低“咖啡环”效应荧光试纸的制备及其初步应用

摘要

目前，科学工作者开发了一系列测定环境中重金属离子的高灵敏分析方法，但是大多依赖于贵重仪器，存在操作复杂、耗时、现场检测困难等局限性。试纸法因其简单、快捷、适于现场检测等优势而备受青睐。然而，常规试纸上敏感物质或探针固定时存在“咖啡环”效应引起的分布不均匀现象，导致试纸存在检测重现性差、灵敏度低、精确度欠佳等缺点，大多只能给出定性或半定量结果。因此，如何抑制试纸上敏感物质固定时的“咖啡环”效应，对提高试纸法的分析性能至关重要。鉴此，本论文通过构筑具有类“荷叶效应”的疏水表面和引入温敏性明胶，用以分别结合真空快速干燥途径，开发了两种能有效抑制固定时的“咖啡环”效应的试纸制备技术；然后，分别以金银纳米簇（Au-AgNCs）和银纳米簇（AgNCs）作为敏感物质，研制了两种检测汞离子（Hg2+）荧光试纸法。主要内容包括：
　　（1）研制了一种基于类“荷叶效应”和真空干燥途径的Hg2+荧光速测试纸。首先，采用十六烷基三甲氧基硅烷处理玻璃片，制得疏水性试纸干燥表面；其次，将经 Au-AgNCs探针浸泡的试纸条置于疏水性玻片表面，并在真空条件下进行快速干燥；最后，采用亲水性氨基硅烷试剂对固定了探针的试纸进行亲水化处理。结果表明，一方面，疏水玻片表面的疏水约束力，可有效地抑制干燥过程中试纸上Au-AgNCs探针溶液的外向流动；另一方面，借助真空干燥引起的溶剂快速蒸发，增强了探针溶液内部Marangoni流动，从而有效地抑制了Au-AgNCs探针在试纸表面的“咖啡环”效应，实现探针在试纸表面的均匀分布。同时，采用氨基硅烷对试纸进行二次处理，不仅增强了试纸表面探针的亲水性与牢固度，而且显著增强了探针的荧光强度。该试纸检测Hg2+的线性浓度范围为0.20-5000 nM，检测限为0.10 nM。采用该试纸分析废水中Hg2+含量，其结果与经典电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）的结果基本一致。这种简单、有效的“咖啡环”效应抑制方法，可望进一步扩大试纸法在生物医学和环境等领域的分析应用。
　　（2）发展了一种基于温敏性明胶的低“咖啡环”效应的荧光试纸并应用于Hg2+的速测。将经AgNCs荧光探针与明胶混合液浸泡的试纸进行低温冷冻，然后在低温（-20℃）条件下进行真空干燥处理，制得Hg2+敏感的荧光试纸。研究表明，具有溶胶-凝胶转变（35℃）性能的明胶的使用，不仅可有效地保护和稳定 AgNCs探针，而且可阻碍试纸表面探针干燥过程中溶液的外向毛细流动，进而有效地抑制试纸表面的“咖啡环”效应，实现了探针在试纸表面的均匀分布。采用该荧光试纸检测Hg2+，获得的浓度线性范围为0.10-625 nM，检测限为0.050 nM；将之用于血液样品中Hg2+分析，获得了与ICP-MS法基本一致的结果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 重金属概述

1.2 重金属离子的检测方法

1.2.1 光谱法

1.2.2 色谱法

1.2.3 电化学法

1.2.4 比色法

1.2.5 结语

1.3 试纸法概述

1.3.1 试纸法简介

1.3.2 试纸法的检测原理

1.3.3 试纸法的优缺点

1.3.4 试纸法在重金属分析中的应用

1.4 “咖啡环”效应概述

1.4.1 “咖啡环”效应简介

1.4.2 “咖啡环”效应的形成机制

1.4.3 “咖啡环”效应的调控途径

1.5 纳米材料概述

1.5.1 金纳米簇及其应用

1.5.2 银纳米簇及其应用

1.5.3 双金属纳米材料及其应用

1.6 本文的构思及研究内容

第2章 基于类“荷叶效应”和真空干燥途径的汞离子荧光速测试纸

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂与仪器

2.2.2 双金属金银纳米簇的制备

2.2.3 疏水性玻片的制备

2.2.4 荧光金银纳米簇试纸的制备

2.2.5 试纸法检测金属离子

2.3 结果与讨论

2.3.1荧光试纸表面“咖啡环”效应的抑制与表征

2.3.2 疏水板抑制“咖啡环”效应的机理

2.3.3 HDS与APS浓度的优化

2.3.4 金银纳米簇试纸制备和检测条件的优化及稳定性的研究

2.3.5 不同试纸对汞离子的检测性能对比

2.3.6 金银纳米簇试纸的荧光分析法的响应选择性考察

2.3.7 金银纳米簇试纸法检测汞离子的校正曲线

2.3.8 实际样品分析

2.4 结论

第3章 基于温敏性明胶的低“咖啡环”效应的荧光试纸制备及其用于血液中汞离子速测

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂与仪器

3.2.2 罗丹明B试纸的制备

3.2.3 银纳米簇的制备

3.2.4 荧光法检测金属离子

3.2.5 银纳米簇试纸的制备

3.2.6 银纳米簇试纸检测金属离子

3.3 结果与讨论

3.3.1 罗丹明B试纸对“咖啡环”效应的抑制与表征

3.3.2 明胶浓度的优化

3.3.3 银纳米簇的紫外表征

3.3.4 银纳米簇探针的响应性能研究

3.3.5 银纳米簇响应汞离子的性能考察

3.3.6 基于银纳米簇试纸法检测汞离子的校正曲线

3.3.7 实际样品分析

3.4 结论

第4章 总结

参考文献

在读期间发表的学术论文和专利

致谢