荧光光谱法研究苯乙烯-马来酸共聚物在水溶液中的聚集行为

摘要

苯乙烯-马来酸共聚物(SMA)分子链中既含有疏水性苯乙烯链段，又含有亲水性马来酸链段，属于两亲性聚合物，相对低分子量的苯乙烯-马来酸共聚物溶于水中具有良好的分散性、螯合性、絮凝性、乳化性等功能，近年来受到了学术及工业界的广泛重视，在轻工化工、环境保护等行业，特别是作为涉及金属离子水溶液的处理剂已得到良好的应用。但是，对于低浓度金属离子水溶液体系中SMA的应用研究却很少报道。本文采用基于荧光光谱仪的稳态荧光光谱法和共振散射光谱法研究SMA在低浓度金属离子水溶液体系中的聚集行为，旨在为SMA在低浓度金属离子水溶液体系中的应用提供依据。
　　本文的主要研究内容及结论如下:
　　（一）合成了一系列不同马来酸含量的水溶性苯乙烯-马来酸共聚物，通过荧光光谱法研究了苯乙烯，马来酸共聚物的荧光特性以及马来酸含量对苯乙烯-马来酸交替共聚物水溶液荧光光谱的影响。发现SMA的荧光发射光谱和激发光谱呈良好的手性对称，且其荧光发射光谱对激发波长和浓度依赖性较强;随着马来酸含量的降低，其在362nm处的荧光强度增强，并发射发生红移。还通过荧光光谱法研究了不同结构的苯乙烯-马来酸共聚物水溶的液荧光光谱，发现不同结构的苯乙烯-马来酸共聚物荧光光谱的峰位置和峰形不同，无规共聚物相对于交替共聚物，荧光光谱峰发生了明显的红移，且峰形左右对称性变差。
　　（二）采用基于荧光光谱仪的稳态荧光光谱法研究了水溶液中低浓度的Al3+、Fe3+、Cu2+、Ca2+、Na+等金属离子对苯乙烯-马来酸共聚物分子链聚集行为的影响。在没有添加探针和标记的情况下，利用苯乙烯-马来酸共聚物分子链上苯环的内源荧光揭示了低浓度的单金属离子及多金属离子诱导及共诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为。结果表明:金属离子通过静电作用、离子键作用和配位作用与苯乙烯-马来酸共聚物分子链相互作用，诱导苯乙烯-马来酸共聚物分子链逐渐收缩、卷曲，然后形成胶束，发生聚集，最后形成球形聚集，引发微观相分离。
　　（三）采用基于荧光光谱仪的共振散射光谱法研究了水溶液中低浓度的Al3+、Fe3+、Cu2+、Pb2+、Ca2+、Zn2+、Na+等金属离子对苯乙烯-马来酸共聚物分子链聚集行为的影响。结果表明:当Al3+、Fe3+、Cu2+、Pb2+、Ca2+、Zn2+、Na+等浓度低于一定值时，苯乙烯-马来酸共聚物的共振散射特征峰基本保持不变，苯乙烯-马来酸共聚物分子链逐渐收缩、卷曲，甚至发生轻微的聚集，高于一定值时，共振散射强度显著增大，苯乙烯，马来酸共聚物分子链与金属离子开始形成胶束，发生聚集，进一步产生大维度的聚集，甚至苯乙烯-马来酸共聚物分子链可能会塌陷，形成球形聚集，引发微观相分离;基于实验结果，本工作还提出了苯乙烯-马来酸共聚物与金属离子的相互作用方式，解释了共振散射增强的原因，低浓度的Al3+、Fe3+、Cu2+、Pb2+、Ca2+、Zn2+、Na+等存在下苯乙烯-马来酸共聚物分子链的聚集行为过程。
　　（四）研究表明在研究低浓度金属离子诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为方面，共振散射光谱法相对于稳态荧光光谱法更有优势，具体如下:共振散射光谱法能够更加清楚得从原理上说明低浓度金属离子诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为;共振散射光谱法能够更加灵敏、精确地低浓度金属离子诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为，且抗干扰性强，重现性好;对于某些离子，如Fe”，稳态荧光光谱法不能完整地反映Fe3+诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为，而共振散射光谱法能很好地反映出来。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 苯乙烯-马来酸共聚物

