【摘要】： 本論文主要介紹了三種微分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及對(duì)環(huán)境污染物的檢測(cè)研究,包括地表水中重金屬離子的檢測(cè)和生活污水處理廠水體中環(huán)境雌激素的檢測(cè)。 首先,我們研究了一種對(duì)鉛離子進(jìn)行選擇性檢測(cè)的流動(dòng)注射微流控分析體系。其檢測(cè)原理是基于一種熒光分子傳感器(Calix-DANS4)對(duì)鉛離子的高靈敏度和高選擇性的響應(yīng)。該熒光離子團(tuán)是一種帶有四個(gè)DANS1基團(tuán)的杯芳烴。該鉛離子檢測(cè)微流控芯片由含有被動(dòng)混合器的Y-型微通道和玻璃粘合而成。檢測(cè)腔體的引入極大的提高了檢測(cè)的靈敏度,檢測(cè)時(shí)由光纖傳導(dǎo)的兩個(gè)365 nm紫外發(fā)光二極管對(duì)腔體中熒光分子同時(shí)激發(fā),然后另一光纖組在和激發(fā)光垂直的角度進(jìn)行熒光采集,并與光電倍增管耦合放大進(jìn)行檢測(cè)。在pH 3.2,乙腈/水=60/40,熒光分子濃度為1×10~(-6)摩爾/升時(shí),該體系對(duì)鉛離子的檢測(cè)限可以達(dá)到2.5×10~(-8)摩爾/升,這已經(jīng)低于世界衛(wèi)生組織目前飲用水中鉛離子含量指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)中的最大值以及2013年的飲用水的歐洲標(biāo)準(zhǔn)。 為了改善我們的流動(dòng)注射微流控分析體系的靈敏度和選擇性,以及消除其共存離子鈣離子的干擾,我們?cè)谖⒘骺胤治銮凹尤肓斯滔噍腿「患疤幚磉^(guò)程。萃取柱是自制的填充了功能化3-氨基丙烷硅膠的Teflon微柱。在進(jìn)行微柱固相萃取時(shí),功能化硅膠在堿性條件下(pH=10)選擇性吸附痕量鉛離子,從而能與其他的干擾離子分離,特別是水中大量存在的鈣離子和鈉離子。在酸性條件下,鉛離子能被可逆地從微柱上洗脫下來(lái),富集倍數(shù)可達(dá)100倍。固相萃取前處理過(guò)程和熒光法微流控裝置相結(jié)合,已被成功地用于自來(lái)水中鉛離子的檢測(cè)。該檢測(cè)結(jié)果已用常規(guī)用于檢測(cè)痕量鉛離子的原子吸收光譜法進(jìn)行了證明。 在進(jìn)行微流控體系分析檢測(cè)時(shí),我們發(fā)現(xiàn)體系外混合體系內(nèi)檢測(cè)和體系內(nèi)由被動(dòng)混合器混合再檢測(cè)得到的滴定曲線存在很大的差異,初步表明該反應(yīng)在我們的微流控體系中存在某些不完整性。利用一個(gè)快速反應(yīng)模型在微流控體系中體系外混合和體系內(nèi)混合的對(duì)比研究,我們證明了反應(yīng)物在我們微流控分析體系中已經(jīng)完全混合。為了更好地理解所研究熒光離子團(tuán)和鉛離子之間的絡(luò)合作用,我們通過(guò)將微流控分析手段,停流方法(stopped-flow)和計(jì)算機(jī)模擬相結(jié)合的方法從理論和實(shí)驗(yàn)的角度同時(shí)研究該絡(luò)合反應(yīng)的機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué),并分析和驗(yàn)證了已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果的合理性。首先,我們進(jìn)一步改善了我們的微流控分析體系的操作參數(shù),如降低流速以增加傳輸時(shí)間,從而延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,這明顯地縮小了和體系外混合得到的滴定曲線的差距。另外,通過(guò)改變微流控體系的幾何構(gòu)型,如延長(zhǎng)的微通道,同樣為了延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間,兩曲線已經(jīng)接近重合,實(shí)驗(yàn)證明了該反應(yīng)是個(gè)慢反應(yīng),在我們的微流控通道內(nèi),該絡(luò)合反應(yīng)尚未結(jié)束。