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Fe_3O_4磁性纳米颗粒与鲁米诺的化学发光反应研究

作　者: 顾海星
导　师: 宋启军
学　校: 江南大学
专　业: 分析化学
关键词: Fe3O4磁颗粒 鲁米诺 化学发光 溶解氧 螯合剂
分类号: O611.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 303次
引　用: 1次
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内容摘要


Fe3O4磁性纳米颗粒的应用受到了许多研究领域的广泛关注。Fe3O4磁性纳米颗粒通常被认为是化学惰性的,没有很好的生化性能,但最近有研究表明,Fe3O4磁性纳米颗粒具有过氧化物酶的某些特性,能催化过氧化氢与其底物的显色反应。但是有关Fe3O4磁性纳米颗粒对过氧化氢化学发光体系影响的研究尚未见报道。在各类化学发光体系中,鲁米诺化学发光体系是研究最多,应用最广的发光体系。因此研究Fe3O4磁性纳米颗粒对鲁米诺化学发光体系的影响,对揭示该催化反应机理有重要的意义。为此,本文首先合成了Fe3O4磁性纳米颗粒,并研究了Fe3O4磁性纳米颗粒与鲁米诺化学发光反应,考察了不同条件下Fe3O4磁性纳米颗粒的反应活性,发现Fe3O4磁性纳米颗粒所表现出的反应活性与光照和溶解氧等因素有密切关系。随后本文提出并验证了Fe3O4磁性纳米颗粒和鲁米诺的反应机理。全文包括以下几章的主要研究内容:1.综述了纳米材料的性能,主要是磁性纳米材料的性能和应用。比较详细地介绍了Fe3O4磁性纳米材料的制备方法,归纳了各种制备方法的优缺点。且对Fe3O4磁性纳米材料当前的应用热点进行了概述,并对其研究前景进行了展望。2.依照文献方法合成了Fe3O4磁性纳米颗粒,并采用XRD粉末衍射,扫描电镜,纳米粒度仪对其进行了表征。结果表明得到的颗粒为粒径在15-20nm的Fe3O4磁性纳米颗粒。利用1,10-菲罗啉分光光度法分析了Fe3O4磁颗粒表面二价铁和三价铁的含量比例,结果发现Fe3O4磁颗粒表面主要离子为Fe2+。3.研究了Fe3O4磁纳米颗粒与鲁米诺化学发光的反应,并考察不同实验条件对该反光反应的影响,包括磁颗粒浓度和pH,鲁米诺浓度和pH,溶解氧,以及光照等因素。综合考虑各大因素发现,当磁颗粒浓度为10ppm,pH=3.5,鲁米诺浓度为1.00×10-4mol/L,pH=12时,化学发光强度达到最优值。实验发现,在有溶解氧的存在下,光照Fe3O4磁纳米颗粒溶液则会使发光显著增强。而通氮气除去水中溶解氧,能使化学发光明显减弱。另外研究了不同螯合剂如柠檬酸,EDTA,1,10-菲罗啉存在下,Fe3O4磁纳米颗粒与鲁米诺的发光反应,发现当螯合剂浓度浓度均为1.0×10-4mol/L时,柠檬酸使发光强度增大,而EDTA和1,10-菲罗啉均使发光强度减弱。同时对Fe3O4磁纳米颗粒的稳定性进行了研究,结果表明铁颗粒在1个月内其发光活性保持良好。4.在以上研究工作和相关文献报道的基础上,进一步提出和证实了此发光体系的反应机理。并解释了Fe3O4磁纳米颗粒的生物酶催化活性。Fe3O4磁纳米颗粒通过两种途径增强了与鲁米诺的发光反应:第一条途径是Fe3O4表面的三价铁直接氧化鲁米诺发光;第二条途径是Fe3O4和溶解氧作用产生过氧自由基,进而在酸性条件下生成H2O2,氧化鲁米诺发光。或者是Fe3O4光照产生空穴直接和H2O作用,通过产生·OH的途径生成H2O2,进而氧化鲁米诺发光。在第二条途径中,无论具体机理如何都需要在光照的前提下才能够进行。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 纳米功能材料的简介  8-9
  1.2 磁性纳米颗粒简介  9-13
    1.2.1 Fe_3O_4 磁性纳米颗粒的应用  9-10
    1.2.2 Fe_3O_4 磁性纳米颗粒的制备  10-13
  1.3 化学发光介绍  13-16
    1.3.1 化学发光简介  13
    1.3.2 化学发光的分类  13-15
    1.3.3 流动注射化学发光分析法  15-16
  1.4 本课题的主要研究内容  16-17
第二章 Fe_3O_4磁纳米颗粒的合成和表征  17-23
  2.1 引言  17
  2.2 实验部分  17-19
    2.2.1 实验试剂  17-18
    2.2.2 实验仪器  18
    2.2.3 实验方法  18-19
  2.3 结果与讨论  19-22
    2.3.1 Fe_3O_4 磁纳米颗粒的制备方法  19
    2.3.2 Fe_3O_4 磁纳米颗粒表面铁离子的性质  19-20
    2.3.3 Fe_3O_4 磁纳米颗粒的XRD 粉末衍射  20-21
    2.3.4 Fe_3O_4 磁纳米颗粒的尺度表征  21-22
  2.4 结论  22-23
第三章 Fe_3O_4磁纳米颗粒对鲁米诺化学发光的影响  23-30
  3.1 引言  23
  3.2 实验部分  23-24
    3.2.1 实验试剂  23-24
    3.2.2 实验仪器  24
    3.2.3 实验方法  24
  3.3 结果与讨论  24-29
    3.3.1 Fe_3O_4 磁纳米颗粒浓度对化学发光的影响  24-25
    3.3.2 Fe_3O_4 磁纳米颗粒pH 的影响  25-26
    3.3.3 鲁米诺浓度及pH 值的优化  26
    3.3.4 光照影响  26-27
    3.3.5 溶解氧的影响  27-28
    3.3.6 不同螯合剂研究  28-29
    3.3.7 Fe_3O_4 磁纳米颗粒的稳定性研究  29
  3.4 结论  29-30
第四章 Fe_3O_4磁纳米颗粒-鲁米诺化学发光的机理探讨  30-39
  4.1 引言  30
  4.2 实验部分  30-31
    4.2.1 实验试剂  30-31
    4.2.2 实验仪器  31
    4.2.3 实验方法  31
  4.3 Fe_3O_4 磁纳米颗粒生成过氧化氢机理  31-37
    4.3.1 Fe_3O_4 磁纳米颗粒与鲁米诺化学发光的光谱测定  31-32
    4.3.2 Fe~(2+)溶液光照条件下生成过氧化氢  32-33
    4.3.3 Fe~(2+)溶液-鲁米诺化学发光测定  33-34
    4.3.4 光照对溶液中Fe~(2+)含量的影响  34-35
    4.3.5 Fe_3O_4 磁纳米颗粒酶活性机理解释  35-36
    4.3.6 Fe_3O_4 磁纳米颗粒与鲁米诺反应的机理  36-37
  4.4 结论  37-39
全文主要结论及未来工作展望  39-40
  一 主要结论  39
  二 存在问题和展望  39-40
致谢  40-41
参考文献  41-46
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  46

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 化学元素与无机化合物 > 分析与鉴定
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