1．2 苯乙烯-马来酸共聚物的应用

1．2．1 分散剂

1．2．2 生物医药

1．2．3 表面活性剂

1．2．4 水处理剂

1．3 苯乙烯-马来酸共聚物溶液

1．3．1 苯乙烯-马来酸共聚物在溶液中的动态行为

1．3．2 苯乙烯-马来酸共聚物与小分子化合物的相互作用

1．3．3 苯乙烯-马来酸共聚物与超细粒子的相互作用

1．3．4 苯乙烯-马来酸共聚物与金属离子的相互作用

1．3．5 研究苯乙烯-马来酸共聚物在溶液中的聚集行为方法

1．4 荧光光谱分析技术

1．4．1 荧光光谱分析简介

1．4．2 稳态荧光光谱分析在高分子溶液研究的应用

1．4．3 同步荧光光谱分析在高分子溶液研究的应用

1．4．4 荧光共振散射光谱分析在高分子溶液研究的应用

1．5 论文研究背景意义、研究内容及主要创新点

1．5．1 论文研究背景意义

1．5．2 论文研究内容

1．5．3 论文主要创新点

第二章 苯乙烯-马来酸共聚物(SMA)的合成及荧光特性研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与规格

2．2．2 实验仪器设备

2．2．3 苯乙烯-马来酸共聚物的合成

2．2．4 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 苯乙烯-马来酸酐共聚物红外分析

2．3．2 苯乙烯-马来酸酐共聚物的凝胶渗透色谱分析

2．3．3 苯乙烯-马来酸共聚物溶液的荧光激发光谱和发射光谱

2．3．4 苯乙烯-马来酸共聚物溶液荧光光谱的激发波长依赖性

2．3．5 苯乙烯-马来酸共聚物溶液荧光光谱的浓度依赖性

2．3．6 马来酸含量对苯乙烯-马来酸共聚物溶液荧光光谱的影响

2．3．7 不同结构的苯乙烯-马来酸共聚物溶液的液荧光光谱

2．4 本章小结

第三章 稳态荧光光谱法研究低浓度金属离子诱导SMA共聚物的聚集行为

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与规格

3．2．2 实验仪器设备

3．2．3 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 低浓度Al3+诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

3．3．2 低浓度Fe3+诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

3．3．3 不同金属离子对苯乙烯-马来酸共聚物荧光光谱的影响

3．3．4 低浓度Cu2+诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

3．3．5 低浓度Ca2+诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

3．3．6 低浓度Na+诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

3．3．7 低浓度Ca2+和Mg2+共诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

3．3．8 低浓度Ca2+和Cu2+共诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

3．3．9 低浓度Ca2+、Mg2+和Na+共诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

3．4 本章小结

第四章 共振散射光谱法研究低浓度金属离子诱导SMA共聚物的聚集行为

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与规格

4．2．2 实验仪器设备

4．2．3 实验步骤

4．3 结果与讨论

4．3．1 苯乙烯-马来酸共聚物溶液的共振散射光谱

4．3．2 马来酸含量对苯乙烯-马来酸共聚物溶液共振散射光谱的影响

4．3．3 不同结构苯乙烯-马来酸共聚物溶液的共振散射光谱

4．3．4 低浓度Al3+诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

4．3．5 低浓度Fe3+诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

4．3．6 低浓度Cu2+诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集行为

4．4 不同金属离子诱导苯乙烯-马来酸共聚物的临界聚集浓度

4．5 金属离子诱导苯乙烯-马来酸共聚物的聚集过程

4．6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