水环境中Ag+、Hg2+、Cu2+荧光检测法研究

摘要

随着人类社会活动的发展，环境污染问题也日趋严重，其中重金属污染由来已久，是环境污染问题所必须面对的最重要方面之一。目前，用于水环境中常见重金属污染物检测的方法有等离子发射光谱法、络合滴定法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法、电化学分析方法以及基于荧光检测仪器建立的一系列其他方法。其中荧光分析法由于其具有灵敏度高、选择性较好等优点受到了国内外研究者的关注。本论文结合金纳米颗粒和半导体长寿命量子点的发光性能优势，将荧光分析方法中的时间分辨荧光法运用到重金属离子的检测中。该方法具有操作简单、背景值低、选择性好、灵敏度高等优点。主要完成的内容如下:
　　 (1)设计了一个检测水中银离子(Ag+)含量的传感器。该传感体系包括了量子点(QDs)、金纳米颗粒(Au NPs)和两条DNA链。其中，量子点是掺杂Mn的CdS/ZnS核壳型量子点，它是一种长寿命量子点，可采用时间分辨荧光法进行检测;两条DNA是设计有5个C-C错配的互补双链。检测过程中，首先将两条DNA分别标记到QDs和Au NPs上，同时利用Ag+可以和C-C发生错配，形成稳定复合物这一特点，在Ag+存在的条件下，两条DNA链相互杂交，拉近了QDs和Au NPs的距离，使其发生荧光能量共振转移，使量子点的荧光随着Ag+浓度的不同而发生变化，由此达到检测Ag+浓度的目的。这种方法具有选择性好、杂交稳定、灵敏度高和杂交时间短等优点（第2章）。
　　 (2)利用电子转移猝灭原理，建立了一种快速检测水中汞离子(Hg2+)含量的方法。该方法除涉及到上述的长寿命量子点外，还专门设计了两条富含T碱基的DNA链，其中一条链标记在量子点上，另一条游离在溶液中;在Hg2+存在时，T-T碱基与Hg2+形成T-Hg2+-T复合物，此时，量子点与汞之间发生电子转移，量子点的荧光被猝灭。这种检测方法操作简便，并且具有杂交时间短，稳定性令人满意，选择性好等优点（第3章）。
　　 (3)将长寿命量子点Mn(∶)CdS/ZnS运用于环境样品中铜离子(Cu2+)的检测。通过研究不同金属离子，Ag+、Cd2+、Co2+、Cr3+、Fe2+、Fe3+、Ni2+、pb2+、Zn2+、Hg2+及Cu2+对量子点荧光强度的影响，发现只有Cu2+对量子点的荧光有强烈的猝灭作用。在检测体系中，荧光强度随着Cu2+浓度的增加而降低，量子点荧光强度和Cu2+的浓度在一定范围内呈良好的线性关系，对反应条件进行优化后，该体系表现出了令人满意的灵敏度。该方法操作方便简单，可用于实际样品的测定（第4章）。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 基本概念

1．1．1 荧光

1．1．2 荧光光谱

1．1．3 荧光寿命和荧光量子产率

1．1．4 荧光强度

1．2 荧光分析法概述

1．2．1 荧光探针法

1．2．2 荧光传感器法

1．2．3 常规的荧光分析法

1．2．4 荧光分析法定量分析及影响因素

1．2．5 溶液荧光的猝灭

1．2．6 荧光分析法的灵敏度及选择性

1．3 荧光材料

1．3．1 稀土化合物荧光材料

1．3．2 半导体纳米荧光材料

1．4 荧光分析法在环境分析中的主要应用

1．4．1 荧光猝灭和荧光增强分析法

1．4．2 同步荧光分析法

1．4．3 荧光免疫分析法

1．4．4 时间分辨荧光分析法

1．5 本文构思

第2章 纳米材料在银离子检测中的应用

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器

2．2．2 实验原料及试剂

2．2．3 实验所需溶液的配置

2．2．4 量子点的合成

2．2．5 金纳米颗粒的合成

2．2．6 量子点和金纳米颗粒表面修饰DNA

2．2．7 Ag+的检测

2．3 实验结果的讨论与分析

2．3．1 检测机理

2．3．2 反应条件的优化

2．3．3 荧光强度随浓度的变化

2．3．4 测量范围及线性范围

2．3．5 检测体系的选择性能

2．3．6 实际水样的分析应用

2．4 本章小结

第3章 量子点在汞离子检测中的应用

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验仪器

3．2．2 实验原料及试剂

3．2．3 实验所需溶液的配制

3．2．4 量子点的合成及修饰

3．2．5 Hg2+的检测

3．3 实验结果与分析

3．3．1 检测机理

3．3．2 杂交时间的优化

3．3．3 A-2加入量的优化

3．3．4 不同浓度Hg2+对荧光强度的影响

3．3．5 测量范围及线性范围

3．3．6 不同金属离子对检测体系的影响

3．3．7 实际水样的分析应用

3．4 本章小结

第4章 荧光猝灭法测定水环境样品中的痕量铜

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 主要仪器和实验试剂

4．2．2 溶液的配置

4．2．3 量子点的合成

4．2．4 荧光测量方法

4．3 实验结果分析与讨论

4．3．1 机理探讨

4．3．2 pH值的影响

4．3．3 反应时间的优化

4．3．4 Cu2+的测定

4．3．5 测量范围及线性范围

4．3．6 不同金属离子对检测体系的影响

4．3．7 实际样品的分析与应用

4．4 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录

致谢