题名钛盐基IFE 比色-荧光双模传感体系对过氧化物类爆炸物检测影响机制研究
作者曹洄鱼
答辩日期2021-06-03
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院新疆理化技术研究所
导师窦新存、李毓姝
关键词爆炸物 过氧化物 比色 荧光 内滤效应
学位名称硕士
学位专业材料物理与化学
英文摘要

非制式爆炸物具有原料易得和制备工艺简单等特点而被极端分子和恐怖组织广泛使用。作为一种典型的非制式爆炸物,过氧化物类爆炸物的检测成为亟需解决的难题。相比于其它检测方法,比色法和荧光法因特异性好、灵敏度高、操作简单和便于现场可视化检测等优点而受到广泛关注。因此,本论文着眼于钛盐和H2O2的比色反应机理,引入碳点(Carbon dots, CDs)作为能量供体,构筑了硫酸氧钛(TiOSO4)/CDs和四氯化钛与2-((5-溴吡啶)偶氮)-5-(N-丙基-磺酰氨基)苯酚二钠(PAPS)的混合溶液Ti-PAPS/CDs两种内滤效应(Inner filter effect, IFE)体系,分别实现对过氧化物类爆炸物的荧光猝灭和荧光点亮比色-荧光双模检测。本论文的主要内容可归纳为以下三个部分:1、钛盐比色检测过氧化物机理及影响机制研究针对钛盐与H2O2反应的内在机理和反应过程尚不明确的难题,利用杂化泛函结合基组优化揭示了其反应过程为两步氢转移,从理论上阐明了氢离子能够调控反应能垒的关键作用。以过氧化物类爆炸物TATP的检测为例,探索了不同因素对检测TATP的影响机制,获得了最优试剂组成。实现了对TATP颗粒(3 s)、TATP溶液(2 s)和H2O2溶液(1 s)的快速检测,且对TATP溶液的裸眼检测量为0.50 mM,紫外可见检测限为0.15 mM,同时,具有优异的特异性。本部分内容为检测过氧化物类爆炸物的研究提供了实验基础,也为基于钛盐比色检测过氧化物的设计提供了理论依据。2、钛盐基IFE比色-荧光双模传感体系构筑针对单一比色检测模式灵敏度较低及现有IFE比色-荧光双模体系检测H2O2特异性不足的问题,基于钛盐的配位环境对反应物和产物吸收光谱的影响,采用TiOSO4和Ti-PAPS两类具有不同光谱信号的钛盐,引入紫外光下发射波长为450 nm的蓝色荧光CDs作为荧光团,分别通过反应前无IFE、反应后发生IFE和反应前发生IFE、反应后无IFE两种方式,实现了对H2O2荧光猝灭和荧光点亮两种方式的比色-荧光双模检测。本部分内容为基于IFE的体系构筑提供了新策略,并从根本上为提升IFE比色荧光双模检测过氧化物的特异性提供了新方法。3、钛盐基IFE体系比色-荧光双模检测过氧化物类爆炸物性能研究针对液体试剂在携带、储存及现场检测方面的不足和现有水凝胶传感器在检测H2O2蒸气上不能满足实用需求的问题,构建了TiOSO4/CDs体系,实现对H2O2溶液的荧光和比色检测限分别为0.2 μM和31.3 μM,且对于其它氧化还原性物质和易制爆物,具有优异的荧光和比色检测特异性。相比于Ti-PAPS/CDs体系,TiOSO4/CDs体系不仅具有优异的选择性,还具有较高线性相关性。此外,以TiOSO4/CDs体系制备了水凝胶和气凝胶传感器,分别实现了对固、液相过氧化物和H2O2蒸气的检测,其中,比色裸眼气氛检测限为16.6 ppm,荧光气氛检测限为0.15 ppb。综上,以凝胶负载IFE的方式实现了对固、液、气三态过氧化物的比色-荧光双模检测。

页码85
内容类型学位论文
源URL[http://ir.xjipc.cas.cn/handle/365002/7902]  
专题新疆理化技术研究所_环境科学与技术研究室
推荐引用方式
GB/T 7714
曹洄鱼. 钛盐基IFE 比色-荧光双模传感体系对过氧化物类爆炸物检测影响机制研究[D]. 中国科学院新疆理化技术研究所. 中国科学院大学. 2021.
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