基于聚乙烯亚胺的荧光分析法在环境分析中的应用研究

摘要

环境中分析、监测的对象往往是微量、痕量的物质，还具有空间性和时间性，因此对分析方法的要求越来越高。传统检测的手段主要有色谱法、原子吸收法、生物芯片技术与免疫学方法等等。以上方法存在过程繁琐、耗时长、消耗试剂等缺点，很难实现有效、快速的分析检测。而荧光分析法以其灵敏度高、方法简便、选择性好等特点在近年来得到了快速发展。在环境分析中，荧光分子探针的设计合成以及荧光分析法的应用涉及到的样品和范围十分广泛:从大气、土壤到动植物;从天然水、饮用水到污水、废水;从人的头发、骨骼、血液到内脏等各个器官。因此，荧光分析法在环境分析中的应用方兴未艾。
　　 聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine，PEI)，是一种水溶性的高密度的阳离子高分子聚合物，有许多独特的性质和应用:(1)很好的水溶性、高附着性和吸附性，能够与不同的物质相结合。(2)高阳离子性。在水中以聚阳离子形态存在，能够中和和吸附所有阴离子物质，螯合重金属离子，能应用于金属离子的吸附分离、环境保护等领域。(3)高反应性。由于具有反应性很强的伯胺和仲胺，能够很容易地与醛、环氧、酸性气体等反应，对酸性染料有较强的结合力。(4)良好的基因转染性。PEI是枝状结构，与DNA或寡核苷酸富含阴离子的延伸的线型结构发生协同作用以及存在的静电作用能使两者形成复合物。
　　 因此，本文运用荧光分析法，建立了几种基于PEI的新型荧光平台，并将其应用于过氧化氢和葡萄糖、重金属离子Cu2+、阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的分析检测。本论文主要包括以下两方面的内容:
　　 1.介绍了荧光基本原理、技术及其应用、荧光探针的种类及其应用;概述了PEI的性质及应用现状;综述了过氧化氢和葡萄糖、重金属离子Cu2+、表面活性剂SDS的研究现状。
　　 2.建立了几种基于PEI在环境分析应用中的荧光新方法:
　　 (1)以PEI为模板合成的银纳米簇作为荧光探针灵敏地测定过氧化氢和葡萄糖。实验中运用PEI作为模板合成了银纳米簇。合成的银纳米簇具有1）量子尺寸效应、2）极高的表面原子分布、3）高比表面积和小尺寸效应、4）荧光性质稳定等特性。在pH为9.0的甘氨酸-氢氧化钠缓冲溶液中，银纳米簇有很强的荧光，过氧化氢与银纳米簇通过氧化还原反应，导致银纳米簇荧光猝灭，基于这种现象，能够实现对过氧化氢的测定。同时，由于葡萄糖在葡萄糖酶氧化下生成过氧化氢，又能间接测定葡萄糖的含量。实验对体系的pH值、反应时间和温度等实验参数进行了优化，在最优条件下，考察银纳米簇对过氧化氢和葡萄糖浓度的线性响应以及方法的选择性。据此，我们建立了测定过氧化氢和葡萄糖的新方法并用于人体血清样品中葡萄糖含量的检测。
　　 (2)在荧光基团标记的DNA和PEI的作用下，实现了对水体中Cu2+高效、灵敏地测定。实验发现荧光素标记的DNA在pH4.8的醋酸-醋酸钠缓冲溶液中呈现较弱的荧光，但加入一定量的PEI后，荧光素标记的DNA与PEI相互作用，发生荧光共振能量转移，从而使得体系荧光大大增强，随后加入Cu2+，PEI与Cu2+形成铜氨络合物，再次发生荧光共振能量转移，导致体系荧光猝灭。实验对体系的pH值、PEI的浓度、反应时间和温度等相关参数进行了优化，在最佳条件下，考察了体系对铜离子浓度的线性响应、检出限和选择性。据此，建立了高效、灵敏检测Cu2+的荧光分析新方法。
　　 (3)基于曙红Y和PEI存在下，实现了灵敏、快速、简单地检测水体中SDS的含量。实验中曙红Y作为阴离子荧光染料分子，在pH4.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液中呈现出强荧光，当加入一定量的PEI后，曙红Y附着在PEI上，发生光致电子转移，曙红Y的荧光被猝灭，随后加入SDS，由于竞争反应，SDS与PEI结合生成复合物，附着的曙红从PEI上脱落出来，荧光得到恢复，从而实现对SDS灵敏、简便的测定。实验对缓冲液的种类、pH值、反应时间及温度等实验参数进行了优化，在最佳实验条件下，考察了体系对SDS浓度的线性响应、检出限和选择性。据此，建立了一种简单、快速、灵敏测定SDS的荧光新方法，并将其应用于实际样品的检测。

目录

声明

CONTENTS

摘要

Abstract

PartⅠ Introduction

1．Introduction to fluorescence and fluorescence analysis method

1．1．Phenomenon of fluorescence

1．2．Molecular information from fluorescence

1．3 Several fluorescence technologies

1．4．Fluorescence probes

2．Introduction to polyethyleneimine

3．The objects in our study

4．The significance of this study

References

Part Ⅱ Main research works

Chapter 1．Polyethyleneimine-capped silver nanoclusters as a fluorescence probe for sensitive detection of hydrogen peroxide and glucose

1．Experimental

2．Results and discussion

3．Conclusions

References

Chapter 2．Efficient fluorescence “turn-off” method for Cu2+ detection based on fluorophore-labeled DNA and polyethyleneimine

1．Experamental

2．Results and discussion

3．Application

4．Conclusion

References

Chapter 3．Efficient fluorescence “turn-on’’ method for sodium dodecyl sulfate based on eosin Y and polyethyleneimine

1．Experimental

2．Results and discussion

3．Conclusion

References

Part Ⅲ Conclusions

Appendix：Paper published during the graduate

致谢