[发明专利]一种快速检测多环芳烃类污染物的光学传感器及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速检测环境中多环芳烃类持久性有机污染物的光学传感器及其制备和应用。

背景技术

传感器是一种可以获取并处理信息的特殊装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器种类众多，按敏感元件的不同，可以分为物理类、化学类和生物类传感器。在基础学科研究中，传感器具有突出的地位，很多基础科学的研究遇到的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。

量子点(quantum dot，QD)又可称为半导体纳米微晶体(semiconductornanocrystal)，是一种由II-VI族或III-V族元素组成的尺寸在100nm以下的纳米晶粒。目前研究较多的是CdS、CdSe、CdTe、ZnS等。近年来，由于其独特的荧光特性，半导体量子点作为荧光标记物被广泛地应用于生物体内各种蛋白质或者细胞间相互作用的监控。目前量子点的合成主要有两种方法：一种是在水相中合成，另一种是采用胶体化学的方法在有机相中合成。以上合成方法操作繁琐复杂，且只能合成在液相中稳定的量子点。

近来也有报道利用气相沉积或电化学方法将量子点/贵金属修到TiO₂纳米阵列中，但其目的在于提高TiO₂纳米阵列的光催化/降解活性。

多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是煤，石油，木材，烟草，有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物，是重要的环境和食品污染物.常见的多环芳烃有萘，蒽，芘，苯并芘，荧蒽等，其中苯并芘是毒性最强的多环芳烃之一，有强致癌性。

至今已有不少经典的分析方法被用于检测多环芳烃类污染物，例如液质联用法，气质联用法，荧光光谱法，压电传感法，表面拉曼增强光谱法，以及与各种仪器联用的免疫检测法等。但是，从不同的角度评价，各种传统方法又都有所局限，例如：高效液相色谱法，液质联用和气质联用的前处理繁琐，耗时长并且仪器设备昂贵，不利于现场检测；表面拉曼增强光谱法和液相荧光光谱法因为有较高的检测限和大的背景干扰，其应用受到限制；而压电传感法受传感器本身稳定性和重复性的影响，检测限不能达到十分理想的值。因此，开发简便，快速，灵敏的检测多环芳烃污染物的方法是十分必要的。

目前国内外还没有将修饰了CdTe量子点的TiO₂纳米管阵列应用于多环芳烃污染物光学传感检测的相关报道。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种可以定量检测多环芳烃类污染物的光学传感器，及所需光学传感器的制备方法和应用。

本发明以TiO₂纳米管阵列为基底，应用脉冲电沉积技术直接将CdTe量子点修饰到了TiO₂纳米管阵列上，所合成的量子点均匀分散在TiO₂纳米阵列中，其荧光发射光谱分布在在370～390nm范围。应用该复合材料作为敏感元件，实现了对多环芳烃类持久性有机污染物的检测，通过本发明的方法，发明人第一次成功的将CdTe量子点的荧光性能的应用扩展到低于450nm的范围。该敏感元件制作步骤简单、成本低廉、物化性能稳定，携带方便，因而可作为快速、高效、定量检测环境中的多环芳烃类污染物的光学传感器。

本发明的光学传感器是由TiO₂纳米管阵列及其表面和内部修饰的CdTe量子点构成；CdTe量子点尺寸为5～25nm。

本发明的应用在于，将表面和内部修饰的CdTe量子点的TiO₂纳米管阵列用于作为检测多环芳烃类污染物的光学传感器。