基于表面增强拉曼散射光谱技术在多环芳烃检测方面的应用

论文摘要

多环芳烃是一类严重的化学污染物,对其进行快速、准确检测是一个重要的科学问题。由于该类化合物与表面增强拉曼（SERS）基底没有较强的吸附,限制了SERS技术的应用。本论文着重介绍利用超分子化学重的主客体识别方法,选用环糊精作为主体分子,将其修饰在SERS基底表面,目标是借助SERS技术的高灵敏度以及环糊精高选择性的优势,发展对多环芳烃这类广泛地存在于环境中,对人体健康造成严重威胁的有机污染物进行快速简便的检测方法,达到对其进行定性鉴别以及定量检测的目的。主要创新成果如下：（1）利用巯基取代环糊精修饰的金纳米粒子作为SERS基底,实现了对五种多环芳烃（蒽、芘、菲、屈、苯并菲和晕苯）的定性鉴别以及对每种单一多环芳烃和五种多环芳烃混合物的定量检测；并详细讨论了巯基取代环糊精在金纳米粒子表面的表面覆盖度对SERS效果的影响,以及离心速度对SERS结果的影响。（2）以β-环糊精作为还原剂和稳定剂,利用“绿色化学”方法一步合成了银纳米粒子,该合成方法简便且无污染。该基底既保持了贵金属基底的SERS增强特点又结合了环糊精“外亲水,内疏水”的超分子特点,即通过环糊精的疏水内腔与多环芳烃相结合,实现了对五种多环芳烃的定性鉴别以及定量检测。（3）利用密度泛函（DFT）理论B3LYP/6-31+G （d, p）方法对六种PAHs分子进行理论计算,得到这六种多环芳烃分子的分子结构以及拉曼光谱信息。对这些分子的拉曼光谱进行了鉴别和指认,通过与实验测得拉曼光谱的对应比较,建立了此类多环芳烃分子定性分析的理论基础。

论文目录

• 内容提要
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 表面增强拉曼散射
• 1.1.1 拉曼散射效应
• 1.1.2 表面增强拉曼散射
• 1.1.3 表面增强拉曼散射的增强机理
• 1.1.3.1 电磁场增强机（electromagnetic mechanism,EM）
• 1.1.3.2 化学增强机理（chemical mechanism,CM）
• 1.2 超分子化学简介
• 1.2.1 超分子化学概述
• 1.2.2 分子自组装的驱动力
• 1.2.2.1 氢键
• 1.2.2.2 主客体识别
• 1.2.2.3 金属-配体协同作用
• 1.2.2.4 静电相互作用
• 1.2.2.5 电荷转移作用
• 1.2.2.6 π-π堆积作用
• 1.2.2.7 肽链间的卷曲-螺旋作用
• 1.2.3 基于环糊精体系的超分子自组装
• 1.2.3.1 环糊精简介
• 1.2.3.2 环糊精的修饰
• 1.2.3.3 环糊精与小分子的识别与自组装
• 1.3 基于表面增强拉曼技术在多环芳烃检测的应用及进展
• 1.3.1 长链烷烃修饰的SERS基底
• 1.3.2 腐殖酸修饰的SERS基底
• 1.3.3 紫精二阳离子修饰的SERS基底
• 1.3.4 不同取代基的杯芳烃修饰的SERS基底
• 1.3.5 存在的问题与展望
• 1.4 本论文的研究思路和内容
• 第二章 基于巯基取代环糊精修饰的银基底上的多环芳烃的SERS光谱检测
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 测试仪器
• 2.2.3 样品制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 蒽和芘混合物的SERS光谱定性鉴别
• 2.3.2 蒽或芘单一组分的SERS光谱定量分析
• 2.3.3 增强因子的粗略估算
• 2.3.4 蒽和芘混合物的SERS定量检测
• 2.4 小结
• 第三章 基于SERS技术对五种多环芳烃混合物中的每种物质进行选择性检测
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 样品制备
• 3.2.3 测试仪器
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 巯基取代环糊精在金表面最佳表面覆盖度的确定
• 3.3.2 最佳离心速度的选择
• 3.3.3 五种多环芳烃单一组分的SERS光谱定量分析
• 3.3.4 五种多环芳烃混合物的SERS定性鉴别
• 3.3.5 五种多环芳烃混合物的SERS定量检测
• 3.4 小结
• 第四章 利用β-环糊精绿色合成银纳米粒子及其应用
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 测试仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同硝酸银的加入量对实验的影响
• 4.3.2 不同氢氧化钠加入量对实验的影响
• 4.3.3 不同离心速度对实验的影响
• 4.3.4 五种多环芳烃混合物的SERS定性鉴别
• 4.3.5 五种多环芳烃单一组分的SERS光谱定量分析
• 4.4 小结
• 第五章 利用密度泛函理论研究六种多环芳烃的分子结构以及拉曼光谱
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 测试仪器
• 5.3 计算方法
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 分子的几何构型
• 5.4.2 拉曼光谱的计算
• 5.4.3 拉曼光谱的峰位指认
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表论文及科研成果
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract