硝基芳烃检测用荧光材料的制备及其传感性能研究

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硝基芳烃类化合物可应用于制造炸药等爆炸物,也是典型的有机污染物,并具有一定程度的致癌性,因此它对社会、生态环境,和人们的生活环境等构成了严重威胁。因此,探索如何快速准确的检测空气、土壤、溶液中的硝基芳烃类化合物的方法吸引了许多研究者得注意。就目前的应用来看,检测硝基芳烃类化合物的方法最引人瞩目的是荧光法,其中又以共轭荧光聚合物的研究居多。其原理是基于硝基芳烃类化合物中的硝基可以吸引传感高分子中的电子,导致电荷转移,进而使得传感材料的荧光性能发生变化来实现检测的。但是,共轭聚合物荧光传感材料在实际应用中有很多的不足,比如,在应用其检测溶液中的硝基芳烃类化合物时,聚合物会在溶液中溶胀溶解,使得传感元素泄露到待测体系中,这样不仅会污染待测体系,也使得荧光传感材料的荧光性能降低,无法继续使用,另外,共轭聚合物分子缠结较为紧密,荧光团较多的都包埋在材料内部,并且其分子间隙较小,使得硝基芳烃难于在聚合物中扩散,致使这类荧光传感器的响应速度慢。综合这些因素都阻碍了单纯的共轭聚合物作为荧光传感器的发展。为了解决使用荧光传感方法检测硝基芳烃类化合物的过程中所遇到的问题,本论文结合已有文献及本课题组过去所做工作的经验积累,制备了一种以咔唑为荧光传感基团、以玻璃片作为基质材料的检测硝基芳烃类化合物的薄膜材料,测试了他们的荧光性能,对制备这一材料的温度季浓度条件进行探讨,并研究了它们对硝基芳烃类化合物的荧光传感性能。(1)介绍了咔唑作为荧光传感基团检测硝基芳烃类化合物的荧光特性,探讨了不同浓度DNT的甲苯溶液对其荧光的猝灭效果。按照文献方法首次以咔唑和γ-氯丙基甲基二甲氧基硅烷制备γ-咔唑基甲基二甲氧基硅烷的方法,并对产物γ-咔唑基甲基二甲氧基硅烷进行了表征。(2)对普通的玻璃瓶进行羟基化处理,并接枝上所制备的γ-咔唑基甲基二甲氧基硅烷,制备成咔唑荧光基团修饰的玻璃片。对所得到的玻璃片进行了接触角、XPS、及荧光的表征。通过改变激发波长测定玻璃片的荧光光谱、将玻璃片浸入到溶剂中一定时间后分别测定玻璃片和浸泡过玻璃片的溶剂的荧光光谱,证明γ-咔唑基甲基二甲氧基硅烷是以化学键结合于玻璃片表面的。(3)对反应的温度、浓度条件进行探讨,测定玻璃片的荧光强度和接触角的值,得到了反应最适宜的温度和浓度条件非别为70℃和0.5%。(4)选择了多种不同的猝灭剂对其选择性及灵敏度进行研究,结果表明,此材料对DNT响应最为明显即选择性最高,能够应用于对硝基化合物的检测(5)对所制备的荧光材料进行重复利用的实验,结果表明,材料在对DNT溶液进行检测的过程中,性能稳定,并且荧光强度不会有明显的降低,可以多次重复使用,这也是使材料能够实际应用的必要条件。综上,在本课题中制备的以咔唑荧光团为传感元素的材料在检测硝基芳烃方面具相对于其他种类的传感器具有不可比拟的优势,咔唑以单层分子的形式通过化学键作用接枝到玻璃基片的表面,这样的结构大大增强了材料的稳定性,减少了荧光基团向溶液中泄露的现象,另外,咔唑荧光基团都排布再基质的表面,这有效的增大了硝基芳烃与荧光团的接触面积并使得硝基芳烃类化合物非常容易渗透到荧光基团的内部从而缩短了两者之间的接触响应时间,更好的发挥了荧光检测手段的高灵敏度,响应快速等优点。
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