纤维素聚合物点的制备及其传感性能研究

作     者：王忠瑞 

作者单位：东北林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨光

授予年度：2023年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

主      题：聚合物点 羧甲基纤维素 荧光传感 手性识别 

摘      要：聚合物点（CPDs）是一类新兴的碳点（CDs）,由有机聚合物链和碳骨架组成,具有独特的聚合物/碳杂化结构和特性,CPDs不仅显示了传统CDs的卓越光学性能,还保留了聚合物的性能。近年来,CPDs以其制备简单,光学性能优异,生物相容性好等优点,作为荧光材料备受关注,因此设计绿色环保型前驱体并应用于CPDs荧光传感器的制备具有重要意义。本论文通过利用功能化的纤维素作为前驱体,采用一锅法合成功能化CPDs,通过CPDs与待测物之间的相互作用,探究了上述合成的聚合物点在赖氨酸对映体手性识别、检测银离子和葡萄糖中的应用,主要研究内容如下:（1）以羧甲基纤维素（CMC）和荧光素为前驱体,采用磁搅拌一锅法在温和条件下制备了荧光素功能化荧光聚合物点（F-PDs）。所得F-PDs的纳米级尺寸为3.2±1.1 nm,具有良好的水溶性,荧光发射呈亮黄色,荧光量子产率为12.0%。荧光探针对赖氨酸表现出快速、灵敏的手性识别。利用荧光强度比(I/I)测定4～14 m M范围内L-赖氨酸的浓度（R=0.997）;激发波长为λ=365 nm。检出限（LOD）为0.28 m M（3σ/k）。重要的是,该传感器准确预测了设计浓度下赖氨酸对映体的对映体过剩（ee）(赖氨酸:20 m M;Cu:10 m M)范围。该传感器成功应用于人体尿液中L-赖氨酸的测定（回收率:95.8-101%;RSD:0.465-3.34%）和ee值（回收率:98.5-102%;RSD:2.61～3.21%）。（2）以CMC和柠檬酸（CA）为前驱体,在温和条件下采用酰胺化反应合成了柠檬酸功能化荧光聚合物点（C-PDs）。该C-PDs具有均匀的纳米级尺寸分布、良好的水溶性、明亮的荧光发射,荧光量子产率为11.4%。Ag可以有效淬灭C-PDs的荧光,因此,这些C-PDs可以作为优异的荧光检测器来检测水溶液中的Ag浓度。同时,该荧光传感器对Ag检测具有较高灵敏度,利用460 nm处荧光强度测定100～350μM范围内Ag的浓度（R=0.994）;激发波长为λ=382 nm,检出限为6.4μM（3σ/k）。同时,该传感器通过标准添加法成功应用于自来水中Ag的检测（回收率:95.7-102%,RSD:1.64-3.81%）。（3）以CMC和苯硼酸为前驱体,在温和条件下采用“合成-改性一体化路线合成了苯硼酸功能化荧光聚合物点（B-PDs）。该B-PDs具有纳米级尺寸、良好的水溶性,明亮的荧光发射,荧光量子产率为21.6%。B-PDs在酸性溶液（蓝色发射）和碱性溶液（绿色发射）中具有可逆荧光响应。当p H值从1到14时,B-PDs的荧光发射出现了明显的红移。在λ=388 nm处,葡萄糖可以增强B-PDs的荧光。因此,B-PDs可以作为一种良好的荧光探针来检测水溶液中的葡萄糖。用455 nm处荧光强度测定0.0001～1.2 mol/L范围内葡萄糖的浓度（R=0.998）;激发波长为λ=388 nm,检出限为52μM（3σ/k）。荧光传感器对葡萄糖检测表现出优异的选择性和高灵敏度。同时,该传感器通过标准添加法成功应用于人体尿液中葡萄糖的分析（回收率:97.2-104%,RSD:1.53-3.85%）。