[发明专利]一种用于检测高氯酸盐或氯酸盐的光化学传感水凝胶

说明书

本发明提供了一种用于检测高氯酸盐或氯酸盐的光化学传感水凝胶，该光化学传感水凝胶由三联吡啶铂（Ⅱ）配合物和水凝胶组成，该光化学传感水凝胶能够对高氯酸盐或氯酸盐的溶液、固体或痕量颗粒物进行现场一步式快速特异识别，发生颜色和磷光信号的变化。该光化学传感水凝胶提升了三联吡啶铂（Ⅱ）配合物溶液检测的灵敏性，简化了固体颗粒的检测步骤，实现一步式、主动式、即时性的检测，也实现了颗粒物的定量检测，拓展了三联吡啶铂（Ⅱ）配合物检测反阴离子的应用场景，为环境中水样及非制式爆炸物原料中的高氯酸根或氯酸根的检测提供有效技术手段。

技术领域

本发明属于化学传感技术领域，提供了一种用于检测高氯酸盐或氯酸盐的光化学传感水凝胶。

背景技术

高氯酸盐和氯酸盐是制造烟火的重要原料，也是最常用的非制式爆炸物原料之一。采用高氯酸盐和氯酸盐作为原料成本低，容易获得，而且生产工艺简单。此外，高氯酸盐和氯酸盐易溶于水，是一种具有高度扩散性的持久性无机污染物，危害人体甲状腺功能。因此，高氯酸盐的现场检测，特别是复杂环境中痕量固态高氯酸盐的现场快速、超灵敏鉴定，对国土安全、法医学分析和环境监测具有重要意义。

目前，检测无机盐或阴离子的技术有离子迁移谱技术、便携式拉曼光谱技术、电化学方法等。然而这些技术存在设备昂贵，操作复杂且携带不便的缺点。光化学检测方法具有价廉、快速、灵敏、可视化、不依赖仪器、抗干扰性强等优点，是极具应用前景的现场检测方法。光化学方法包括比色和发光检测技术。然而，由于高氯酸盐和氯酸盐的配位能力弱，目前开发的用于检测高氯酸盐和氯酸盐的光学探针较少。常用有机染料不仅合成和提纯繁琐，而且其检测机制主要基于主客相互作用，如氢键、静电作用、范德华力和π-π相互作用等，极易受到溶液中水分子的干扰。另外，目前许多光学探针是淬灭型而非点亮型，导致抗干扰性差。此外，这些研究都专注于水溶液中高氯酸根和氯酸根的检测，对于空气中流动的或沉积在物体表面的痕量固体颗粒的直接检测很少关注。因此，开发响应快速，灵敏度高，特异性强且能够实现固体颗粒的一步快速检测高氯酸盐或氯酸盐光学传感器十分必要。

相比纯有机分子，过渡金属配合物具有制备简单，稳定性好，光学特性丰富，磷光寿命长和化学结构易于调控等特点，越来越广泛地应用于阴离子探测领域。平面四方结构的阳离子多吡啶铂(II)配合物有望成为检测高氯酸盐和氯酸盐点亮型探针。这主要是因为这类配合物1)固态晶体中有金属-金属相互作用和π-π相互作用，具有丰富的光物理和光化学性质；2)高氯酸根可以作为反阴离子触发溶液态的多吡啶铂(II)配合物发生自组装从而聚集沉降，在这个过程中金属-金属和π-π相互作用产生了，因此颜色和发光也发生了变化。但目前，对多吡啶铂(II)配合物的研究大多集中在晶体结构，抗癌活性以及有机发光器件，而对反阴离子的传感性能还没有系统的研究。利用多吡啶铂(II)配合物检测反阴离子，一个可预见的主要缺点就是灵敏度较低，因为不管是机器还是人眼对超分子聚集反应的视觉敏感度低于分子水平的反应。此外，如何在超分子自组装的基础上实现高氯酸盐或氯酸盐固体小颗粒的一步、超灵敏甚至定量检测仍然未知。

水凝胶是一种具有三维网络的半固态高分子材料，能够提供局部液相环境，是负载溶液态光化学探针的良好基质，也为其与高氯酸盐或氯酸盐固体小颗粒的接触提供了良好的场所；同时水凝胶网络结构能够限制产物的扩散，有利于提升光学信号的强度。本发明选择化学惰性极高的材料作为水凝胶骨架，直接负载溶液态三联吡啶铂(II)配合物，实现溶液态或固态高氯酸盐或氯酸盐的一步式高灵敏、准确、快速检测。

本发明开发了一种用于检测高氯酸盐或氯酸盐的光化学传感水凝胶。该光化学传感水凝胶一方面充分利用了高氯酸根或氯酸根能够快速引起溶液态三联吡啶铂(Ⅱ)盐阳离子发生自组装，生成具有特定颜色和磷光的固体产物，从而实现检测高氯酸根或氯酸根的比色和发光检测；另一方面充分利用了水凝胶的微区液态环境，实现痕量颗粒物的采样和检测一体化，以及利用了其网络结构阻碍并最终停止自组装产物在水凝胶中的扩散，实现检测灵敏度的提升以及固体颗粒物的定量检测。该光化学传感水凝胶具有灵敏、便携、可视化、特异性强、快速响应的优势，可用于环境和安检口等多种场所的现场检测工作。

发明内容