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基于纳米金光学探针在水体中Cr(VI)的医学检测研究

论文编号:lw201808032040155308 所属栏目:医学论文范文 发布日期:2018年08月06日 论文作者:www.51lunwen.com
本文是一篇在职硕士论文,在职攻读硕士是以在职工作的一种身份,部分时间参加学校的学习,在参加全国统考、论文答辩后获得在职硕士学位证书(报读EMBA也是在职攻读硕士的方法,不需要参加国家统考,各个学校单独命题)。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇在职硕士论文,供大家参考。


1 绪论


社会工业化以及城市化的急剧发展带来的铬污染导致大气、土壤、水体的质量持续下降,对于人类健康甚至整个生态环境都产生了巨大威胁[1-3]。因此,铬污染是人们必须认真对待和解决的难题,发展和建立快速、简单、准确、高灵敏的检测手段是预防、控制和处理 Cr(VI)污染的基础、前提甚至是关键环节。目前对于铬离子的检测手段主要依靠大型仪器方法,很大程度上限制了对铬污染的有效监控,建立对铬的快速检测方法是控制铬污染的迫切要求,同时也是对一个严峻的考验[4-10]。


1.1 铬的环境污染


1.1.1 铬的用途
铬盐作为一类重要的无机化工产品,其相关产业一直是我国重点发展的对象。铬的相关制品被广泛应用于高级合金材料、皮革鞣制、电镀、香料、印染、陶瓷、颜料、防腐、医药等多个领域,其产品涉及国民经济商品种类的 10%[11-15]。(表 1)金属铬的耐腐蚀性极强,常用于制备镍铬系的不锈钢,在铁、铜、铝等金属表面镀铬或渗铬可形成抗腐蚀的表层薄膜,既显美观又耐用,因此常用于用于飞机、轮船、汽车等的金属外壳的生产加工。此外,铬还能用于制作首饰、磁带、录像带等,如深受人们喜爱的红宝石和绿宝石正是由于掺杂铬才使其绽放绚丽的色泽。由于铬的应用领域十分广泛,在国际工业生产中,铬化合物被公认为最具竞争力的八种资源性原料之一,而我国对于铬化合物原料每年需求量也高达 20 多万吨。工业生产中铬的开采、冶炼、金属加工、制革、电镀、颜料、油漆、印染过程中排放的含铬废气、废水和废渣等都是铬污染的来源[16-22]。冶金行业作为铬污染的一个主要来源,全球每年铬消费量大约为 1250 万吨,其中冶金工业消耗就高达 85%[23]。据相关数据统计,工业上每生产 1 吨的铬盐产品将会带来大约 2.5-3吨的铬渣污染。我国每年产生的含铬废渣约 75 万吨,由于排放的部分铬渣没有得到及时有效的处理,目前全国范围内累计存在的铬渣总量不低于 200 万吨。有毒铬渣的任意放置不仅浪费了大量的土地资源,而且经过雨水的冲刷淋洗,含铬污水通过溢流以及下渗等途径对自然环境造成严重的污染。铬污染事件在全球范围类层次不穷,包括日本东京以及美国新泽西州等铬污染事件,其中在1993 年发生在加州保洁公司铬污染案最为著名,保洁公司因技术原因导致铬盐缓蚀剂发生大规模渗漏而对当地造成了严重的铬污染,保洁公司也为此共赔偿高达3.33 亿美金的罚金。近年来,由于我国对环境污染的治理力度不断加强,因为铬污染问题大约有 30 多家铬化工厂被迫关闭停产,而这些铬工厂倒闭后遗留下来的数百万吨铬废料堆积在当地没有得到有效的处理而成为污染当地环境的毒瘤。在我国锦州和湖南双峰等地都发生过比较严重的铬污染事件,其中 2011 年 8月发生在云南曲靖铬污染事件引起全国人们极大关注,曲靖市陆良化业有限公司未按国家标准将五千余吨化工废料铬渣随意堆放,由于雨水冲刷导致含铬废水排放至南盘江中,接导致数万立方水源严重污染、牲畜以及周边农作物死亡的严重后果。
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1.2 Cr(VI)的检测方法


1.2.1 Cr(VI)传统检测方法
发展快速、简单、准确、高灵敏的检测方法是预防、控制和治理 Cr(VI)污染的基础和关键环节。基于大型仪器的传统检测方法作为目前重金属污染的主要监测手段,在 Cr(VI)的痕量分析检测中应用十分广泛。常见的 Cr(VI)传统检测方法包括原子吸收光谱法(Atomic Absorption Spectrometry, AAS)、原子荧光光度法(Atomic Fluorescence Spectrometry,AFS)、X 射线荧光光谱法(X-ray Fluorescence,XRF)、质谱检测法(Mass Spectrometry, MS)以及电化学检测方法(ElectrochemicalMethod)等[11; 49-55]。(表 1.3)原子吸收光谱法作为重金属检测主要技术之一,是根据处于气态的被测元素的基态原子对其的共振辐射吸收强度的不同差异而建立的检测特定元素含量的一种方法,应用于微痕量元素的精准浓度分析。原子吸收光谱法根据其原子化的方法又可以分为火焰式、石墨炉式、氢化式、冷蒸汽式等四类。Long 等人[56]在电热原子吸收光谱法(ETAAS)的基础上开发了一种微型连续注射微球分馏系统,将其用于在模拟实际环境下进行连续实时提取并准确监测土壤中的 Cr(VI),在土壤中检测灵敏度达到低于百万分之一(μg/Kg)的水平。原子吸收光谱法具有准确性高、灵敏度高、应用范围广等优点。但是不能对种金属元素进行同时分析,每测定一种元素需要更换一个空心阴极灯作为锐线光源。此外,原子吸收光谱法对于难熔元素的测定有一定的局限性。
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2 基于纳米金刻蚀法对溶液中 Cr(VI)比色检测研究


