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导电高分子作为一种新型功能材料而为人们熟知,在材料、能源、信息等领域应用范围广阔。但导电高分子材料在环境领域的研究才刚刚起步,仅限于防污、防腐、传感器、绿色催化剂等方面。根据文献调研和课题组的实际情况,本论文工作选择了聚苯胺、聚萘胺、聚噻吩等几种典型导电高分子进行研究,探讨它们在环境样品前处理和修饰电极等方面的应用。
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一种新型、广普固相微萃取涂层研制及其在环境分析中应用以聚苯胺导电高分子为材料制备了一种新型、广普的固相微萃取涂层。依据聚苯胺结构多样化、易聚合、耐高温等特点,将其电聚合到不锈钢丝上,制作成简易的固相微萃取装置。在初步探讨聚苯胺电化学制各与结构特点的基础上,着重研究聚苯胺固相微萃取涂层在环境分析中的应用。以邻苯二甲酸酯类、氯代、硝基取代苯系化合物、有机氯及菊酯类农药等为分析对象,对新型聚苯胺涂层的萃取性能进行了研究。与商售产品比较,自制聚苯胺固相微萃取装置结构简单、价格低廉、呈现性好、检测限低、寿命长,具有良好的应用前景。新型聚噻吩固相微萃取涂层的研制及其对水中14种有机氯农药的分析测定继聚苯胺后,另一种导电高分子—聚噻吩同样也被首次开发成新型固相微萃取涂层材料。选择14种有机氯农药为目标化合物,对聚噻吩涂层性能进行评价,研究结果显示聚噻吩涂层具有良好的选择性、灵敏度和快速的萃取平衡。由于其独特的物理化学性质,聚噻吩涂层在热稳定性和使用寿命等方面的均优于商售聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂层,而低廉的制作工艺更是本研究的一大特色。新型聚苯胺/聚亚甲基兰双层膜修饰电极的制备及其对甲醇的电催化氧化在修饰电极研究方面,提出了“双层膜”合成法,以改善聚苯胺导电高分子的电化学性质,其形成的修饰电极可以在中碱性溶液中实现对甲醇的电催化。这对甲醇绿色催化剂和环保燃料电池的开发有很大的借鉴作用。通过X光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和现场傅立叶变换红外(FT IR)反射光谱等技术,发现修饰电极对甲醇的电催化氧化性能,可归属于聚亚甲基兰在聚苯胺中的高度分散和两者的协同作用。依据实验结果,提出了甲醇在双层膜电极上电化学氧化可能存在的反应机理。磺酸二茂铁.聚萘胺修饰电极的研制及其对NO-2的脉冲法测定合成了水溶性磺酸二茂铁,采用电化学法将其掺杂进聚萘胺膜中,形成磺酸二茂铁—聚萘胺修饰电极,该电极性能稳定,经久耐用。利用电化学、红外光谱、电子能谱、扫描电镜等手段对其进行表征。结果发现,掺杂后的聚萘胺电极电化学性质得到大幅提高。循环伏安实验证实,在微酸溶液中,该修饰电极在—0.48V处的氧化峰对NO-2离子具有很好的电催化活性。以差分脉冲伏安法测定其催化电流,发现其与NO-2浓度在0.5~100μmol dm-3范围内呈良好的线性关系,相关系数0.998。将该电极用于环境水样中NO-2的测定,效果良好。
聚苯胺酪氨酸酶传感器的研制及对苯酚的测定研究了由聚苯胺导电高分子材料作为载体制备酪氨酸酶传感器的方法及其特性。根据酶的等电点,用电化学掺杂原理将有活性的酪氨酸酶固定进聚苯胺膜中形成聚苯胺酪氨酸酶传感器。讨论了温度、pH、电位和底物浓度等多种因素对该生物传感器响应电流的影响。通过对苯酚类化合物的测定,获得了电极的线形响应特性。研究结果表明:电极响应速度快,稳定性良好,可实现连续使用。用研制的传感器电极对水样中苯酚进行了测定,与标准方法相比,操作简单,实验结果基本相符。
以上研究表明,导电高分子材料在环境科学中的应用前景广阔,特别是在环境样品前处理研究方面,与传统材料相比,具有明显优势。可以预期:随着自组装技术的发展,导电高分子材料在固相微萃取、液相色谱柱、毛细管电泳、微全分析系统等领域中还将有更潜在的应用。论文