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基于石英晶体微天平和功能高分子薄膜在线检测技术

收藏本文 2024-02-09 点赞:17825 浏览:74135 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:近20年来,粗放式的经济增加带来我国国民经济高速进展的同时也造成了自然环境的严重污染,空气污染、水污染对国民健康的危害性日趋凸显。由此,开发出新一代针对环境中有害物质进行检测的化学或生物传感器成为日趋热门的探讨课题。化学或生物传感器主要由电子部件和检测部件两部分组成。我们采取功能性聚合物涂层作为检测部件,对被检测物质具有高度灵敏度的石英晶体微天平作为电子部件,设计并制备出对有机气体和重金属离子具有高度选择性和灵敏性的石英晶体微天平化学传感器。太阳能电池的背膜生产历程中用到了多种挥发性有机化合物,其中最主要的有甲苯、对二甲苯、丁醇、醋酸丁酯这四种有机溶剂,产生了大量污染性有机气体。我们通过自由基聚合的策略合成了一系列对对二甲苯、丁醇等有机气体有选择性和吸附性的聚合物作为传感器的检测涂层。其中芳香聚合物聚4-乙烯基苄基氯(P)和聚(4-乙烯基苄基氯-co-丙烯酸甲酯)[P(-co-MMA)],由于分子链中具有苯环结构,能与芳香族化合物形成π-π电子供体受体复合物,可以用于检测对二甲苯蒸汽。共单体丙烯酸甲酯(MMA)的加入有助于P提升对对二甲苯的吸附性能。该涂覆聚合物薄膜的石英晶体微天平传感器对对二甲苯蒸汽的检测限可达54ppm。而我们合成的另外一种聚合物聚(丙烯酸2-羟乙酯-co-丙烯酸甲酯)[P(HEMA-co-MA)]涂覆于石英晶片上后,得到的石英晶体微天平化学传感器对1-丁醇蒸汽具有高度的选择性、灵敏性和稳定性。该传感器对1-丁醇的检测限为72ppm。此外,上面陈述的传感器均可以通过将吸附后的石英晶片放置于真空烘箱24小时来达到活化效果,经活化后的传感器可以重复利用于对有机气体的检测。探讨了一系列有机气体传感器之后,我们将石英晶体微天平运用于水中重金属离子的检测。我们设计并合成的新型共聚物聚(N-乙烯基咪唑-co-丙烯酸2-羟乙酯)[P(HEMA-co-VIM)]侧链中包含众多氮原子和氧原子,可以与水中Cu2+和Cr3+等重金属离子配位络合。将其作为传感材料制备得到的石英晶体微天平化学传感器的测试结果表明,该传感器对水中Cu2+和Cr3+均有着频率响应性,但是对Cr3+的检测灵敏度更高,能对0.5ppm的Cr3+溶液产生响应。但是在低浓度下,频率响应体现为频率增加,即表明共聚物薄膜以实验晶片表面脱离下来,进入到离子溶液中。关键词:石英晶体微天平论文功能性聚合物论文化学传感器论文对二甲苯论文1-丁醇论文重金属离子论文

    致谢4-6

    摘要6-8

    ABSTRACT8-10

    目录10-12

    第一章 绪论12-31

    1.1 石英晶体微天平的原理和运用12-19

    1.1.1 石英晶体微天平的原理12-13

    1.1.2 石英晶体微天平的类型13-14

    1.1.2.1 石英晶体振荡仪13

    1.1.2.2 基于阻抗浅析的石英晶体微天平仪13-14

    1.1.2.3 基于脉冲激发-自由衰减的石英晶体微天平仪14

    1.1.3 石英晶体微天平的运用基础方程14-15

    1.1.4 石英晶体微天平的运用15-19

    1.1.4.1 石英晶体微天平在聚合物薄膜结构与性能浅析探讨中的运用16-17

    1.1.4.2 石英晶体微天平化学与生物传感器17-19

    1.2 功能性聚合物对有机物的检测19-22

    1.2.1 基于分子印迹的功能性受体19-20

    1.2.2 超分子系统中的分子识别20-21

    1.2.3 其他种类的对有机物具有响应的聚合物21-22

    1.3 功能性聚合物对重金属离子的检测22-28

    1.3.1 电化学策略检测重金属离子23-25

    1.3.2 光学策略检测重金属离子25-28

    1.3.3 其他策略检测重金属离子28

    1.4 课题的提出与探讨内容28-31

    1.4.1 课题的提出28-30

    1.4.2 探讨内容30-31

    第二章 实验部分31-39

    2.1 主要化学试剂规格与生产商31-32

    2.2 主要化学试剂的精制32

    2.3 聚合物的合成32-35

    2.3.1 均聚物P的合成32-33

    2.3.2 共聚物P(-co-MMA)的合成33

    2.3.3 共聚物P(HEMA-co-MA)的合成33-34

    2.3.4 共聚物P(HEMA-co-VIM)的合成34-35

    2.4 聚合物薄膜的制备35

    2.5 仪器及聚合物的表征35-39

    第三章 选择性检测微痕量对二甲苯的石英晶体微天平传感器39-51

    3.1 引言39-40

    3.2 结果讨论40-50

    3.2.1 聚合物的制备和表征40-42

    3.2.2 涂覆P的QCM化学传感器对空气中有机气体的检测42-46

    3.2.3 涂覆P(-co-MMA)的QCM化学传感器对空气中有机气体的检测46-50

    3.3 本章小结50-51

    第四章 选择性检测微痕量1-丁醇的石英晶体微天平传感器51-61

    4.1 引言51-52

    4.2 结果讨论52-60

    4.2.1 共聚物的制备和表征52-54

    4.2.2 涂覆P(HEMA-co-MA)的QCM化学传感器对空气中有机气体的检测54-60

    4.3 本章小结60-61

    第五章 选择性检测水中重金属离子的石英晶体微天平传感器61-69

    5.1 引言61

    5.2 结果讨论61-68

    5.2.1 共聚物的制备和表征62-63

    5.2.2 涂覆P(HEMA-co-VIM)的QCM化学传感器对水中重金属离子的检测63-68

    5.3 本章小结68-69

    第六章 结论69-70

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