2.1 引言
紫外-可见光分光光度法(Uv-vis spectrophotometry)是依据朗博-比尔定律(Lambert-Beer Law)为基础,通过在一定波长范围内的吸光度变化对待测物质进行定性或者定量分析的一种常用检测方法。Uv-vis 分光光度法在物质组分测定时呈现出较高灵敏度、准确度、快速、操作简便等优势,被广泛应用于蛋白质、核酸、小分子分析物以及重金属离子的检测[91-94]。纳米金颗粒拥有优异的光学性能(极高消光系数、强表面等离子共振等)且其光学响应与纳米金的浓度、尺寸和形状有很大的相关性,是作为比色法的理想材料。目前,大量基于纳米金的比色传感器被构建应用于细胞、病毒、核酸、蛋白、小分子等的检测[70; 95-98]。近年来,基于纳米金的比色方法在重金属离子检测领域的应用尤其广泛,对于如 Cd(II),Pb(II),Hg(II),Mn(II),Fe(III),As(III),Cr(Ⅲ)和 Cr(VI)等重金属离子的痕量检测都取得了很好的检测效果[64; 73; 99-103]。但是,目前大多数基于纳米金的比色传感器设计原理是基于纳米金颗粒与目标重金属离子之间的相互交联或者静电吸附作用导致邻近纳米金颗粒之间相互聚集而引起在颜色上的变化,通过比色法对待测离子进行定性或者定量测定。此类比色传感器在重金属检测过程中表现出灵敏度高、响应时间快以及可视化性能强等优点。[74]然而,在实际检测过程中同样存在一定的缺限,如在高盐度或极端条件下(极端温度或 pH 等)纳米金颗粒趋向于自动聚集而造成假阳性的结果。[80]此外,基于纳米金聚集反应的传感器通常需要在纳米金表面进行一些必须的功能化修饰步骤,在一定程度上使检测过程复杂化。[83]纳米金的刻蚀反应是指由目标分析物引起的纳米金颗粒表面金层被氧化成金离子的过程。随着纳米金颗粒刻蚀程度增加,其数量以及尺寸都逐渐减少,导致纳米金颗粒 SPR 吸收强度发生改变,在颜色上表现为由红色至无色的梯度变化。相对于基于纳米金聚集的比色探针,纳米金刻蚀法对于重金属离子具有更为出色的抗干扰能力以及稳定性,在复杂环境水体中表现出更强的检测性能[81; 85]。在本章实验中设计了一种基于纳米金刻蚀法对溶液中 Cr(VI)进行检测的比色探针,以Br-作为纳米金浸出剂通过形成 AuBr2-复合物而降低金的电极电势(electronpotential),由于纳米金刻蚀反应导致溶液颜色发生变化且吸光度改变值与 Cr(VI)呈梯度相关,由此建立一种简单、灵敏、抗干扰以及稳定的对溶液中 Cr(VI)的检测方法。
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2.2 实验部分
纳米金溶液是通过改进 Huang 等人[104]报道的壳聚糖还原法合成的。具体操作步骤为:于圆底烧瓶中用去离子水配置体积分数为 1.0%的乙酸溶液 50 ml,通过加热、搅拌、超声混匀等将壳聚糖溶解于乙酸溶液中并使其浓度达到 3.0 mg/ml;将圆底烧瓶固定于磁力搅拌器上剧烈搅拌,将 2 ml 质量分数为 1.0%氯金酸溶液(浓14度约为 25 mM)加入到上述壳聚糖溶液中并迅速升温至 100℃;待溶液由淡黄色变为深红色后停止加热并继续搅拌冷却至室温,将制备得到的纳米金溶液经过低温高速离心 5 min(4℃、10000 r/min)后去除上清液,用 50 ml 去离子水重新将纳米金颗粒悬并置于 4℃冰箱保存以备用。通过 UV-vis 光度计测定纳米金溶液的吸收光谱,利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和透射电子显微镜(TEM)对纳米金颗粒的形态外貌以及尺寸大小进行相关表征。
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3 固定化纳米金纸基探针构建及对溶液中 Cr(VI) 比色检测研究 ....27
3.1 引言 ...... 27
3.2 实验部分 ........ 27
3.2.1 试剂与仪器...... 27
3.2.2 Au NPs 溶液的合成及 BSA-Au NPs 组装 ........ 28
3.2.3 BSA-Au NPs/STCP 的构建 .......... 29
3.2.4 BSA-Au NPs/STCP 对 Cr(VI)检测的灵敏度 ...... 29
3.2.5 BSA-Au NPs/STCP 对 Cr(VI)检测的选择性 ...... 30
3.2.6 BSA-Au NPs/STCP 在实际环境水样中 Cr(VI)检测 .......... 30
3.3 结果与讨论 ...... 30
3.4 本章小结 ........ 39
4 基于纳米金簇刻蚀法对溶液