基于可磁分离时间分辨荧光传感体系的持久性有机污染物检测技术及机理研究

Persistent organic pollutants (POPs) is harmful to people's health, to which the current environmental monitoring and controlling give a lot of attention. The rapid procedure for the detection of trace POPs can provide strong guarantee for effective environmental controlling. Time-resolved fluorescence assay (TRFA) not only has the advantages of high sensitivity and strong anti-interference capacity, but also has the potential for real time online monitoring. This project will combine the TRFA and magnetic nanomaterials to fabricate magnetically separable time-resolved fluorescence sensing system (MSTRFSS), and aim at realizing the trace detection with specificity and the recycling of the sensing system. Through the study of the method for the magnetic nanomaterials and long lifetime fluorescence materials preparation, surface functionalization, and their composition, this project will obtain magnetic/fluorescence nanomaterials with the best magnetic and fluorescence properties. In order to develop MSTRFSS, the project will screen out suitable time-resolved fluorescence sensing system firstly, and then study the combine technique with magnetic/fluorescence nanomaterials. The detection efficiency and mechanism of interaction for POPs will be studied subsequently. Finally, the regeneration method and mechanism will also be studied. The research of this project will help to the improvement of the trace POPs rapid detection technology and will be of great significance for monitoring and controlling water quality.

持久性有机污染物（POPs）可对人体产生严重危害，是目前环境监测和治理的焦点，开展对痕量POPs的快速灵敏检测能为污染的有效防治提供有力保障。时间分辨荧光分析法（TRFA）灵敏度高、抗干扰能力强，具备发展成实时在线监测的潜力。本项目拟通过对TRFA进行磁性强化，构建可磁分离时间分辨荧光传感体系（MSTRFSS），实现对痕量POPs的快速灵敏检测与传感体系的循环使用。首先，通过系统考察磁性纳米材料和长寿命荧光材料的制备、表面功能化、以及两者的复合方法，得到具有最佳磁性能和荧光性能的磁性/荧光纳米材料；其次，筛选合适的时间分辨荧光传感体系，探究其与磁性/荧光纳米材料的结合方式以构建MSTRFSS，并对MSTRFSS在POPs检测中的效能与作用机理展开研究；最后，明确MSTRFSS再生方法和再生机制。本研究将有助于痕量POPs快速检测技术的进一步发展和完善，对水体水质监测和控制具有重要意义。

本项目围绕“磁性荧光”“有机物检测与可见光催化”主要开展三方面研究。一是构建可磁分离荧光传感体系用于水环境中双酚A（BPA）和Hg2+检测。研究人员利用Fe3O4 NPs、MGO等特性，利用aptamer对BPA的特异性捕获，构建BPA荧光传感体系。该荧光传感体系对BPA具有高特异性和选择性，检测限达pg/mL级，且可在实际水体中应用。此外，在MNPs基础上，引入富T碱基序列用于识别并捕获水环境中Hg2+。该类可磁分离荧光传感器对于Hg2+的检测限达nmol/L级，同时，在多种干扰离子存在的混合液中仍能精确识别并捕获Hg2+，抗干扰能力强，并可在实际水样应用。二是构建荧光传感器用于pH检测。设计合成了一种稀土铕离子配合物，并将其作为pH探针用于水环境中pH的时间分辨荧光检测研究。该探针荧光寿命为0.5440 ms。时间分辨荧光强度与pH值呈现较好的线性关系。DO和离子强度变化对pH检测结果几无影响。应用于实际水样中时，与玻璃电极的检测结果相比，该荧光探针检测结果的偏差在0.09-0.13之间。同时，制备基于萘酰亚胺衍生物和卟啉的共价固定内参比荧光pH传感器。此传感器有效消除因设备条件变化和外界环境而引起的干扰，共价固定荧光载体以有效地防止荧光物质流失，且其寿命在一个月以上，并表现出良好的选择性、重现性，响应时间小于90s。三是制备可见光催化剂用于水环境中BPA、苯酚、抗生素、有机染料等的降解。研究人员利用离子沉淀法和光致还原法等方法设计合成10余种高效稳定的可见光响应催化剂。对催化剂的降解性能、循环使用性能、稳定性等进行分析，提出可能存在的降解机理。催化剂在可见光下，对于目标物的降解效率通常在90%以上。4次重复使用后，降解效率仍在85%左右。研究发现，·O2-是光催化反应体系中的主要活性物质，其次是h+，而·OH在体系中起的作用较微弱。上述研究的开展对于水环境中有机污染物的识别与去除提供了科学参考和理论依据。