生活饮用水中含Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)离子荧光检测薄膜的制备及性能研究

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食品安全问题一直是全球关注的重要问题。其中水质安全问题影响着我们生活的各个方面。地球上的淡水资源十分匮乏,生活饮用水的安全问题很大程度上关系着人类的基本生存问题。水中的有毒污染物,尤其是一些重金属离子,在水中结构复杂,难以降解,对人们的身体健康危害极大,因此,人们对水中的重金属含量十分关心。传统检测方法虽然有较低的检测限,但存在需要大型仪器或专业的检测人员等问题,限制了其在实际中的应用,而荧光检测由于其反应快速且操作简单的优点受到广泛关注,引起了研究人员极大的兴趣。因此,考虑到人类的健康问题,迫切需要开发出一种简单有效的检测方法,能够快速、原位的检测出饮用水中的重金属离子。为此,本文做了以下研究:(1)Eu-DBN稀土配合物的重金属离子荧光检测选择EuCl3·6H2O(六水合氯化铕)和配体DBN(1,3-二苯基-1.3-丙二酮)成功合成了阴离子镧系元素配合物(HNEt3)+[Eu(DBN)4]-(简称Eu-DBN),并利用红外光谱、紫外可见光谱和X-射线粉末衍射分析对该材料进行了一系列的表征实验,证明了该材料的成功合成。该材料具有优异的荧光性能,发光强度高,在紫外灯下有着强烈的红光发射,同时具有良好的水稳定性,其荧光强度在水中能保持至少72 h,并且在p H值为5-12范围内的酸碱水环境中保持着较好的荧光强度。重要的是,Eu-DBN可以作为化学传感器,以荧光淬灭的形式对铁离子(Fe3+)、铬酸根离子(CrO42-)和重铬酸根离子(Cr2O72-)表现出极高的选择性和灵敏度,检测限低至微摩尔水平(Fe3+阳离子为1.3×10-12 M,CrO42-阴离子为9.7×10-8 M,Cr2O72-阴离子为1.1×10-8 M),同时该材料具有良好的循环性,在去除离子后荧光强度能够在短时间内恢复,并且能够反复使用至少5次以上,最后,通过理论计算的方法对Eu-DBN检测铁离子(Fe3+)、铬酸根离子(CrO42-)和重铬酸根离子(Cr2O72-)的检测机理做出了验证。可以看出Eu-DBN是一种潜在的检测水中重金属离子的材料,具有很高的实用价值。(2)检测薄膜Eu-DBN-SM的重金属离子荧光检测将Eu-DBN掺入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中,成功制备出了荧光薄膜Eu-DBN-SM。该薄膜继承了Eu-DBN的荧光性能,发光强度高,在紫外灯下表现出强烈的红光。同样以荧光淬灭的形式对铁离子(Fe3+)、铬酸根离子(CrO42-)和重铬酸根离子(Cr2O72-)也表现出良好的选择性和敏感度。其检测限分别为铁离子(Fe3+):9.7×10-8M、铬酸根离子(CrO42-):1×10-3 M、重铬酸根离子(Cr2O72-):3.4×10-7 M。循环性良好,可以至少检测五次以上。同时,作为检测薄膜,将薄膜分别浸入含有铁离子(Fe3+)、铬酸根离子(CrO42-)和重铬酸根离子(Cr2O72-)的水溶液中,表现出肉眼可见的荧光淬灭,在取出后荧光又瞬间恢复。因此该薄膜可以做到不需要检测仪器仅通过视觉上荧光淬灭的方式实现随时随地的对生活饮用水中的铁离子(Fe3+)、铬酸根离子(CrO42-)和重铬酸根离子(Cr2O72-)进行快速、原位的检测,实现了重金属离子检测的可视化,很大程度上简化检测的过程,拥有很高的实用前景。
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