聚合物纳米粒子参与的过氧化氢化学发光检测新方法的构建及其应用研究

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化学发光(chemiluminescence,CL)是一种无需外加光源或其他能量,通过化学反应供能而产生发光的现象。体系中的物质通过吸收化学反应释放的能量跃迁至激发态,从激发态返回基态过程中将能量以光辐射的形式放出。化学发光分析法作为分子发光光谱分析法中的一类,以其灵敏度高、线性范围宽、设备简单以及成本低廉等优点常用于各类物质的痕量检测(如金属离子、无机化合物和有机化合物)。随着化学发光分析的不断发展,对于传统的流动注射和静态注射化学发光分析,研究者们不断引入新材料,联合新的研究方法寻求更广泛的应用。过氧化氢(H2O2)以其绿色环保的特点常用作化学发光体系的氧化剂。近年来,研究者们也已将各类材料引入过氧化氢参与的化学发光体系中。聚合物纳米粒子(Polymer Nanoparticles,PNPs)作为毒性低,合成灵活且生物相容性好的纳米材料出现在研究者的视野中,现多应用于荧光成像和生物分析等领域。然而,PNPs在化学发光领域的研究较少见,其作为新型荧光团,可与过氧化氢和草酸酯反应产生的中间体发生能量转移,引起体系强度的增强,故本文将PNPs引入过氧草酸酯-过氧化氢化学发光体系并探究了可能的机理,将其应用于实际检测检测,旨在构建新的化学发光分析检测方法,拓宽化学发光研究新思路。论文主要分为两部分:第一部分为文献综述,第1章简要概述了过氧草酸酯化学发光机理及其应用,聚合物纳米粒子的应用研究,以及过氧化氢参与的化学发光体系研究进展。第5章为总结与展望。第二部分为研究报告,内容在2-4章,本文构建了罗丹明6G参与的超微弱化学发光以及基于聚合物纳米粒子参与的过氧草酸酯类化学发光方法,并深入探究了其机理和实际意义,具体内容包括:1.罗丹明6G参与亚硝酸钠-过氧化氢超微弱化学发光体系检测环境水样中的亚硝酸盐亚硝酸盐是一种会对健康产生危害的物质,人体在一段时间内吸入很多则会引起中毒,严重情况下还可能引发癌症。亚硝酸钠在酸性条件下可以与过氧化氢构成经典的弱发光体系。本章引入罗丹明6G作为增敏剂,显著提升了亚硝酸钠-过氧化氢体系的发光强度,从而实现了对亚硝酸盐的检测。通过对CL光谱以及紫外-吸收可见光谱的研究,确定了罗丹明6G作为该体系的发光体,与过氧亚硝酸(ONOOH)发生了能量转移,并基于此成功应用于水样中亚硝酸盐的测定。在最优条件下,亚硝酸盐在5~100μmol·L-1的浓度范围内有良好线性关系,连续重复测定11次其标准偏差小于3%,计算其检测限为2.3μmol·L-1。2.聚合物纳米粒子增敏双(2,4,6-三氯苯基)草酸酯-过氧化氢化学发光体系及其机理探究聚合物纳米粒子作为一种常见纳米材料,和大多数纳米粒子一样具备表面效应和量子尺寸效应。本章以组氨酸作为前驱体,通过微波法成功制备了一种新型聚合物纳米粒子(His-PNPs),该纳米粒子粒径均一、荧光强度高。据报道,PNPs应用于化学发光体系较为少见。在本实验中,PNPs的加入使双(2,4,6-三氯苯基)草酸酯(TCPO)-过氧化氢化学发光体系的强度有明显提升。通过对其CL动力学、紫外可见和荧光光谱的研究,并结合其化学发光光谱,认为其可能的机理是His-PNPs与TCPO-H2O2反应的中间体二氧杂环丁二酮发生能量转移使CL信号增强。因此,该发现有望拓宽其分析应用。3.聚合物纳米粒子增敏双(2,4,5-三氯水杨酸异戊酯)草酸酯-过氧化氢化学发光体系并用于检测水样中的铜离子近年来,重金属废水的肆意排放对水体和土壤造成了很大的威胁,其中,铜离子含量的超标也引发了人们关注,因此对其检测显得尤为重要。本章用超支聚乙酰亚胺(hPEI)和甲醛交联制备得到了一种聚合物纳米粒子(hPEI-PNPs),可以有效提高双(2,4,5-三氯水杨酸异戊酯)草酸酯(CPPO)-过氧化氢化学发光体系的发光强度。在最优条件下检测环境水样中的Cu2+,得到的线性范围是10μmol·L-1~0.18mmol·L-1,其检测限为:2.5μmol·L-1,通过加标回收法对实际样进行检测回收率为98.4%~106.2%。以上检测结果令人满意,因此该方法有望用于复杂样品中铜离子的检测。
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