然后,通過(guò)馳豫時(shí)間的分析方法,我們得到對(duì)于1:1絡(luò)合反應(yīng),當(dāng)熒光分子濃度遠(yuǎn)大于金屬離子濃度時(shí),鉛離子濃度和馳豫時(shí)間的倒數(shù)成線性關(guān)系。我們用停流方法研究了在該反應(yīng)條件下的反應(yīng)速率,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也證明在鉛離子濃度大于等于十倍熒光分子濃度時(shí),該線性關(guān)系成立,并由此得到絡(luò)合反應(yīng)的結(jié)合常數(shù)(k_1)。我們通過(guò)用軟件SPECFIT對(duì)熒光光譜的分析和擬合得到了該反應(yīng)的平衡常數(shù),從來(lái)計(jì)算得到其解離常數(shù)(k_(-1))。最后,我們用另一軟件Chemical kineticssimulator對(duì)該反應(yīng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬,得到了對(duì)應(yīng)于我們的微流控體系條件的理論曲線,和我們的實(shí)驗(yàn)曲線基本相符。 本論文中所研究的另一金屬離子檢測(cè)器是基于微腔激光的光流體傳感器。該傳感器的原理主要是微腔激光材料對(duì)金屬離子的選擇性吸附導(dǎo)致其折射率的改變,從來(lái)引起微腔激光光譜的移動(dòng)。本論文的工作主要是對(duì)該微腔激光材料的研究。我們主要研究了嵌段共聚物,因?yàn)槠湮⑾喾蛛x的特殊性,疏水段可以容納激光染料,而親水段在水中溶脹后可以容納金屬離子,從而具有發(fā)激光和離子傳感的雙重性能。我們主要研究了兩種嵌段共聚物(PS-b-P2VP,PS-b-P4VP),PS能容納染料分子(DCM),P2VP和P4VP與金屬離子間可能有相互作用。借助于原子力顯微鏡(AFM),我們研究了兩種聚合物薄膜的表面形態(tài),以及經(jīng)過(guò)水處理和金屬離子處理后的形態(tài)變化。借助于橢偏儀(ellipsometry),我們研究了兩種聚合物薄膜的折射率,以及經(jīng)過(guò)水處理和金屬離子處理后的折射率變化。表面形態(tài)和折射率變化表明,PS-b-P4VP對(duì)鋅離子有特殊的響應(yīng)。該聚合物進(jìn)一步用于制作微腔激光以及光流體,并在光流體中測(cè)試該微腔激光通過(guò)水和鋅離子溶液后的光譜移動(dòng)。初期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,鋅離子能引起光譜移動(dòng),但真正的原因還需進(jìn)一步證明和探索。 本論文中研究的最后一種微分析方法是關(guān)于微型毛細(xì)管電泳安培檢測(cè)對(duì)污水廠中環(huán)境雌激素的檢測(cè)研究。該小型化的毛細(xì)管電泳安培檢測(cè)與固相萃取前處理相結(jié)合的方法首次成功地對(duì)五種環(huán)境雌激素:2,4-dichlorophenol(DCP),4-tert-butylphenol(BP),bisphenol A(BPA),17α-ethynylestradiol(EE2)和4-n-nonylphenol(NP)進(jìn)行了分離和檢測(cè)。毛細(xì)管電泳的分離模式采用的是膠束電動(dòng)色譜(MEKC),有效地改善了分離效果。為了改善靈敏度,在分析前采用了固相萃取將被分析物進(jìn)行富集。我們對(duì)分離檢測(cè)的條件(如緩沖液的pH值和濃度,膠束的濃度,分離電壓,進(jìn)樣時(shí)間)進(jìn)行了優(yōu)化,在最優(yōu)條件下,該五種分析物在12分鐘內(nèi)有效地得到分離和檢測(cè)。該方法成功地用于污水廠中的該五種環(huán)境雌激素的檢測(cè)。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：X832

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2718628