咔唑基聚合物薄膜传感器对痕量TNT和DNT气体的高效检测
近年来，恐怖活动时有发生，爆炸品危害社会的稳定和国家安全，给人民带来极大地危害。硝基芳香族化合物是制造高爆炸药的重要化合物，除了它们的高爆炸性，硝基芳烃还引来了许多健康问题，例如过量吸入TNT气体可引起肝功能异常，还可能导致严重的神经损伤，同时，它们对环境造成一定的污染，是典型的有机污染物。因此，如何快速准确的对硝基芳烃类爆炸物的检测，特别是在气相的环境条件下，吸引了国内外广泛的研究和关注。 各种各样的化学传感器对硝基芳烃的检测，已被广泛研究和应用。其中，荧光传感器具有高灵敏性、高选择性、高稳定性及使用方便等特点，已经广泛的应用于硝基爆炸物的检测。其检测机理是通过光诱导荧光分子和爆炸物分子之间发生电子转移，导致荧光分子荧光猝灭。其中，以荧光共轭聚合物作为传感器的研究备受瞩目，但是相比于超支化聚合物、树枝状聚合物和微孔聚合物，共轭聚合物薄膜具有致密的结构，通常会阻碍爆炸物分子在聚合物中的有效扩散，这将会极大地限制它们的应用。 本论文采用荧光信号传感的检测方法，制备了以咔唑为传感基团的荧光传感器，分别是以聚硅氧烷为主链和聚硅苯烷为主链的聚合物PCzSiO和PCzSiPh，两种聚合物的侧链均含有咔唑基团，主链均含有硅原子，由于硅的非共轭性，阻止了共轭性的更一步增加，在防止自猝灭现象的同时，赋予了聚合物良好的溶解性和成膜性。 论文第二章研究了两种主链含硅的咔唑基聚合物PCzSiO和PCzSiPh被用来检测炸药TNT和DNT。探讨了聚合物的分子结构、浓度厚度对荧光传感的影响，研究发现，PCzSiPh具有松散的分子链结构，显示出了更好的传感性能，在TNT和DNT的饱和气体中的的猝灭效率分别为91.0±0.3％和94.4±0.3％。此外，PCzSiPh对TNT和DNT的荧光猝灭率对薄膜的厚度表现出了较小的依赖性。同时，PCzSiPh薄膜具有良好的可逆性，较强的成膜能力以及优异的热稳定性和形貌稳定性，这表明他们在传感检测设备有着潜在的应用价值。 论文第三章从提高传感薄膜的孔穴角度出发，通过电化学交联反应将聚合物PCzSiPh和小分子SimCP2作为电化学聚合前体，制备电化学薄膜作为对TNT检测的传感薄膜。研究发现，PCzSiPh电化学聚合薄膜对TNT的传感有很好的响应，在TNT的饱和气体中600 s对TNT的荧光猝灭率高达80.68％。这表明通过循环伏安法制备的PCzSiPh电化学聚合薄膜是一种对TNT气体有着良好传感的薄膜。SimCP2电化学聚合薄膜暴露于TNT气体中600 s对TNT的荧光猝灭率为63.51％。通过实验，PCzSiPh电化学聚合薄膜对TNT气体的响应速度和灵敏度优于SimCP2电化学聚合膜。
荧光传感器;咔唑基聚合物薄膜;制备工艺;爆炸物检测;荧光猝灭率
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
刘君腾
2017
中文
TP212.2
93
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）