荧光性纳米自组装膜的制备及其对有机磷农药的界面识别

论文摘要

自组装膜（self-assembled monolayers, SAMs）是在平衡条件下,分子间通过非共价键（氢键、范德华力、静电力、疏水作用力、π-π堆积作用、阳离子-吸附作用等）相互作用自发组合形成的一类结构明确和稳定,具有某种特定功能或性能的超分子结构;而荧光分析是一种重要的的光谱化学分析方法;本文将两者结合起来,根据自组装分子和基底表面的性质,结构研制出灵敏度和选择性高,稳定性和可逆再生性好的荧光传感器。此方法在对环境污染物质,特别对有机磷农药的检测中具有良好的应用前景。本论文主要研究内容如下:1.研究了吲哚自组装膜（SAMs）的制备及其对有机磷农药的荧光界面识别。即在硅烷化的石英表面修饰金纳米粒子,将L-半胱氨酸通过Au-S键作用组装在金纳米粒子自组装膜修饰石英基底上;利用L-半胱氨酸的-COO-和吲哚的-NH2+的静电引力作用,将吲哚间接组装在金纳米粒子自组装膜修饰石英基底上而形成多层膜。该多层膜测定有机磷类农药,具有灵敏的荧光识别作用,对久效磷和甲基对硫磷的检测限分别可低至3.28×10-6 g L-1,6.1×10-8 g L-1,可用于对微量有机磷化合物的检测。2.尝试利用β-CD的包络和戊二醛（GA）的交联作用,将乙酸-β-萘酯（β-NA）和乙酰胆碱酯酶（ACHE）共同固定在组装有十二烷基硫醇（C12SH）的金纳米粒子表面形成ACHE/GA/β-NA/β-CD/C12SH/APES/Quartz自组装多层膜。该传感器固定的物质不易脱落,并对甲基对硫磷农药的检测有较高的灵敏度。3.将量子点（CdTe）和乙酰胆碱酯酶（ACHE）交替组装到石英表面,构建基于CdTe荧光探针的ACHE生物传感器。即利用带正电的壳聚糖（CS）的中介作用,通过层层组装的技术将带负电的CdTe和ACHE交替组装在硅烷化的石英表面,形成CdTe/CS/ACHE/CS/CdTe/APES/Quartz多层膜,结果表明:该膜测定久效磷农药,该膜有较高的灵敏度,检测限低至3.20×10-8M,相比溶液相（1.03×10-6M）,基于CdTe荧光探针的ACHE自组装技术有更高的灵敏度;并具有良好的可逆再生性。4.采用量子化学软件包Gaussian03计算有机磷农药的量子化学参数,建立乙酰胆碱酯酶对有机磷农药抑制选择性识别的化学模型,为环境中有机磷农药的检测提供理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 农药和农药残留的概述
• 1.1.1 农药分类及主要杀虫剂
• 1.1.2 农药残留的检测方法
• 1.2 自组装膜
• 1.2.1 自组装膜的制备
• 1.2.2 自组装膜的分类
• 1.2.3 自组装膜的表征
• 1.3 纳米技术
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 纳米技术在酶生物传感器中的应用
• 1.3.3 量子点在荧光分析法中的应用
• 1.4 论文的提出
• 参考文献
• 第二章 吲哚自组装膜的制备及其对有机磷农药的荧光识别
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 自组装膜的制备
• 2.2.3 自组装膜的荧光光谱
• 2.2.4 金表面自组装膜的电化学表征
• 2.2.5 自组装膜荧光显微图谱
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 甲基对硫磷与吲哚在液相中的作用
• 2.3.2 自组装膜优化条件的选择
• 2.3.3 自组装膜的荧光光谱
• 2.3.4 金表面自组装膜的电化学表征
• 2.3.5 自组装膜荧光显微图谱
• 2.3.6 自组装膜对有机磷农药的检测
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 以β-环糊精为固定化介质的乙酰胆碱酯酶自组装膜的构建及其对甲基对硫磷的检测
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 自组装膜的制备
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 溶液相中β-NA 和ACHE 作用后的荧光光谱
• 3.3.2 反应时间的选择
• 3.3.3 溶液中β-NP 和包合物β-CD 之间的包络作用
• 3.3.4 测定β-NP 与β-CD 形成包络物的形式和稳定常数
• 3.3.5 检测甲基对硫磷农药的响应机理
• 3.3.6 溶液中检测甲基对硫磷
• 3.3.7 自组装膜条件的选择
• 3.3.8 自组装膜的荧光光谱
• 3.3.9 自组装膜检测甲基对硫磷
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 基于量子点为荧光探针的乙酰胆碱酯酶自组装膜的制备及对有机磷农药的识别
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 水溶性CdTe 的制备
• 4.2.3 自组装膜的制备
• 4.2.4 自组装膜荧光光谱测定
• 4.2.5 自组装膜定量测定有机磷农药
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 CdTe 溶液的荧光性质
• 4.3.2 溶液中测定条件的选择
• 4.3.3 反应机理
• 4.3.4 有机磷农药的检测
• 4.3.5 自组装膜组装条件的选择
• 4.3.6 自组装膜荧光光谱测定
• 4.3.7 自组装膜对久效磷农药的界面识别
• 4.3.8 传感器的可逆再生性
• 4.3.9 传感器的稳定性和选择性
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 量子化学模拟佐证乙酰胆碱酯酶传感器对有机磷农药识别的选择性
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器
• 5.2.2 有机磷农药抑制乙酰胆碱酯酶量化计算模拟
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 乙酰胆碱酯酶的结构和功能
• 5.3.2 不同有机磷化合物对乙酰胆碱酯酶的抑制率比较
• 5.3.3 有机磷化合物抑制能力大小机理探讨
• 5.4 结论
• 参考文献
• 在学期间科研情况
• 致谢