[发明专利]三联吡啶基团修饰的纳米二氧化硅粒子的制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于光化学传感领域，涉及三联吡啶基团修饰的纳米二氧化硅纳米粒子的制备方法及其在亚铁离子光谱检测和比色传感等相关领域中的应用。

背景技术

铁是生物体中含量最丰富的过渡金属，由于亚铁离子与许多酶和蛋白质结合广泛存在于生命活动中，因此它在生物体中发挥着重要的生理调节作用。如亚铁离子可与血液中的血红蛋白结合，将氧气从输送到生物体的各个细胞。生物体内铁元素的缺乏或过量都会破坏细胞的内稳态和新陈代谢过程。铁元素在中枢神经系统中的累积可能引起亨廷顿病、帕金森病和老年痴呆等疾病。婴儿、孕妇和青春期少年很容易出现缺铁的情况，从而引发贫血、免疫力低下等症状，影响人体的健康成长。因此选择性地检测亚铁离子对于人体健康具有十分重要的意义。

光谱法、色谱法、伏安法和电感耦合等离子体质谱都曾用于铁元素的检测，相比之下，基于亚铁离子与特定配体络合的光谱检测法是最简单的，具有检测速度快、环境污染小、灵敏度高、操作简便、成本低等优势，若形成有色络合物，则可以对亚铁离子进行比色传感，实现快速简便的定性和半定量检测。因此研究制备用于亚铁离子检测的光化学和比色传感器具有重要的意义[J.P.Desvergne,A.W.Czarnik,Chemosensors of Ion and Molecule Recognition.Dordrecht,Netherlands:Kluwer Academic Publishers,1997]。不过，与Fe³⁺相比，高灵敏度、高选择性光学传感Fe²⁺的报道很少[P.Wu,Y.Li,X.P.Yan,CdTe Quantum Dots(QDs)based kinetic discrimination of Fe²⁺and Fe³⁺,and CdTe QDs-Fenton hybrid system for sensitive photoluminescent detection of Fe²⁺,Anal.Chem.,2009,81(15),6252-6257；Z.Q.Liang,C.X.Wang,J.X.Yang,H.W.Gao,Y.P.Tian,X.T.Tao,M.H.Jiang,A highly selective colorimetric chemosensor for detecting the respective amounts of iron(II)and iron(III)ions in water,New J.Chem.,2007,31,906-910.]，尤其比色传感Fe²⁺极具挑战性[K.Chaiendoo,T.Tuntulani,W.Ngeontae,A highly selective colorimetric sensor for ferrous ion based on polymethylacrylic acid-templated silver nanoclusters,Sensors and Actuators B 207(2015)658–667.]，因为传感可能通过裸眼识别完成，不必借助光学仪器。

有机-无机复合材料是近年来传感器开发的新方向，其中有机分子共价修饰纳米二氧化硅这类复合材料在离子传感方面被广泛使用。纳米二氧化硅具有较大的比表面积，其合成及共价修饰简单易行，形成的复合材料尺寸小，在水体系中稳定性高，无毒，具有良好的生物兼容性，在生物体系中有良好的应用前景。共价修饰的方式可有效避免有机分子从复合材料中浸出，提高了传感器的耐用性，使其循环利用成为可能。由此可见，研究开发纳米二氧化硅复合传感器在检测亚铁离子方面具有巨大的潜在应用价值。

发明内容

本发明的目的是制备一种4-[(2,2':6',2"-三联吡啶)-4'-基]苯甲酸共价修饰纳米二氧化硅的复合材料传感器，并用于高灵敏性和高选择性检测水体系中的亚铁离子。传感器的具体结构如下式所示：