摘要：

随着我国经济的快速发展,重金属在工业和农业中的实际应用也趋于广泛,环境问题日益严重,水环境污染受到了越来越多的关注.重金属污染物难以降解,进入人体将会产生不可逆转的危害.因此,有效的检测分析水环境中的重金属含量对保护环境,保障人体健康具有重要意义.针对重金属离子检测过程中存在的操作复杂,价格昂贵,修饰剂筛选过程繁琐,无法实时,现场检测等问题,设计并研究了简便快捷,适用性强,灵敏度高的新型现场检测方法,该技术具有强烈的应用潜力和现实意义. 本课题设计和制备了新型的功能化纳米银材料,构建了基于功能化纳米银材料可视化检测水溶液中Cr3+离子的检测体系,并进一步优化检测条件,系统研究了检测体系的可行性,灵敏度和干扰性等.具体工作开展如下: (1)功能化纳米银的可控制备及其可视化检测Cr3+的研究 本部分采用氧化还原法以硝酸银为氧化剂和银源,硼氢化钠为还原剂,双氧水为调控试剂,柠檬酸三钠和聚乙烯吡咯烷酮为功能化试剂,制备了功能化纳米银材料,并研究了柠檬酸三钠,双氧水和聚乙烯吡咯烷酮浓度对纳米银制备的影响,初步考察了多种功能化纳米银对水溶液中Cr3+离子检测效果.研究结果表明,柠檬酸三钠,双氧水和聚乙烯吡咯烷酮浓度对纳米银材料的溶液颜色和粒径有较大的影响,当双氧水和聚乙烯吡咯烷酮浓度为2.13×10-2mol/L和3.73×10-5mol/L,柠檬酸三钠浓度由0增大至2.61×10-3mol/L时,所制备的纳米银粒径范围为10-244nm,溶液颜色分别为无色,浅绿色和蓝色;当柠檬酸三钠和聚乙烯吡咯烷酮浓度为1.61×10-3mol/L和3.73×10-5mol/L,双氧水浓度依次由0增大至3.19×10-2mol/L时,制备的纳米银粒径范围为10-39nm,溶液颜色分别为黄色,浅绿色,浅灰色和蓝色;当柠檬酸三钠和双氧水浓度为1.61×10-3mol/L和2.13×10-2mol/L,聚乙烯吡咯烷酮浓度依次由0增大至6.01×10-5mol/L时,所制备的纳米银粒径范围为11-225nm,溶液颜色分别为蓝色,无色,浅绿色和蓝色. 该部分工作利用所制备的纳米银对水溶液中Cr3+离子检测进行初步探索,当制备所用的柠檬酸三钠,双氧水和聚乙烯吡咯烷酮浓度分别为1.61×10-3mol/L,2.13×10-2mol/L和3.73×10-5mol/L时,制备的纳米银对Cr3+具有较高的响应信号.制备的功能化纳米银材料的平均粒径为16nm,可实现水溶液中的Cr3+离子可视化检测,该制备过程简单快捷,可操作性强,制得的功能化纳米银材料稳定性高,为后续实验提供了材料保证. (2)功能化纳米银五边形快速,可视化检测Cr3+的研究 本部分工作在上一章功能化纳米银五边形可控制备的基础上,构建了功能化纳米银五边形快速,可视化检测水溶液中Cr3+的检测体系.研究了反应时间和反应pH值等对该检测体系的影响,并对该检测体系的可行性,选择性,灵敏度和干扰性做了系统工作.研究结果表明,最佳的反应时间为30分钟,说明该检测体系为快速检测过程;最优的pH为9.25.该检测体系能够实现对Cr3+的可视化检测,且该检测体系对Cr3+有较强的选择性,能够实现特异性检测.该检测体系可视化检测Cr3+的范围为80μM-10mM,拟合方程为:Y=76.9-63/(1+exp((X-2.8)/0.16)),R2=0.997,最低检测限为50μM,该检测体系具有较强的抗干扰性,能够实现对模拟样品中Cr3+的特异性检测,具有良好的实际应用潜力. 另外,为进一步提高该检测体系的灵敏度,本部分工作选择不同的功能化试剂对纳米银进行单独和双重功能化修饰,功能化试剂包括:2-氨基苯丙氨酸,L-苯丙氨酸,L-脯氨酸,L-丙氨酸,L-半胱氨酸,L-酪氨酸,L-精氨酸和尿酸.然后,将其应用于Cr3+检测中,初步检测结果表明,功能化纳米银的最低响应浓度均为10-4mol/L,即修饰剂不能提高功能化纳米银五边形的检测灵敏度. (3)功能化纳米银三角形的制备及其快速,可视化检测Cr3+的研究 本部分研究工作制备了功能化纳米银三角形,构建了功能化纳米银三角形可视化检测Cr3+的检测体系.研究了反应温度对该检测体系的影响,并对该检测体系的可行性,选择性,灵敏度和干扰性做了系统工作.研究表明,制得的功能化纳米银三角形平均粒径在13nm左右,检测体系最佳的检测温度为80℃.该检测体系能够实现对Cr3+的可视化检测,且该检测体系对Cr3+具有较强的选择性,能够实现特异性检测.该检测体系可视化检测Cr3+的线性范围为0.2μM-400μM,线性方程为:Y=0.0002X+2.473,R2=0.992,最低检测限为0.2μM,三次回收率分别为108.28%,108.8%和103.75%.该检测体系具有较强的准确性,重复性和抗干扰性,具有较强的适用性和应用前景.

展开