[发明专利]一种原位修饰纸基硝基爆炸物荧光传感材料的制备方法

说明书

本发明属于荧光传感及传感材料制备技术领域，具体涉及一类基于原位修饰纸基硝基爆炸物荧光传感材料的制备方法及该类材料在检测TNT爆炸物方面的应用。原位修饰纸基硝基爆炸物荧光传感材料是基于滤纸原位引入具有富电子/高荧光效率的芳香基团的传感材料。滤纸的纤维素多孔网络结构可以为爆炸物分子的扩散及吸附提供通道；而富电子/高荧光效率的芳香基团R可以有效地增强其与硝基芳香族化合物相互作用。原位制备纸基传感材料的方法增强了材料自身稳定性，避免了材料加工成膜工艺，检测成本低并实现了对TNT爆炸物蒸气的灵敏性检测。本发明简单、可靠，易于实现批量生产。

技术领域

本发明属于荧光传感及传感材料制备技术领域，具体涉及一类基于原位修饰纸基硝基爆炸物荧光传感材料的制备方法及该类材料在检测TNT爆炸物方面的应用。

背景技术

硝基芳香族化合物作为炸药的主要成分引起世界各地广泛关注。硝基芳香族化合物不仅仅对全球安全造成隐患，同时其自身毒性会对环境造成污染，影响人体健康。因此，实现硝基芳香族爆炸物的有效检测极为重要。目前，主要检测方法为物理方法，包括气相色谱、质谱、拉曼光谱、X-射线成像及热中子分析等等。然而这些方法或操作复杂、或不易携带、或成本较高，不利于大规模推广。近年来化学传感器的发展为实现硝基芳香族爆炸物检测提供了低成本、简便易行、灵敏度高的方案，特别是基于荧光型聚合物的荧光化学传感器。荧光传感机理通常为光诱导电子从富电子的荧光聚合物向缺电子的硝基芳香族爆炸物分子的转移，从而实现荧光淬灭。

实现固态荧光传感器对于硝基爆炸物检测的实际应用有重要价值。传统的荧光型聚合物制备成薄膜时通常采用溶液旋涂的方法，薄膜厚度不均一，平行性不好；旋涂制备的薄膜致密，过厚会阻碍爆炸物分子在薄膜中的扩散及吸附，并且传感材料易形成紧密的π-π堆积造成荧光自淬灭；薄膜过薄则影响荧光信号的采集以及易发生光漂白等问题。另外，旋涂薄膜粘附性不高，长期工作时易造成流失、脱落，进而影响其荧光传感性能。交联网络聚合物内在的稳定的化学交联结构及多孔性可有效解决上述稳定性及爆炸物扩散/吸附问题，但此类聚合物通常为粉体，溶液加工性能差，难以实现批量生产及应用。

发明内容

本发明的目的在于发展一类基于点击化学反应制备的原位修饰纸基硝基爆炸物荧光传感材料及该类材料在检测TNT爆炸物方面的应用。

本发明中，我们采用的是原位修饰纸基荧光传感材料，重点在于实现工艺简单、成本低、稳定性好、可批量生产的纸基荧光传感材料的制备。首先在滤纸上原位修饰苯乙烯，利用点击化学反应在滤纸上引入富电子或高荧光效率的芳香基团。滤纸具有高机械强度及化学稳定性，通过在纸基上原位修饰荧光基团可有效提高聚合物作为荧光传感器的化学稳定性；同时，滤纸具有纤维多孔网络结构和高比表面积，微孔多、孔隙率高，气体及液体易于通过，可有效增强爆炸物分子在传感材料中的扩散及吸附；在纸基上引入的富电子/高荧光效率的芳香基团，可促进聚合物与缺电子的硝基芳香族爆炸物的相互作用，提高淬灭效率，从而实现对硝基爆炸物的敏感检测。该方法可解决材料自身稳定性及加工难题，避免由于材料与基底结合力弱所引起的长期工作稳定性问题，方法简便易行，实用价值高。

本发明中传感材料以滤纸为基底，借助滤纸纤维素中的多羟基位点，原位引入苯乙烯双键结构，进而通过合适的化学反应引入不同芳香基团。所述的原位修饰纸基硝基爆炸物荧光传感材料结构如下：

R基团可以为富电子的咔唑、三苯胺、吩噻嗪等；高荧光效率基团蒽、螺芴、芘及其衍生物等。结构式如下图所示：

其中n＝1-10。

进一步的，本发明所涉及的原位修饰纸基硝基爆炸物荧光传感材料，可以通过优选的烯-巯基点击化学反应合成。其中，我们以烯键修饰的滤纸为基底，利用烯-巯基点击化学引入荧光传感基团。

本发明优选的一种原位修饰纸基硝基爆炸物荧光传感材料结构式如下：