基于碳基量子点及其复合材料的纸基电化学发光传感器对铜离子的检测

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随着科技工业的发展,重金属污染对人们的生活健康水平造成了很大的影响,能够方便、快速、准确的实现户外便携检测成为我们所要关注的问题。本文制备了一种纸基传感器,使用电化学发光(ECL)检测技术,利用碳基量子点作为发光体,可以实现对铜重金属离子的线性传感。同时我们提出了纸基传感器的更便捷制备方法,以及实现了碳基量子点的ECL发光信号放大。本论文分为如下五章:第一章首先介绍了电化学发光的基本体系和反应机理,以及电化学发光技术的发展前景;随后对现有的碳基量子点的制备,以及其在电化学发光方面的特性和应用做了分析,同时介绍了现有的碳基量子点复合材料;其次概括了便携式纸基ECL传感器的制备以及应用;接着阐述了铜离子的危害以及检测意义与方法;最后总结了本文章的主要研究思路以及内容。第二章完成了使用丝网印刷技术构建纸基疏水通道。我们对三种疏水材料处理的滤纸进行观察,分别从疏水性,维持时间,分辨率等方面评价不同疏水材料在滤纸上的疏水表现。经对比确定使用由乙基纤维素和松油醇结合的极为简单且疏水良好的浆料,利用丝网印刷技术完成对疏水浆料在纸张上的疏水图案的打印,以完成亲疏水通道的构建,并对加热时间和长时间放置后疏水浆料的表现进行研究。最终证明了乙基纤维素和松油醇可以用于制备纸基传感器的疏水通道,为接下来进行制备纸基ECL传感器以及微量检测提供了良好的基础。第三章主要实现了氮掺杂碳量子点(N-CQDs)在纸基传感器上检测铜离子。首先通过一步水热法制备了碳量子点(CQDs)和N-CQDs,一系列的表征证明了N-CQDs的成功制备。利用丝网印刷技术完成对纸基芯片电极的制备,通过将量子点修饰在工作电极上,与过硫酸钾(K2S2O8)形成共反应剂体系进行电化学发光检测,证明N-CQDs比未掺杂CQDs的ECL性能有所提高。通过利用N-CQDs修饰的纸基ECL传感器完成了对铜离子的传感,铜离子对N-CQDs-K2S2O8系统起到ECL增强作用,在0.01-1000μM范围内的线性、稳定性、重复性和选择性上都有良好的体现。第四章主要实现了利用ZnO与N-CQDs结合形成的复合材料修饰纸基工作电极后实现的ECL信号放大作用,以及对铜离子的检测。通过使用热解法,制备出以氨基葡萄糖为碳源,尿素为氮源的N-CQDs,之后使用同样方法加入乙酸锌制备氮掺杂碳量子点复合氧化锌(N-CQDs/ZnO)复合材料,并对其进行一系列的表征,验证了N-CQDs/ZnO复合材料的成功制备,而后使用复合材料修饰纸基电极并进行电化学发光测试,证明其对ECL信号的增强作用。复合材料修饰纸基电极对铜离子检测时,由于ZnO的复合,系统产生猝灭反应,纸基电化学发光传感器在宽的线性检测范围的基础上改善了线性相关度(R~2)。第五章对本文中的内容进行一个总结,以及对目前研究方法上存在的问题进行分析,并提出对下一步的研究计划的展望,希望为便携式纸基ECL装置在以后的实际应用做出有意义的贡献。
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