基于碳纳米材料的共振瑞利散射和荧光方法检测小分子的应用研究

摘要

近年来，碳纳米材料一直处于科学研究的前沿领域，各种各样的碳纳米材料层出不穷，从二维的石墨烯到一维的碳纳米管再到零维的富勒烯。其各自优越的物理化学性质，使其在光电领域、医学、生物工程、分析检测和催化等多个领域有着广泛的应用。本文建立了几种基于碳纳米材料的光谱平台，并将其应用于Al(Ⅲ)、过氧化氢和葡萄糖、自来水中活性氯的分析检测。本论文主要研究内容如下:
　　1.基于铝离子增强的氯化血红素功能化氧化石墨烯(H-GO)共振瑞利散射信号，实现自来水、嘉陵江水样以及阿司匹林药片中痕量Al(Ⅲ)的检测。H-GO对Al(Ⅲ)有很灵敏的散射响应，随着Al(Ⅲ)浓度的增加，H-GO的散射信号增大，基于这种现象建立起检测Al(Ⅲ)的新方法。在最优条件下，测定Al(Ⅲ)的线性方程式△I/I0=0.5070+0.9872 C(R2=0.9975)，相对应的线性范围是10nM-6μM，检测限是0.87nmol L-1。本实验应用了紫外-可见光谱、共振瑞利散射光谱、红外光谱对实验机理进行了研究，实验中发现EDTA的加入并不能猝灭增强的散射信号，说明在pH为5.9的条下，体系共振瑞利散射的增强应归因于生成的Al(OH)3胶体诱导了H-GO表面性质的改变。从紫外光谱图和红外光谱也可以推断出:Al(Ⅲ)加入后，氯化血红素(hemin)功能化石墨烯的电子转移到Al(OH)3胶体，H-GO表面亲水性的性质发生改变导致散射信号增强。
　　2.基于石墨烯量子点-芬顿反应体系构建荧光检测过氧化氢和葡萄糖的新方法。芬顿试剂Fe2+和H2O2均不会猝灭石墨烯量子点(GQDs)的荧光，但是芬顿反应的产物Fe3+却能灵敏地猝灭GQDs的荧光，基于这种现象建立了间接检测过氧化氢的荧光新方法。同时，因为葡萄糖氧化酶能够特异性地氧化葡萄糖并伴随产生过氧化氢，因此该方法也适用于间接检测葡萄糖。本实验对体系的pH条件、反应温度、反应时间等实验参数进行了优化，在最优条件下，得到了检测过氧化氢的两段线性方程，分别是F-F0=42.8876 C-1.1229和F-F0=7.2123 C+219.5063，相对应的线性范围分别是0.5-6μmol L-1和6-30μmol L-1;算出检出限(36/slope)是0.03μmol L-1;在同样的最优条件下，检测葡萄糖也是呈现两段线性，分别是F-F0=26.5506 C+2.4915和F-F0=5.7736 C+172.4911，对应的线性范围是1-8μmol L-1和8-35μmol L-1，检出限为0.08μmol L-1。
　　3.掺镁的碳量子点(Mg-CPNs)作为蓝色荧光传感器检测自来水中的活性氯。实验发现在pH为6.09的B-R缓冲溶液中Mg-CPNs在440nm处能发出稳定且温和的蓝色荧光，但是当加入一定量的活性氯时，Mg-CPNs的荧光会迅速猝灭，基于以上现象建立了一种快速、简易、灵敏、选择性检测水体中活性氯的荧光新方法。实验对体系的pH值、反应时间、Mg-CPNs的浓度进行了优化，在最优实验条件下得到检测活性氯的线性方程式为F-F0=723.369 C-23.01，对应的线性范围和检出限分别是50nmol L-1-1.75μmol L-1和8nmol L-1，最后我们将该方法应用于自来水中活性氯的检测，并得到了满意的结果。该实验能够用于检测活性氯可能是由于Mg-CPNs表面有很多含氧官能团提供的电子能够和强氧化性的活性氯发生作用，因而改变了Mg-CPNs表面的性质使得其荧光猝灭。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 碳纳米材料简介

1．2 石墨烯的制备

1．2．1 物理法制备石墨烯

1．2．2 化学法制备石墨烯

1．2．3 其他方法

1．3 石墨烯的应用

1．3．1 电化学传感器

1．3．2 光学传感器

1．3．3 太阳能电池

1．3．4 药物载体

1．3．5 气体传感器

1．4 石墨烯量子点以及碳量子点的制备

1．4．1 自上而下的方法

1．4．2 自下而上的方法

1．5 石墨烯量子点以及碳量子点的应用

1．5．1 在生物方面的应用

1．5．2 在化学方面的应用

1．6 本论文的研究内容和意义

参考文献

第二章 基于“氯化血红素功能化的石墨烯-Al(Ⅲ)”体系共振瑞利散射增强建立一种简单快速直接检测铝离子的方法

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验设备

2．2．3 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 R-GO-Al(Ⅲ)体系的共振瑞利散射光谱图

2．3．2 反应条件的优化

2．3．3 方法的灵敏度和线性范围

2．3．4 方法的选择性和对实际样品的检测

2．3．5 H-GO用于铝离子检测的机理探讨

2．4 结论

参考文献

第三章 基于芬顿反应构建石墨烯量子点荧光探针检测葡萄糖

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 仪器设备

3．2．3 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 石墨烯量子点的光学性质以及荧光检测过氧化氢和葡萄糖的可行性

3．3．2 实验条件的优化

3．3．3 过氧化氢的检测的灵敏度和线性范围

3．3．4 葡萄糖的检测的灵敏度和线性范围

3．3．5 检测葡萄糖的选择性研究

3．3．6 人血清中葡萄糖含量的测定

3．4 总结

参考文献

第四章 新型掺镁的荧光碳量子点选择性检测自来水中的活性氯

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验设备

4．2．3 碳量子点的合成

4．2．4 活性氯的检测

4．3 结果与讨论

4．3．1 碳量子点的光学性质和检测的机理探究

4．3．2 实验条件的优化

4．3．3 检测活性氯的线性范围和灵敏度

4．3．4 检测活性氯的选择性

4．3．5 检测自来水中的活性氯

4．4 结论

参考文献

作者部分相关论文题录

致谢