过渡金属氮化物的制备及在分子印迹传感检测环境微污染物中的研究

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近年来,随着经济的快速发展,环境污染成了全球范围内不可忽视的问题。在畜牧、水产等产业中,像抗生素、农药、酚类等环境微污染物排放于人类赖以生存的生态环境中,对生态平衡造成严重的威胁。目前,面对日益严重的环境问题,针对环境微污染物开发一种高选择性和灵敏性的检测方法已是迫在眉睫。经过长时间的研究,由于电化学传感器操作简单、快速及灵敏度高等优点受到科研工作者的广泛关注。随着纳米技术的发展,过渡金属氮化物纳米阵列材料被证明能够提高电化学分析的电化学响应和稳定性。因此,本文以过渡金属氮化物纳米阵列材料为基底电极,以分子印迹技术与电化学传感相结合的检测方法构建了多种检测环境微污染物的分子印迹电化学传感器。这些研究丰富了环境微污染物检测的电化学方法,并拓展了过渡金属氮化物纳米阵列材料的应用范围。本论文针对此做了如下的研究:1.利用水热和氮化反应在碳布(CC)表面原位合成了氮化钴纳米阵列(CoN/CC)。通过改进的本体聚合方法以泰乐霉素(TS)为模板分子,α-甲基丙烯酸为功能单体制备了分子印迹聚合物(MIP)。在此,基于MIP和Co N纳米阵列(CoN/CC)的巧妙组合,开发了一种稳定的分子印迹电化学(MIP-EC)传感器。在最优条件下,MIP-EC传感器8.6×10-11-6.7×10-5 mol L-1的浓度范围内实现了对TS的检测,检测限(LOD)为5.5×10-12 mol L-1。MIP-EC传感器具有宽线性范围、低检测限、高选择性、重现性和稳定性。在地表水和土壤样品中测试了MIP-EC传感器的实用性。所提出的MIP-EC传感器制造工艺简单,可以提供一种通用可靠的方法,对小分子污染物检测具有巨大的潜在应用价值。2.通过水热合成和氨气氮化反应制备了Fe3N-Co2N/CC纳米阵列,通过改进后的本体聚合方法以氨苄西林为模板分子和N,N-二甲基丙烯酰胺为功能单体制备了MIP。Fe3N-Co2N/CC纳米阵列为MIP的吸附提供了理想的基底。因此,构建了灵敏而稳定的MIP-EC传感器可以用于氨苄西林的检测。在最优条件下,开发的MIP-EC传感器可在5.56×10-9-9×10-3 mol L-1浓度范围内检测氨苄西林,LOD为3.65×10-10 mol L-1。该传感器表现出了高选择性、重现性和稳定性。因此,对于高敏感和选择性的电化学测量和食品安全性测试,使用MIP-EC传感器是非常有前途的。3.在电分析生物传感器或传感器领域,对实际样品中的小分子污染物进行免洗检测已引起人们的关注。在CC上原位生长的CoN纳米阵列用作工作电极,配制了电活性物质甲苯胺蓝(TB)溶液,通过改进的本体聚合方法制备了MIP。基于CoN纳米阵列电极上双酚芴(BHPF)的直接电化学不可逆氧化,我们开发了一种比率型MIP-EC传感器,以实现对血清和自来水中BHPF的免洗检测。随着BHPF浓度的增加,更多的BHPF和更少的TB暴露在电极表面。所以,△IBHPF逐渐增加,而△ITB逐渐减少,作为指令响应的△ITB/△IBHPF值逐渐降低。建立了使用比率的方法实现了高灵敏度,高可靠性的BHPF检测。在1.90×10-7-9.4×10-4 mol L-1浓度范围内可以实现BHPF检测,LOD为6.33×10-8 mol L-1。所构建的比率型MIP-EC传感器通过实际样品测试表现出较好地抗干扰能力,优秀的检测重现性以及对BHPF的免洗检测的稳定性。这项工作可以进一步为检测其他小分子提供理论和实践指导。
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