以中药材-玄参原药为碳源,通过高温煅烧法制备得到荧光碳量子点。碳量子点水溶液在270 nm波长的激发下,其荧光的最大发射波长位于418 nm处。向荧光碳量子点溶液中加入硝酸根离子(N O3-),将猝灭其荧光强度,基于此建立了碳量子点作为荧光探针测定N O3-的一种新方法。在最优实验条件下,当N O3-摩尔浓度为0.4~80 μmol/L时,信号与N O3-的浓度成良好的线性关系,检出限为65 nmol/L。添加5.0 μmol/L和50.0 μmol/L的N O3-溶液到实际水样进行加标回收实验时,回收率为98.0%~104.0%。

针对水中存在碘离子、溴离子等干扰物时硝酸根浓度的测定问题,本论文将最小二乘支持向量回归机应用于混合溶液的光谱数据分析并建立起硝酸根、碘离子和溴离子含量的预测模型.实验结果表明:经过本文算法训练后的模型可以较准确的预测混合溶液中硝酸根的含量,基本消除了碘离子、溴离子对测定的干扰.本方法与传统方法相比较,无需化学和物理方法分离,精度高,速度快,适用于水质在线监测系统中对硝酸根含量的测定.

阴离子普遍存在于生命体和环境中, 在化学、 生物学、 医学和环境领域都具有重要的作用, 而硝酸根是其中一种非常重要的无机阴离子, 对环境和人体健康都具有极大危害。 目前测定硝酸根离子的方法主要有电化学法、 离子色谱法和离子选择性电极法等。 虽然各方法各具优势, 但也存在明显不足。 电化学法重现性差, 而离子色谱法和离子选择性电极法需要较为复杂、 昂贵的仪器及较长的分析时间。 荧光光谱由于具有较高的灵敏度和操作简便等优点, 近年来成为阴离子识别和检测领域的研究热点。 以吡喃盐为起始原料, 设计合成了一种新型的双吡啶盐化合物, 通过核磁共振1H谱、 13C谱以及高分辨质谱确定了其分子结构。 并研究了其与不同阴离子的荧光识别性能, 显示出对硝酸根离子明显的特异性识别。 在双吡啶盐溶液中滴加硝酸根离子后, 荧光呈现显著增强, 而其他竞争性阴离子则淬灭初始荧光。 通过荧光滴定实验证实双吡啶盐探针与硝酸根离子形成稳定的1∶1超分子配合物, 稳定常数lgK=5±0.02。 通过计算机模拟计算以及变温核磁共振波谱表明硝酸根离子与双吡啶盐上活性氢形成稳定的氢键, 并诱导整个双吡啶盐分子的共平面性增大, 荧光强度增强, 从而达到选择性识别的效果。

研制了一种用于硝酸根检测的小型电化学测量系统。该系统利用由微机电系统(MEMS)技术制备在玻璃基底上的铜簇修饰工作电极(WE)和铂对电极(CE), 实现对水中硝酸根离子的浓度检测。设计了一个低噪声、高精度的恒电位仪模块来实现工作电极表面铜层的自更新、线性扫描电压的产生以及μA~mA级响应电流的检测。应用STM32F407微控制器控制测量过程并将检测结果显示在电容触摸屏上。实验结果表明, 在0~71.4 μmol·L-1浓度范围内, 系统对硝酸根的检测具有较好的线性度(0.996)。与电化学工作站的检测结果进行对比, 该小型系统表现出良好的性能。

许多水域含有过量的硝酸根, 会诱发许多问题。采用微机电系统工艺, 制备出一种基于铂叉指微电极阵列的硝酸根离子(NO-3)检测微传感电极。通过电化学恒电位沉积法在铂叉指微电极阵列上修饰, 得到多孔、簇状铜敏感膜。采用线性扫描伏安电化学检测方法, 考察该微传感电极对NO-3的响应性能, 在0~2 mg/L浓度范围内, 线性度为0.999, 灵敏度为-3.15 μA·L·mg-1 。在相同沉积修饰条件下, 叉指微电极比同等敏感面积(1 mm2)的圆盘微电极表现出更强的催化活性和更高的灵敏度, 分析其原因, 认为主要是叉指微电极的结构和边缘效应造成的。

水中硝酸根含量的实时监测是一个亟待解决的现实问题, 为了满足硝酸根监测的实时性要求, 避免采样、预处理等繁琐的步骤, 提出了一种新型的原位监测硝酸根传感器系统的研究设计, 介绍了系统的工作原理和构成, 该仪器利用双光束单波长标准测量法, 不仅能有效消除材料及粒子散射对测量的干扰, 而且简化了设计结构。并用紫外分光光度计进行了模拟实验, 实验证明, 这种新型的传感器系统能够满足指定水域的硝酸根实时监测要求。