功能化纳米金/银比色法检测水溶液中重金属离子的研究

摘要

在环境污染中，重金属污染与有机物或生物污染不同，其污染很难消除且可通过自然界生物的富集作用在生物体内积累，因此对长期处于重金属污染环境中生物体的健康构成严重的危害。实现对污染水体的现场快速实时检测，对被污染水体的及时治理及保证自然生态的安全，具有重要意义。
　　目前国内外比较成熟且常用的金属离子检测方法主要借助于仪器，然而这些方法往往存在样品制备步骤复杂、离子干扰严重、仪器价格昂贵、检测时间较长等缺陷。贵金属纳米粒子因独特的光学性质，浓度、形貌、粒径大小的变化均会引起表面等离子体共振吸收发生变化及溶液颜色的变化，在分析检测领域已被广泛应用。本论文利用贵金属纳米粒子的独特光学性质，实现了功能化贵金属纳米粒子对 Hg2+、Mn2+、Cu2+的实时、快速灵敏检测。具体研究内容主要包括以下三个部分：
　　1)8-羟基喹啉(8-HQ)及草酸根功能化金纳米粒子(AuNPs)对二价汞离子(Hg2+)的快速灵敏检测。室温下以 PVP包裹、草酸钠还原制得粒径为20nm左右、分散性良好的球形 AuNPs。Hg2+与8-HQ及草酸根通过络合作用引起金纳米粒子的团聚，导致金溶胶颜色及表面等离子共振吸收发生变化，实现裸裸眼比色检测，检测限为0.4μM，通过紫外可见分光光度计实现低浓度定量检测，且最低检出浓度为10nM。且该功能化 AuNPs对 Hg2+有优异的选择性。此外，利用该体系实现了对实际水样的检测。
　　2)多聚磷酸钠功能化的银纳米粒子(P3O105-_AgNPs)对二价锰离子(Mn2+)的快速灵敏检测。在室温下以多聚磷酸钠保护及功能化制备银纳米粒子，粒径10nm左右，形状为球形，分散性良好。经过对实验条件的优化，P3O105-_AgNPs对Mn2+具有优异的选择性及灵敏度。Mn2+与多聚磷酸根通过络合作用导致银纳米粒子团聚，从而引起溶胶颜色及表面等离子共振吸收的变化，以此实现裸眼比色检测，检测限为0.1μM，通过紫外可见分光光度计实现低浓度定量检测，检测限为50nM。同时，利用该体系实现了对实际水样中 Mn2+的检测。
　　3)氯离子(Cl-)协同作用下吐温20(Tween20)包裹的银纳米粒子(AgNPs)对二价铜离子(Cu2+)的快速灵敏检测。在最优实验条件下，该体系对 Cu2+具有优异的选择性及灵敏度。在室温下以 Tween20保护制备分散性良好、粒径约为20nm的球形银纳米粒子，利用在酸性环境下银纳米粒子可与Cu2+发生氧化还原反应，得到Cu+与Ag+，Cu+进一步被溶解氧再氧化为Cu2+，Cl-再 Ag+反应生成 AgCl沉淀，有助于 Cu2+与溶液中 AgNPs发生循环氧化还原反应，对 AgNPs进行循环刻蚀。导致 AgNPs粒径及溶胶浓度的变化，使得银溶胶颜色及表面等离子共振吸收发生变化，实现裸眼比色检测，检测限为50nM，通过紫外可见分光光度计实现低浓度定量检测，检测限为7.5nM。此外，利用该体系实现了对实际水样中 Cu2+的检测。

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1绪论

1.1重金属污染危害及检测

1.2贵金属纳米材料简介

1.3贵金属纳米材料在重金属离子检测方面的应用研究

1.4本论文的选题意义及研究内容

2基于功能化金纳米粒子对汞离子(Hg2+)的快速灵敏检测研究

2.1引言

2.2实验材料、方法和表征

2.3结果与讨论

2.4本章小结

3基于功能化银纳米粒子对二价锰离子(Mn2+)的快速灵敏检测研究

3.1引言

3.2实验材料、方法和表征

3.3结果与讨论

3.4本章小结

4氯离子协助下银纳米粒子对二价铜离子(Cu2+)的快速灵敏检测

4.1引言

4.2实验材料、方法和表征

4.3结果与讨论

4.4本章小结

5总结与展望

5.1本论文的主要结论

5.2本论文的主要创新点

5.3今后的工作建议

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