一类阴离子比色传感器的制备

论文摘要

阴离子检测和识别已经广泛的应用在环境、化学、生物、催化和医药领域。比色传感器（生色传感器）是化学传感器的一种,比色合成传感器可直接进行“裸眼”识别而不借助于昂贵的仪器。近年来人们设计合成了多种比色阴离子受体,然而基于材料的比色阴离子受体还很少见报道。本文设计合成了一种新型的比色阴离子受体（4-（4-羟基苯乙烯）-1-（3-（三乙氧基硅）丙基）吡啶盐,简称为HSTESPS）,并将HSTESPS固载到材料上,研究了该受体及功能化材料对阴离子的识别能力,可喜的发现表面修饰的SiO2材料可选择性的识别F-和AcO-,并且可以循环使用。论文主要工作概述如下：第一章简要叙述了阴离子化学传感器的定义、分类及其优点；结合阴离子自身的特点探讨了阴离子比色传感器的设计原理；阴离子化学传感器的研究进展及近年来基于材料上构建的阴离子化学传感器的研究进展。第二章以对羟基苯甲醛和对甲基吡啶为原料,经缩合反应,碘代硅烷合成了一种比色阴离子受体HSTESPS,通过1H-NMR、13C-NMR进行了验证。利用紫外可见-吸收光谱,考察了不同溶剂对HSTESPS与F-响应性,发现在非质子性的DMSO溶剂中,F-的响应性最好；跟踪了该受体与阴离子（F-、Cl-、Br-、I-、AcO-、HSO4-）的相互作用,当加入F-和AcO-后,其紫外吸收光谱发生了明显的变化,通过Job法计算可知该受体与F-或AcO-形成了1：1的络合物；考察了其它离子存在下对F-选择性的影响,结果表明其他卤素离子存在也不会对F-的识别产生影响,还考察了DMSO中添加不同水量对F-离子响应性的影响,当溶剂DMSO中含有少量的水（<5%）时,依然对F-（1×10-5mol/L）有明显的响应性。第三章通过溶胶凝胶法,探讨了合成的条件,在H2O-DMSO （15 mL/5 mL）体系中,得到了分散性和形貌均匀的纳米颗粒,经原子力显微镜表征了PHSTESPS 1T10的形貌特征,颗粒的高度在70nm。利用紫外可见-吸收光谱跟踪了该受体与阴离子的相互作用,但并没有得到预想的实验效果,加入F-与AcO-时,紫外吸收光谱几乎没有发生变化,响应性比较差,并对可能的原因进行了分析。第四章通过溶胶凝胶法制得SiO2纳米颗粒,然后用HSTESPS修饰SiO2表面,得到表面修饰材料（简称SPHSTESPS）。用原子力显微镜表征了基底Si02和SPHSTESPS1T10形貌,它们的平均粒径分别为为49.4 nm和62.3 nm,通过紫外-可见光谱测试,SPHSTESPS1T10可选择性的响应F-和AcO-。在DMSO溶剂中,SPHSTESPS1T10中加入不同的阴离子（F-、AcO-）时,会发生明显的颜色变化,而加入HSO4-、Cl-、Br-、I-,溶液的颜色几乎不发生变化,说明该修饰材料可“裸眼”识别F-和AcO-,用紫外-可见分光光度计表征了该材料与阴离子的相互作用,加入F-和AcO-后,从光谱图中可以明显的看到吸收峰值发生了变化,为定量检测F-与AcO-奠定了基础。考察了材料对F-重复响应能力,该材料可重复的检测F-,具有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 阴离子化学传感器的研究进展
• 绪论
• 1.1 化学传感器
• 1.1.1 化学传感器的定义
• 1.1.2 化学传感器的分类
• 1.1.3 化学传感在离子检测中的应用范围
• 1.2 比色阴离子受体的设计
• 1.2.1 阴离子的特点
• 1.2.2 比色传感器中常见的生色团
• 1.2.3 阴离子受体的设计原理
• 1.2.4 络合数的测定方法
• 1.3 阴离子比色传感器的研究进展
• 1.3.1 阴离子与受体分子的作用方式
• 1.3.2 阴离子比色传感体系
• 1.4 阴离子识别研究的局限性
• 1.5 论文的选题意义及思路
• 第二章 HSTESPS的设计合成及其性质研究
• 引言
• 2.1 实验步骤
• 2.1.1 试剂与仪器
• 2.1.2 阴离子受体HSTESPS的合成
• 2.1.3 HSTESPS与离子响应性的测试
• 2.1.4 络合数的测定
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 HSTESPS合成条件的探索
• 2.2.2 阴离子受体HSTESPS的红外谱图
• 2.2.3 溶剂对HSTESPS紫外响应性的影响
• 2.2.4 HSTESPS对不同离子的紫外响应性分析
• 2.2.5 含水量对阴离子受体HSTESPS与F的紫外响应的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 有机-无机杂化材料的阴离子识别体系的研究
• 引言
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 试剂与仪器
• 3.1.2 有机-无机杂化材料的合成
• 3.1.3 PHSTESPS与阴离子响应性测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 有机无机杂化材料的合成条件的探讨
• 3.2.2 杂化材料的原子力形态图分析
• 3.2.3 杂化材料对F紫外响应性分析
• 3.3 本章小结
• 2材料的阴离子识别体系的研究'>第四章 表面修饰的SiO₂材料的阴离子识别体系的研究
• 引言
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试剂与仪器
• 4.1.2 纳米二氧化硅单体的合成
• 2材料（SPHSTESPS）的合成'>4.1.3 表面修饰的SiO₂材料（SPHSTESPS）的合成
• 2材料的阴离子响应性测试'>4.1.4 表面修饰SiO₂材料的阴离子响应性测试
• 4.2 结果与讨论
• 2材料的合成'>4.2.1 表面修饰SiO₂材料的合成
• 4.2.2 材料的形貌表征
• 4.2.3 SPHSTESPS1T10的热重分析
• 4.2.4 不同聚合比的表面修饰材料的紫外测试
• 4.2.5 表面修饰材料的阴离子响应性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 在校期间发表的文章
• 致谢