基于荧光猝灭原理的溶解氧传感膜制备新技术的研究

摘要

溶解氧浓度检测对于环境监测、工业生产、临床医学以及水产养殖等领域均有十分重要的意义。传统的溶解氧检测方法是Clark电极法。然而，Clark电极容易被样品中的其它组分污染（如H2S、蛋白质等），并且在检测过程中消耗氧气，破坏检测样本。因此，近年来基于荧光猝灭原理的溶解氧传感器以其灵敏度高、检测速度快并能在线检测等优势受到越来越多研究者的关注。作为光学溶解氧传感器的核心组件，溶解氧传感膜的性能尤为重要，它通常由氧敏荧光指示剂和支撑基质组成。目前，随着工业的发展，溶解氧传感膜在长期稳定性、灵敏度等方面仍需进一步的提升。本文通过氟化有机改性溶胶-凝胶法制备高性能的基于荧光猝灭原理的溶解氧传感膜，并采用可逆加成/断裂链转移(RAFT)细乳液界面聚合法制备包埋荧光指示剂的纳米聚合物粒子，以探索提高溶解氧传感膜性能的新方法。
　　以四乙氧基硅烷(TEOS)和3，3，3-三氟丙基三甲氧基硅烷(TFP-TMOS)为前驱体，以三（4，7-联苯-1，10-邻菲哕啉）二氯化钌为氧敏荧光指示剂，采用氟化有机改性溶胶-凝胶法制备溶解氧传感膜。通过单因素实验，对溶解氧传感膜的性能进行了优化，并且对优化后传感膜的表面形态进行分析，同时结合溶解氧传感器对传感膜在灵敏度、响应速度以及长期稳定性等性能进行检测。结果表明，氟化有机改性溶胶-凝胶法制备的溶解氧传感膜具有灵敏度高、响应速度快、长期稳定性好等优点。
　　以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为反应单体，石蜡和三（4，7-联苯-1，10-邻菲哕啉）二氯化钌的混合液为核心材料，自制双亲性大分子RAFT试剂充当乳化剂和RAFT试剂，以偶氮异丁腈(AIBN)为引发剂，采用RAFT（可逆加成/断裂链转移）细乳液界面聚合法成功制备了包含荧光指示剂的纳米聚合物粒子。主要研究了AIBN的用量对聚合反应的转化率和粒子形态的影响以及RAFT试剂对粒子粒径的调节规律。结果表明:荧光指示剂被成功包裹到纳米聚合物粒子内部，聚合物粒子呈规整的球形结构，且粒径分布均匀;粒子的粒径随RAFT试剂用量增大而减小。此外，进一步探索了将所制备的包含荧光指示剂的纳米聚合物粒子分散到优化后的氟化有机改性溶胶-凝胶基质中以制备溶解氧传感膜。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 溶解氧的检测意义

1．2 溶解氧的检测方法

1．2．1 碘量法及其修正方法

1．2．2 目视比色法

1．2．3 色谱分析法

1．2．4 分光光度法

1．2．5 电化学法

1．2．6 光纤溶解氧传感器法

1．3 溶胶-凝胶法

1．3．1 溶胶-凝胶法的基本原理

1．3．2 氧敏荧光指示剂的种类

1．3．3 荧光指示剂的固定方法

1．3．4 溶胶-凝胶法的改进

1．4 RAFT细乳液界面聚合法

1．4．1 RAFT聚合法概述

1．4．2 RAFT细乳液界面聚合法制备纳米聚合物胶囊

1．5 本课题的来源及主要内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 课题研究的主要内容

1．6本课题提出的可行性

第二章 基于氟化有机改性溶胶-凝胶法的溶解氧传感膜制备

2．1 引言

2．2 实验试剂与仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 溶解氧传感膜的制备

2．4 实验结果与讨论

2．4．1 溶解氧传感膜制备参数的选择

2．4．2 溶解氧传感膜的光谱图

2．4．3 表面形态及厚度

2．4．4 动态响应曲线

2．4．5 标准曲线

2．4．6 长期稳定性

2．5 本章小结

第三章 含荧光指示剂的纳米聚合物粒子的制备及分散

3．1 引言

3．2 实验原料及设备

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验设备

3．3 小分子RAFT试剂的合成

3．4 双亲性大分子RAFT试剂(AmpHi-RAFT)的合成

3．5 含荧光指示剂的纳米聚合物粒子的制备

3．6 实验结果与讨论

3．6．1 纳米聚合物粒子表面形态

3．6．2 纳米聚合物粒子粒径的调控

3．6．3 纳米聚合物粒子内荧光指示剂的表征

3．7 纳米聚合物粒子的分散

3．8 本章小结

第四章 结论和展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

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