基于天然纤维素的SERS及比色传感器设计合成

发布时间：2020-04-21 21:30

【摘要】：随着现代农业工业的发展,大量污染物如农药残留、重金属离子流入到水、土壤等环境中,对生态环境造成巨大破坏,经由食物链的富集作用,这些污染物会进入体内,严重危害人体健康。随着环境问题的恶化以及食品安全问题的频发,人们越来越重视对这些污染物的检测。现如今的检测技术往往借助大型设备,价格昂贵,样品前处理复杂,无法实现对污染物实地实时的检测,无法普及应用。于是,一些有望实现普及应用的灵敏快捷的传感技术应运而生,其中SERS传感器可以将拉曼信号放大几个数量级,能实现对一些痕量有机及生物分子的检测监控,而比色传感器可以通过裸眼观察颜色变化和深浅程度简捷迅速地判断重金属离子的存在及浓度,具有极大的应用潜力。此外,纤维素物质(滤纸)具有来源广泛,价格低廉,易于储存和携带,安全无毒,可生物降解等特性,用作传感器基底时,一方面,它的柔韧弹性以及超亲水性更有利于分析物的富集,另一方面,其三维网络结构赋予其较大的比表面积,可以提供更多的活性位点,提高了检测的灵敏度,是一种理想的传感器基底材料。本论文中,以天然纤维素物质(滤纸)为基底,借助其表面的羟基和醚键,利用银镜反应,或者采用层层自组装的方法,在滤纸上修饰组装不同的分子,从而得到不同用途的纸基传感器。主要研究内容和结论如下:1.纳米银修饰的纸基超敏SERS传感器:利用银镜反应,在滤纸上修饰纳米银颗粒,通过控制反应时间,实现对银纳米颗粒粒径及银含量的调控,最终得到了超敏SERS基底,以R6G为探针分子进行灵敏度测试,确定最优条件,其中反应6 min的传感器检测限低至10-16M,结合有限元分析法(FEM)模拟计算了该传感器表面电场强度分布,对该SERS传感器的增强机理进行了解释,增强因子可以达到3×106,此外将该传感器应用于生物分子腺苷胸苷识别过程的检测。2.1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚-6-磺酸修饰的纸基Cu2+比色传感器:以天然纤维素物质(滤纸)为基底,钛酸四丁酯作为前驱体,首先通过表面溶胶-凝胶过程在纤维表面沉积一层Ti02薄膜;随后,利用静电吸附作用,依次组装聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)以及对能够识别Cu2+的配体分子1-(2-吡啶偶氮)-2-萘酚-6-磺酸(PAN-S),得到纸基Cu2+比色传感器。识别Cu2+后传感器由橙色变为紫色,对于水溶液中的Cu2+的裸眼检测限为0.01 ppm,且不受其它金属离子干扰,适用于pH值1～9范围。此外,还该传感器还被应用于各地自来水样中Cu2+含量的测试。3.二甲酚橙修饰的纸基Pb2+比色传感器:以天然纤维素物质(滤纸)为基底,钛酸四丁酯作为前驱体,采用表面溶胶-凝胶法,先在滤纸上沉积一层Ti02薄膜后,再利用浸泡法自组装一层能够识别Pb2+的配体分子二甲酚橙(XO),最终得到纸基的Pb2+离子比色传感器,识别Pb2+后,传感器颜色由橙色变为淡紫色,对水溶液中Pb2+的裸眼检测限可以低至10 nM。综上所述,本文通过对天然纤维素物质材料进行修饰,得到了三种不同用途的纸基传感器,可应用于表面增强拉曼光谱检测以及实际水环境中Cu2+及Pb2+的实时实地裸眼比色检测。这三种传感器价格低廉、操作简单、性能优异、绿色环保,因而有着较大普及应用的潜力。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TP212;TS207.3

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本文编号：2635757