基于金属配合物电致化学发光检测氨的研究

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氨作为一种常见气体,广泛应用于各个工业领域。由于其毒害性,其检测具有重要的价值。目前,氨的检测法主要采用分光光度法、选择性电极法、离子色谱法等,操作复杂或是灵敏度低,不适合快速现场检测。电化学法具有快速简单的优点,很适合用于实时检测。尤其是电致发光记录光信号,消除了背景电流的干扰,提高了痕量检测能力。此外,氨的电化学氧化的研究对氨的降解和氨转化为氢能源具有重要的理论意义。本文研究了氨的电化学氧化,并以氨作为共反应物,研究其与联吡啶钌和几种铱配合物的电致化学发光,并使用铱配合物-DMF体系应用于实际检测。对于研究过程中发现含水量对OH-和配合物发光的关系,研制了新型的测定溶剂含水量的方法。具体内容包括:1.研究了氨的电化学氧化现象和机理。通过不同pH条件下的氨的循环伏安曲线,验证了被氧化的是氨分子而不是铵离子。比较了不同电极材料上氨的电化学响应。由于氨的氧化电位较高,引入宽电势窗的有机相溶剂乙腈和N,N’-二甲基甲酰胺,三种溶剂中氨的浓度和氧化峰电流均呈现良好的线性关系。通过扫速对三种体系的循环伏安的影响,发现在有机相中氨的扩散系数远远大于水溶液中的扩散系数。此外,碳纳米管对氨的电化学氧化具有较好的催化效应,可使电压降低至水的电势窗内,具有潜在的分析检测和应用价值。2.研究了乙腈溶液中氨和联吡啶钌的电致化学发光反应。在氨的存在下,体系的发光电位和氨的发光电位保持一致,介于1.2-1.5V,并随着氨浓度的提高而提高。氨的浓度在0.1-20mmol L-1范围内,发光强度的对数和浓度的对数呈现线性关系。水会猝灭氨引发的发光,在含水量为1%时发光达到最小值。而后随着含水量的继续提高,在1.15V处产生发光,证明了发光来源于OH-。提出了氨与联吡啶钌的发光和水对其发光猝灭的机理。讨论了含水量、OH-浓度对混合溶剂中OH-的发光影响。3.研究了N,N’-二甲基甲酰胺溶液中四种铱配合物二(2-苯基吡啶)(N-苯基乙酰胺)合铱、二(2-苯基吡啶)(N-苯基甲基丙烯酰胺)合铱、三(2-苯基吡啶)合铱、二(苯基喹啉)(乙酰丙酮)合铱[(pq)2Ir(acac)]与氨的电致发光性质,并用前线轨道理论解释了四种配合物的电化学性质和电化学发光性质的差异。选用发光效率最高的配合物二(苯基喹啉)(乙酰丙酮)合铱作为发光试剂应用于检测氨。优化了电极、配合物浓度和扫描速度。在优化的条件下,相对发光强度的对数和氨浓度的对数在1.0×10-7至1.0×10-3mol L-1呈现良好的线性关系,检测限为4×10-8mol L-1(S/N=3)。方法成功地用于空气中氨的测定,加标回收率为92.5-101.9%。4.利用铱配合物在溶剂中与OH-的发光,研究了基于铱配合物电致化学发光测定不同溶剂中含水量的简单快速的方法,适用于乙醇、乙腈、丙酮、N,N’-二甲基甲酰胺、苯等溶剂。利用离子液体作为电解质,拓展了本法应用于如苯、甲苯等不易溶解有机电解质的溶剂。对各种溶剂,灵敏度均可达到0.0001(v/v)。
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