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基于有机小分子作用的银纳米粒子对金属离子的可视化研究

作　者: 伍小艳
导　师: 祝宁宁
学　校: 上海师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 银纳米粒子 可视化 比色传感器 金属离子
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


人们将粒径在1~100nm内的颗粒称为纳米粒子。贵金属纳米粒子具有非常独特的物理性质，化学性质及生物性质，使其成为近年来研究的热点。银纳米粒子（Ag nanoparticles，AgNPs）具有非常良好的抗菌性，催化特性及光学性质并且由于其合成方法简单，成本低备受关注。AgNPs在分散和聚合状态下呈现不同的光学现象即呈现不同的颜色，取决于粒子表面等离子共振吸收。修饰在AgNPs表面的某些有机小分子不仅能起到稳定、均匀分散AgNPs的作用，而且还能在一定条件下选择性地与目标物作用，引起AgNPs产生交联聚集以致颜色变化。基于此，AgNPs已开始广泛地被用于设计成选择性比色传感器用于众多目标物的检测。本文不仅对AgNPs的合成进行了简单探讨，还研究了有机小分子修饰的AgNPs对金属离子的选择性响应。比起传统方法，这种比色分析法具有操作简便，对仪器要求低，重复性好，结果可视化等优点。一．AgNps的制备方法探讨及Cysteine-AgNPs对Ni2+的比色分析本文在对AgNPs制备方法做简单探讨的同时，通过在粒子表面修饰半胱氨酸（Cysteine）制作成Cysteine-AgNPs小型比色传感器实现了对Ni2+选择性测定，并通过透射电镜，拍照，紫外可见分光光度计等手段进行表征。相比原方法，改进后的制备方法不仅在时间上大大缩短了，而且制备的AgNPs选择性明显提高了，此方法是在确保硼氢化钠完全反应的情况下再对AgNPs修饰。Cysteine一端通过S-M修饰到AgNPs表面，另一端分子中的-NH2和-COOH与Ni2+络合，使粒子聚合，在526nm处出现新的吸收峰，颜色由亮黄色变为橘黄色，实现了对Ni2+选择性分析，A526/A405与Ni2+的浓度c在一定范围内（5.6μM~13.9μM）存在良好的线性关系，并且肉眼可检测到的最低浓度为4.9μM。结果显示，除了Co2+轻微干扰外，该传感器对其它相同条件下测定的离子均无响应，有望用于实际样品分析。二．AA-AgNPs探针对Cr(VI)的可视化检测本文提出并建立了一种新的极为简单的用来测定Cr(VI)的比色分析法。我们发现，用抗坏血酸（ascorbic acid,AA)包裹的AgNPs制备AA-AgNPs传感器与Cr(VI)接触后，会产生颜色变化，粒子团聚。紫外可见吸收光谱图中表现为在波长500nm~600nm之间出现一个很强的吸收峰，而对有可能干扰的另外22种离子在相同条件下进行测定，并没有类似的现象。用该传感器对不同浓度的Cr(VI)进行了灵敏度测试，发现随着Cr(VI)浓度的逐渐升高，粒子颜色逐渐变深，直至趋于平稳，A548/A390与Cr (VI)的浓度c在0~1.84μM之间存在较好的线性关系，肉眼可观测到的检出限为1.24x10-7M。另外，该传感器还成功地对学校湖水中的Cr(VI)进行了分析，这使得该方法很有希望被运用于环境中Cr(VI)的在线分析，该比色法用于Cr(VI)的测定机理也在本文中进行了讨论。三．TGA-AgNPs对四种碱土金属的比色分析研究巯基乙酸（thioglycollic acid，TGA）是最简单的巯基羧酸，与碱土金属离子容易形成巯基乙酸盐HSCH2COO-M2+-OOCCH2SH，此外，钙，镁，锶，钡离子（Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+）的氢氧化物溶度积常数要远远小于其它金属离子的氢氧化物溶度积常数，基于以上描述，我们制备了TGA-AgNPs传感器，并探讨了该传感器对（Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+）的响应情况。研究发现，当pH值接近12.20时，该传感器只对Mg2+，Ca2+，Sr2+，Ba2+响应灵敏，并随着四种离子浓度的升高，粒子颜色呈现规律加深，同时表面等离子共振吸收发生规律变化，该比色传感器对四种离子的检出限分别为Mg2+(6.25μM)，Ca2+(2.08μM)，Sr2+(1.25μM)，Ba2+(0.833μM)。最后我们还用此方法测定了正广和牌瓶装矿泉水中钙镁总含量，测定结果在报道范围内，该方法为水硬度的的测定提供了可能性。四．TBA-AgNPs对Pb2+的快速比色分析将硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid, TBA）修饰在新制备的AgNPs表面，制备成TBA-AgNPs比色传感器。在相同条件下利用TBA-AgNPs的颜色变化对16种不同金属离子进行分析测定,发现当pH值为11时，该传感器只有在遇到Pb2+时才有明显的响应，其它离子无明显干扰，且A540/A402与Pb2+的浓度在3.97μM~27.8μM范围内呈良好的线性关系。该方法具有简便快速，选择性好，结果可视化等优点，有望用于环境样品中Pb2+的快速测定。

