量子点和纳米二氧化硅在分析化学中的应用

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本论文是在查阅大量文献的基础上并通过众多实验完成的,内容主要为量子点和纳米二氧化硅在分析有机物、离子和生物分析方面的应用。量子点的尺寸效应以及优越的发光特性,使得其在分析化学领域的研究日益成为热点。纳米SiO2因具有纳米材料的大比表面积和比表面能,在吸附材料领域以及制备掺杂薄膜方面的应用很有前景。第一章为前言综述部分,第二章至第八章为实验部分。(1)第一章,阐述了新型发光量子点的定义、结构、特征、能态、发光性质以及能量通道等,重点介绍了量子点的合成与修饰以及量子点作为光学传感器的原理和应用。同时介绍了纳米SiO2的结构、性质、应用以及掺杂的研究现状。(2)第二章,选择铋试剂Ⅱ作为硫化镉量子点的修饰剂,合成了表面修饰的量子点,进行了红外光谱、透射电子显微镜、吸收光谱和荧光光谱的表征。利用其有效官能团与银离子作用,导致修饰的量子点的荧光增强作用,建立了测定银离子的方法,开发了新型的银离子的传感器,而且探讨了银离子与修饰的量子点的反应机理,优化了实验条件,对实际样品中的银离子进行了测定,线性范围为0.01-5.0μmol L-1,相关系数为0.9993,检测限达到1.6nmol L-1,对实际水样的分析获得了较为满意的结果。(3)第三章,用L-半胱氨酸作为修饰剂合成了功能化的CdS量子点,并利用DNA的加入对其共振光散射光谱的影响建立了超灵敏测定DNA的方法。在最佳实验条件下,该方法对于小牛胸腺DNA和鲱鱼精DNA的线性范围分别为20~700 ng mL-1和30~800 ng mL-1。检测限分别达到1.5 ng mL-1和1.9 ng mL-1。与传统的共振光散射方法比较,该方法快速、灵敏度高。(4)第四章,采用光谱法,包括荧光光谱、吸收光谱等研究了量子点硫化镉-吖啶橙-DNA三元体系的反应机理。发现,染料吖啶橙与量子点之间不止是能量转移的关系,而是相互猝灭。研究了体系能量转移和形成基态复合物等问题。DNA的加入可以显著增强量子点硫化镉-吖啶橙的荧光强度,据此建立了测定DNA的新方法,线性范围为60-4000 ng mL-1,相关系数为0.9995,检测限达到4.39 ng mL-1。(5)第五章,采用光谱法研究了有机染料与巯基乙酸修饰的硫化镉量子点之间的相互作用。研究结果,吡啰红与CdS之间作用形式是染料聚集在CdS的表面使得CdS不易聚集,但同时也降低了CdS的发光的量子效率;罗丹明B、罗丹明6G、丁基罗丹明B均与CdS之间存在能量转移,位阻效应使得能量转移效率最高的BRhB的相对荧光强度增大最小;中性红与CdS的能量转移效率更高,同时推测可能使CdS-TGA上的-COOH与部分NR的-NH2发生偶联导致粒子变大而发生荧光光谱的红移;番红花红与CdS是相互荧光猝灭,可能是ST的-NH2与CdS-TGA上的-COOH发生偶联使得纳米粒子变大以及二者形成基态复合物的共同作用的影响。此项研究有望为更深层次的研究量子点与染料的作用提供理论基础。(6)第六章,研究了聚合物,壳聚糖和聚乙烯亚胺修饰的量子点作为Cu2+传感器。通过荧光光谱,吸收光谱以及TEM等分析手段,初步探讨Cu2+猝灭聚合物的机理,有望提供一种新的金属离子的传感器。(7)第七章,用纳米SiO2作为吖啶橙的分散剂和稳定剂,测定了小牛胸腺DNA,获得很好的选择性和灵敏度,并与共振光散射法相比较,具有更好的抗干扰能力以及更好的稳定性。DNA的加入显著增强了AO的荧光,增强的信号强度与DNA的浓度有很好的线性关系,线性范围为0.66-55.60μg mL-1,相关系数为0.9996,检测限达到15 ng mL-1。(8)第八章,采用溶胶凝胶法制备了染料罗丹明B、罗丹明6G、中性红、吖啶橙掺杂的SiO2薄膜,通过对染料在溶胶中的吸收光谱的研究,说明了染料在溶胶中的形成氢键的行为以及激发态类型的判断。通过比较染料在水溶液、乙醇溶液、溶胶状态以及成膜后的荧光光谱分析,推断了酯化反应以及二氧化硅三维网络对不同染料掺杂的影响,有望为提出新的固体染料激光器提供理论支持。
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