分子印迹聚合物的制备及其在硝化纤维素检测中的应用研究

摘要

硝化纤维素(NC)作为一种易燃易爆物，在频发的恐怖袭击事件中多有采用。为了抑制恐怖袭击事件的发生以及对危险物进行控制，本文利用分子印迹技术，设计并合成了以NC为模板的传统分子印迹聚合物（TMIP）和以二氧化硅为核材料的表面分子印迹聚合物（SiO2/MIP），并通过红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)和X射线衍射分析(XRD)分别研究结构、形貌、热稳定性以及结晶情况;通过紫外分光光度计研究分子印迹聚合物对NC的结合能力，并对聚合温度以及单体与交联剂的配比进行优化。将NC与其结构类似物（甲基纤维素、羧甲基纤维素和羟丙基纤维素）对比，研究印迹聚合物对NC的选择能力。以SiO2/MIP为敏感膜，制成电化学传感器，采用电化学法研究SiO2/MIP基传感器对NC的检测能力，并对聚合温度、单体与交联剂配比、NC浓度、结合时间、电解液铁氰化钾浓度等条件进行优化，为该印迹材料在安检中硝化纤维素的检测应用提供理论和试验指导。 结果表明:合成的TMIP是含有多空隙交联结构的无定型聚合物，对比物传统非印迹聚合物(TNIP)是含有密实块状结构的无定型聚合物，印迹过程会增加生成聚合物的无定型程度。TMIP的热失重过程（三个阶段）不同于TNIP（包括两个阶段）;TMIP和TNIP的热稳定性随着聚合温度的升高而降低，随着交联剂加入量的增加而降低。结合实验表明，TMIP对NC的结合能力远高于TNIP，TMIP显示出特异的NC结合能力;TMIP最佳的聚合条件是:温度50℃、单体与交联剂配比为1∶3;TMIP对NC的结合量远高于对其结构类似物的结合量，显示出TMIP对NC优异的选择性。 合成的SiO2/MIP的SEM显示球形二氧化硅嵌入聚合物基质中，同时聚合物中含有很多空腔，表明NC在SiO2表面成功印迹。制备的SiO2/MIP和表面非印迹聚合物(SiO2/NIP)均为无定型态，SiO2/MIP的结晶度低于SiO2/NIP。SiO2/MIP和SiO2/NIP的热失重过程与TMIP和TNIP的类似，增加聚合温度和交联剂浓度会降低SiO2/MIP和SiO2/NIP的热稳定性。结合实验显示，SiO2/MIP对NC具有很好的特异性和选择性。SiO2/MIP对NC的结合量远高于TMIP，说明表面印迹能增强对NC的结合能力。 制备的SiO2/MIP电化学传感器对NC最佳的结合条件为:温度50℃、配比1∶3、结合时间1min、铁氰化钾浓度5.38mmol/L。SiO2/MIP和SiO2/NIP电化学传感器对NC的结合量随着NC浓度的增加先增加后稳定，NC的检测限为3.4×10-3mg/mL，最佳的NC浓度为4mg/mL; SiO2/MIP基传感器有较大的有效电极面积和优异的重现性。对比SiO2/NIP基传感器，SiO2/MIP基传感器均显示出对NC更高的结合量，表明SiO2/MIP基传感器对NC具有优异的特异性。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景和意义

1．2分子印迹技术简介

1．2．1分子印迹技术的基本原理

1．2．2分类

1．2．3分子印迹聚合物的制备方法

1．2．4应用

1．3硝化纤维素的简介

1．3．1硝化纤维素的结构与性能

1．3．2硝化纤维素的应用

1．3．3硝化纤维素的检测

1．4电化学检测技术

1．4．1概述

1．4．2测试手段

1．4．3应用实例

1．5本论文研究内容

2传统分子印迹聚合物的制备及性能研究

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验药品

2．2．2实验仪器

2．2．3实验步骤

2．3结果与讨论

2．3．1 TMIP的制备流程图

2．3．2红外分析

2．3．3表面形貌分析

2．3．4晶态分析

2．3．5热稳定性分析

2．3．6吸附性能

2．3．7选择性能

2．4本章小结

3表面分子印迹聚合物的制备及性能研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验药品

3．2．2实验仪器

3．2．3实验步骤

3．3结果与讨论

3．3．1 SiO2／MIP的制备流程

3．3．2红外分析

3．3．3表面形貌分析

3．3．4晶态分析

3．3．5热稳定性分析

3．3．6吸附性能

3．3．7选择性能

3．4本章小结

4 SiO2／MIP基电化学传感器的制备及在NC检测中的应用

4．2．2实验仪器

4．2．3实验步骤

4．3结果与讨论

4．3．1表面印迹聚合物电化学传感器的检测原理

4．3．2聚合温度和配比对SiO2／MIP传感器的NC检测性能的影响

4．3．3 NC浓度对SiO2 / MIP传感器的NC检测性能的影响

4．3．4结合时间对SiO2 / MIP传感器的NC检测性能的影响

4．3．5铁氰化钾浓度对SiO2／MIP传感器的NC检测性能的影响

4．3．6 SiO2 / MIP传感器的有效面积以及重现性

4．4本章小结

5结束语

致谢

参考文献

附录