检测,结果令人满意。(4)使用微波辅助合成法制备出共价有机骨架材料(COFs),采用傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)表征所合成的COFs材料。该材料与有优异导电性的还原氧化石墨烯(r GO)相结合,构建COFs@r GO/GCE电化学传感器用于灵敏检测阿芬太尼(AFEN)。实验优化了检测条件,在p H 7.38、1/15 mol·L-1的PBS溶液中该传感器对浓度为2×10-8~7.26×10-6 mol·L-1的AFEN有着较好的线性范围,检出限为6.7×10-9 mol·L-1,并且该传感器成功应用于尿液中阿芬太尼的测定。
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