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摘 要

随着工业的高速发展，在经济效益显著提升的同时，它所带来的环境问题也成为人们日益所关切的问题，其中铅离子的污染尤为严重。铅对人类机体的毒性是巨大的，直接或间接地影响生命机体的各项生命系统，如：血液系统，神经系统，免疫系统，泌尿系统等，甚至危及人类的生命，并且具有较高的致癌性。因此，对铅实施的高效快捷实时的检测是十分必要的。

铅离子的检测传统方法主要包括原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法。但这些方法对于检测技术的要求非常苛刻，检测成本较高，不便于现场高效检测。近年来，一些铅的荧光探针凭借其高灵敏度和高选择性的优势相继被报道出来。但这些探针无法在100%的纯水溶液中完成对铅的检测，在一定程度上限制了其在实际中的应用。

本论文是基于聚丁二炔分子设计的铅离子荧光探针。在100%的纯水溶液中，通过探针溶液在颜色和荧光上的变化就可以达到对铅离子的检测。探针溶液加入铅离子后，溶液会发生由蓝色向红色的转变，这种颜色的变化裸眼就能进行观测。

关键词：聚丁二炔 荧光探针 铅离子

Synthesis and application of a sensing system for lead ion based on polydiacetylenes

Abstract

With the rapid development of industrialization and significant improvement of economic efficiency, the environmental problems caused have become a matter of concern to the people, especially the lead pollution.

Lead has great toxicity to people's organism. The system of life (such as: blood system, nervous system, immune system, urinary system) are affected by lead directly and indirectly. It can even endanger people's life, and has a high carcinogenicity. So, a fast and efficient real-time detection to lead is very essential.

The traditional methods for detection of lead ions mainly include atomic absorption spectrometry and inductively coupled plasma mass spectrometry. However, these methods are technology-demanding, costly processes, and not suitable for the efficient detection. In recent years, a number of fluorescent probes with its high sensitivity and selectivity advantages have been reported come for lead. However, most of these probes cannot display a good detection for lead ion in 100% aqueous solution, which limits its application in practice.

In this work, a sensing system for lead ion based on polydiacetylenes, which can easily monitor Pb² via colorimetric and fluorescent detection in 100% aqueous solution, was studied. With the Pb² addition, the sensor solution displayed a blue-to-red transition, which can be observed by naked eyes.

KEYWORDS: Polydiacetylene; Fluorescent sensor; Lead ions;

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 绪论 1

1.2 铅污染及其危害 1

1.2.1 铅 1

1.2.2 铅的危害 2

1.3 铅离子的检测 3

1.4 基于聚丁二炔分子传感器 5

1.4.1 双炔的聚合机理 6

1.4.2 双炔的响应色变 7

1.4.3 基于聚丁二炔传感器在金属离子检测中的发展现状 8

1.5 聚丁二炔传感器的研究前景 10

第二章 聚丁二炔囊泡的合成及对铅离子的识别 11

2.1 前言 11

2.2 PCDA-L单体的合成 11

2.2.1 实验药品以及实验仪器 11

2.2.2 目标单体PCDA-L的合成 12

2.2.3 囊泡的制备 14

2.2.4 囊泡探针的SEM 15

2.3 聚丁二炔囊泡检测铅离子 16

2.3.1 实验药品及实验仪器 16

2.3.2 检测药品的配制 17

2.3.3 poly-PDA-L囊泡探针颜色变化实验 17

2.3.4 poly-PDA-L囊泡探针对铅离子的选择性 18

2.3.5 荧光和紫外光谱性质的变化 20

2.3.6 囊泡探针的检测机理 21

第三章 总结与展望 23

3.1 总结 23

3.2 展望 23

参考文献 24

致谢 27

第一章 前言

1.1 绪论

科技是一把双刃剑，20世纪以来科学技术迅猛发展，促进了经济的发展，跳高了人民的 生活水平，然而，与此同时，人类也付出来惨重的代价。由于工业“三废”机动车尾气的排放、污水的灌溉和农药、除草剂、化肥等的使用以及矿业的发展，严重地污染了土壤、水质和大气。近年来，“血铅”、“砷毒”、“镉米”等事件的频频发生，也让重金属污染成为最受关注的公众事件之一。通常环境介质中的重金属离子有其自然存在的量或者浓度，称为本底值，一般情况下这个值是比较低的，不会对人体及环境产生任何影响。但是近年来受人类活动的影响，重金属在环境中的存在形式和浓度发生了很大的变化，使其对人类生活环境的影响不断的加剧。重金属对人体在初期没有很大的危害，但是经过长时间的积累，会造成慢性中毒。以此，发展快速、准确灵敏的重金属检测技术，队友控制环境污染、保护人健康，都具有十分重要的理论和现实意义。

1.2 铅污染及其危害

1.2.1 铅

铅（Pb）是一种金属元素，其原子量是207.2，原子序数为82（所有稳定的化学元素中最高的）。在自然界中，铅主要存在于方铅矿（PbS）和白铅矿（PbCO₃）中，经提炼后的金属铅为银白色，略带蓝色。金属铅具有良好耐腐蚀性和延展性，低导热率，低导电性（仅及银的7.77%），低熔点（327.4℃），以及高密度（11.34 g/cm³）等特性，属于重金属的一种，剧毒。金属铅在潮湿的空气中表面容易被氧化，失去金属光泽变成暗灰色，并在表面形成一层耐腐蚀的碱式碳酸铅薄膜，这能阻止铅被进一步氧化。

铅作为蓄电池重要原料之一，随着汽车行业的高速发展，铅使用率也不断增长。同时，铅凭借其优越的物理性质被广泛地应用于冶炼、五金、机械、涂料、以及电镀等行业。由于纯铅可以吸收地震时所释放大部分的震动能量，所以铅作为减震器常被应用于建筑物上用于减少地震带来的危害，这也凸显出其在建筑上良好的应用前景。但随着现代工业和汽车行业迅猛发展，铅所带来的环境污染也日益严重，严重影响到人类的身心健康，这成为了人类目前所迫切需要解决的问题。

1.2.2 铅的危害

铅对人体危害是周身性的，它会对人体的一个或多个系统和器官造成损害^[2]。1．对血液系统的影响

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