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目前对环境中污染物的检测已经成为国内外研究的热点。氯酚类物质是常见的环境污染物,是一类非常重要的工业有机化合物,具有广泛的用途。但它们毒性大、难降解,给环境造成严重的污染。2-氯苯酚(2-CP)是最为常见的氯酚类化合物之一,具有较强的毒性和抗生物降解性能等,所以准确而有效地检测环境中江水、湖水、土壤等的2-CP含量显得十分重要。
光纤生物传感器有具诸多众人皆知的优点,所以它们在很多领域具有广阔的应用前景。而近年来人们研究最多的就是基于酶催化的光纤生物传感器,在医学、生物工程、食品工程和环境监控等方面有重要的应用前景。但是,这类传感器通常使用天然酶催化,而天然酶具有稳定性差、制备复杂、成本高等缺点。仿生酶与天然酶相比较,有很多独特的优点,其性能非常稳定,催化性能良好,制备简单,成本低,很好地弥补天然酶的不足,从而提高传感器的性能。近年来对仿生酶的研究受到人们越来越多的关注。
本学位论文合成了金属锰酞菁仿生酶和四羧基铁酞菁仿生酶,研究了其催化氧化2-CP的影响因素,构建了基于仿生酶催化的荧光猝灭型光纤2-CP传感器,实现了对2-CP的检测。
主要研究内容和结果如下:1、采用苯酐-尿素熔融法合成了四羧基铁酞菁(TCAFe(Ⅲ)Pc),并通过简单的后处理制备出结构特征明显的金属酞菁TCAFe(Ⅲ)Pc,对所得的金属酞菁进行了XRD、紫外、红外和质谱的分析。通过以邻苯二腈为原料制备出了锰酞菁(Mn(Ⅱ)Pc),并对其进行了表征。
2、金属酞菁仿生酶TCAFe(Ⅲ)Pc能有效地催化2-CP的氧化,生成的最终氧化产物是呈现粉红色的染料。氧化反应的最佳催化条件:体系中pH=8.0,TCAFe(Ⅲ)Pc的用量6mg(50mL溶液中),反应体系中的最适温度是室温(25℃),该氧化反应的氧化剂为氧气。4-AAP用量是2-CP的两倍。
3、在有太阳光照射条件下,Mn(Ⅱ)Pc对2-CP的催化氧化速度明显加快,而在没有太阳光的情况下,反应速度很慢,反应现象不明显,所以光照是一个重要的反应因素。我们研究了光照下Mn(Ⅱ)Pc催化氧化2-CP,最佳催化反应条件为:反应体系的pH=7.0,Mn(Ⅱ)Pc用量为14.0mg(50m溶液中),4-AAP用量是2-CP浓度的两倍。
4、构建了基于TCAFe(Ⅲ)Pc催化氧化2-CP的光纤2-CP传感器,研究了该传感器的传感特性。传感器的检测范围为1.0×10-5~9.0×10-5 mol/L,在此范围内2-CP的浓度与传感器探头的相对滞后相移有较好的线性关系。传感器对2-CP的检测下限为1.0×10-5 mol/L且响应时间为10min。