全文目录


中文摘要  4-7
Abstract  7-13
第一章 绪论  13-21
  1.1 银纳米粒子（AgNPs）  13-19
    1.1.1 银的历史发展  13-14
    1.1.2 粒子的表面等离子共振吸收（SPR）  14-15
    1.1.3 银纳米粒子（AgNPs）的制备与修饰  15-17
      1.1.3.1 蒸发-凝聚法  15-16
      1.1.3.2 激光消融法  16
      1.1.3.3 化学还原法  16-17
    1.1.4 银纳米粒子（AgNPs）的表征  17-18
    1.1.5 银纳米粒子（AgNPs）的应用  18-19
      1.1.5.1 抗菌剂  18
      1.1.5.2 催化剂  18
      1.1.5.3 光学应用  18-19
  1.2 本论文研究背景及意义  19-21
第二章 AgNPs 的制备方法探讨及 Cysteine –AgNPs 对 Ni2+的比色分析  21-33
  2.1 引言  21-22
  2.2 实验部分  22-24
    2.2.1 实验常用试剂  22
    2.2.2 实验常用仪器  22
    2.2.3 实验方法  22-24
      2.2.3.1 AgNPs 的合成及 Cysteine-Ag NPs 的制备  22-23
      2.2.3.2 Cysteine-AgNPs 对 Ni2+的响应测试  23-24
      2.2.3.3 新制备的 AgNPs 对金属离子的响应测试  24
  2.3 结果与讨论  24-32
    2.3.1 新制备的 AgNPs 及 Cysteine-AgNPs 的表征  24-25
    2.3.2 硼氢化钠的存在对 Ni2+测定的影响  25-27
    2.3.3 Cysteine -Ag NPs 对 Ni2+的定性分析  27-29
    2.3.4 Cysteine -Ag NPs 对 Ni2+的定量分析  29-31
    2.3.5 条件优化  31-32
      2.3.5.1 Cysteine 修饰时间影响  31
      2.3.5.2 pH 影响  31-32
  2.4 结论  32-33
第三章 AA-AgNPs 探针对 Cr(VI)的可视化检测  33-42
  3.1 引言  33-34
  3.2 实验部分  34-35
    3.2.1 实验常用试剂  34
    3.2.2 实验常用仪器  34
    3.2.3 实验方法  34-35
      3.2.3.1 待测离子的预处理  34-35
      3.2.3.2 AgNPs 的合成  35
      3.2.3.3 Cr(VI)的比色测定过程  35
  3.3 结果与讨论  35-40
    3.3.1 AA-Ag NPs 对 Cr(VI)的感应机理  35-37
    3.3.2 条件的优化  37
      3.3.2.1 AA 与 AgNPs 的体积比  37
      3.3.2.2 pH 影响  37
    3.3.3 AA-AgNPs 对 Cr(VI)的定性分析  37-39
    3.3.4 AA-AgNPs 对 Cr(VI)的定量分析  39-40
  3.4 实际样品的测定  40-41
  3.5 结论  41-42
第四章 TGA-AgNPs 对四种碱土金属的比色分析研究  42-52
  4.1 引言  42-43
  4.2 实验部分  43-45
    4.2.1 实验常用试剂  43-44
    4.2.2 实验常用仪器  44
    4.2.3 实验方法  44-45
  4.3 结果与讨论  45-50
    4.3.1 TGA-AgNPs 的表征  45-46
    4.3.2 条件的优化  46
      4.3.2.1 pH 的考察  46
    4.3.3 TGA-AgNPs 对碱土金属离子的定性分析  46-48
    4.3.4 TGA-AgNPs 对碱土金属离子的定量分析  48-50
  4.4 实际样品分析  50-51
    4.4.1 标准曲线的绘制  50
    4.4.2 实际样品分析  50-51
  4.5 结论  51-52
第五章 TBA-AgNPs 对 Pb2+的快速比色分析  52-59
  5.1 引言  52
  5.2 实验部分  52-54
    5.2.1 实验常用试剂  52-53
    5.2.2 实验常用仪器  53
    5.2.3 实验方法  53-54
      5.2.3.1 TBA- AgNPs 的制备  53-54
      5.2.3.2 TBA- AgNPs 对金属离子的比色测定  54
  5.3 结果与讨论  54-58
    5.3.1 TBA-AgNPs 的表征  54-55
    5.3.2 TBA- AgNPs 对 Pb2+的选择性分析  55-57
    5.3.3 TBA- AgNPs 对 Pb2+的定量分析  57-58
  5.4 结论  58-59
参考文献  59-73
致谢  73-74
附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文  74

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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