基于金属纳米簇的荧光检测重金属铅离子的研究
近年来，随着我国工业的发展，重金属的应用也越来越广泛，大量的重金属离子被释放到环境中，随之而来的是严重的环境污染问题，且能通过生物积累和生物放大进入食物链从而危害人体健康。目前环境中有毒的重金属主要指汞、镉、铅、铬及类金属砷等生物毒性显著的重金属，也包括具有一定毒性的一般重金属包括锌、铜、钴、镍、锡等，不同的重金属离子对环境及环境中生物的毒性作用取决于其在环境中的化学形态。其中，铅就属于生物毒性较显著的重金属，在天然水体中只要微量便可引起毒性效应。
- 重金属铅离子的来源和危害
环境中的铅主要来源于两个方面，一是自然来源，火山爆发和森林火灾导致的烟尘、地表飞扬的尘粒、海洋飞沫及气溶胶等自然现象产生的铅被释放到环境中；二是人为来源也是最主要的来源，包括铅矿及其他重金属的开采和冶炼，蓄电池工业、玻璃制造业、粉末冶金及相关企业的废水、废气、废渣，燃油、燃煤的废气，油漆、涂料、化学试剂以及其他铅制品的生产和使用等。其中，最主要的污染源是燃油、铅冶炼、蓄电池等工业产生的铅污染。在大气污染中，汽车尾气是最广泛最严重的大气铅污染源。这些铅最终会通过降水富积在水中，不能被生物降解，然后将通过食物、水等方式进入人体，并在人体内蓄积。
铅及其化合物都具有一定的毒性，被列入了中国环境优先污染物的名单和有毒有害水污染名录中，进入机体后的铅90%会储存在骨骼中，10%会随血液流动到全身的组织和器官，危害神经、造血、肾脏、消化等多个系统，除部分会随汗液、粪便排出体外，其余进入血液后影响血红细胞阻碍血液的形成，导致贫血；同时会通过血液侵入大脑神经组织，使营养物质和氧气供应不足，造成脑组织损伤，不仅如此还会导致肾器官和生殖系统等多处损伤。而婴幼儿对铅的效应更为敏感，进入机体后会有30%留于体内，影响婴幼儿的智力和生长发育，造成不可逆转的伤害。被孕妇摄入体内的铅则会通过胎盘屏障，影响胎儿发育，甚至造成畸形。
- 重金属的去除方法及检测
包括铅离子在内的重金属离子，具有不可逆转性、长期性和毒性等特点，因此重金属离子的去除和防治已经成为了我国环境问题治理的重中之重。重金属离子导致的水污染称为重金属污染是主要环境污染问题之一，国内目前处理重金属污染的废水的技术基本上可分为物理处理技术、化学处理技术和生物处理技术三大类；细分之下，物理处理技术又包括物理吸附法、膜分离法、离子液体萃取法，化学处理法包含化学沉淀法、化学吸附法、电解法和电絮凝法，生物处理技术包括生物吸附法、微生物絮凝法和植物修复法[1]。但想要去除水中的重金属离子，首先必须要通过适宜的检测手段对重金属离子进行快速又有效的检测。
- 铅离子的各种检测方法
虽然铅离子的检测方法相较于其他的重金属元素来说，发展较慢，较为日常的检测技术有络合滴定法、紫外可见分光光度法、荧光分析法、电化学分析法等[2]。但由于近年来我国科研技术的发展和人们对铅离子关注提高，使得其检测方法有了一定的发展，目前铅离子的检验方法有原子吸收分光光度法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、阳极溶出伏安法、示波极谱法、生物染色剂试纸法等[3]。其中原子吸收分光光度法是由待测元素灯发出的特征谱线通过试样经原子化产生的原子蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子所吸收，通过测定辐射光强度减弱的程度，求出试样中待测元素含量的方法。此方法虽然快速、简便，但需要测定的铅浓度范围较高，一般适用于电镀废水中重金属含量的检测。原子荧光光谱法是利用原子荧光谱线的波长和强度进行物质的定性及定量的分析方法。相较于原子吸收分光光度法，原子荧光光谱法检测范围宽，检出限低，灵敏度高，可用于地表水和污水中重金属的检测。例如用氢化物发生法结合原子荧光法测定水中的铅离子含量，在水样中加入酸消解，并以铁氰化钾为氧化剂、草酸为掩蔽剂加入水样定容摇匀，静置一段时间后用原子荧光光度计可测定水样中的铅离子。近年来，科研人员研究出了关于铅、锌、铬和镉的新化学蒸气发生体系和专用试剂，为氢化物发生原子荧光法测定重金属的发展作出了重要贡献。电感耦合等离子体原子发生光谱法是通过高频电感耦合产生等离子体放电的光源进行原子发射光谱分析，不同元素的原子被激发或电离后重新回到基态的过程中会发射不同波长的特征谱线，根据特征谱线中波长的位置和特征光的强弱来确定金属的种类和含量。比如通过确定ICP的分析条件，调整分析谱线和载体LiCl的浓度，作出相关的标准曲线以此测定水样中的Pb。除此之外，还有阳极溶出伏安法和示波极谱法都是利用了三电极系统，通过测定电解过程中所得的电流-电压曲线来确定溶液中待测金属元素的浓度，但传统的溶出伏安法使用的汞电极和示波极谱法使用的滴汞电极含有重金属汞元素，具有毒性，易造成环境污染。上述的多数方法虽能检测出微量的重金属元素，但存在检测时间较长，步骤繁琐，使用仪器设备较昂贵等缺点。所以建立操作简单、快速、高效的检测方法对于重金属铅离子的治理具有重要意义，其中在荧光分析法具有灵敏度高，探头可小型化，远距离传输信号等优点，被广泛应用于检测操作。
-
- 荧光分析法
荧光分析法对重金属离子的检测原理是利用了荧光材料中的信号单元与重金属离子发射特异性结合，从而引起颜色或荧光的变化，以此实现对重金属离子的高效、准确的检测。在荧光分析法中，光学材料或光学探针是非常重要的组成部分，关系着荧光分析法在分析过程中性能的好坏。目前被用于构建荧光传感平台的光学探针主要包括有机染料、共轭聚合物、量子点和金属纳米簇等[4]。而金属纳米簇作为一种新型荧光探针，是近年来环境检测应用研究的热点之一，因其具有微小粒径、高稳定性、高荧光强度、良好的生物兼容性以及斯托克斯位移较大等特点，已经成为荧光染料分子的有效替代物。
3.1.1金属纳米簇
金属纳米簇（Metal Nanoclusters）是尺寸小于2nm的几个到数百个原子组成的水溶性物质[5]，对重金属离子的检测大多数是基于荧光猝灭的原理，其荧光性质主要来源于有量子尺寸效应的金属核和金属核与表面配体间相互作用控制的纳米簇表面，所以金属纳米簇的荧光性质与金属核的尺寸和组分、以及表面配体和溶剂等有关[4]。荧光金属纳米簇可通过高分辨率透射电子显微镜观察其大小、形状等表征，荧光特性可用荧光分光光度计来测量，例如铜纳米簇的激发光在340nm，最大发射波长一般位于500-660nm之间[6]。
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
