用于檢測硝基芳烴

1、用于檢測硝基芳烴類爆炸物的熒光聚合物莊一鳴 熊英 賈玉玉用于檢測硝基芳烴類爆炸物的熒光聚合物1.化學(xué)傳感原理 2.合成與性能研究進(jìn)展 3.爆炸物檢測領(lǐng)域的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析 2 TNT、DNT在內(nèi)的硝基芳烴類炸藥 各種波譜法：光譜學(xué)儀器昂貴且笨重的, 需要現(xiàn)場校正, 化學(xué)傳感法： 熒光傳感技術(shù)被公認(rèn)為該類爆炸物的最佳檢測手段。 31、熒光聚合物的化學(xué)傳感原理 由于多數(shù)爆炸物為缺電子的含氮化合物,是典型的電子受體,因此當(dāng)它們與富電子的電子給體相互靠近時(shí),由于存在光誘導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移,將會導(dǎo)致富電子的電子給體出現(xiàn)熒光淬滅,使充當(dāng)電子給體的聚合物熒光光譜產(chǎn)生變化。 對淬滅前后聚合物的熒光光譜進(jìn)行對比,便可得

2、知淬滅物(爆炸物)的存在及種類。41、熒光聚合物的化學(xué)傳感原理 無淬滅物時(shí)：1、紫外光激發(fā)2、非輻射衰減3、回到基態(tài)，產(chǎn)生熒光發(fā)射有淬滅物時(shí)：1、紫外光激發(fā)2、非輻射衰減3、電子轉(zhuǎn)移淬滅4、回到基態(tài)，產(chǎn)生熒光發(fā)射式中:為熒光淬滅效率, I0為初始熒光強(qiáng)度,I為加入淬滅物后的熒光強(qiáng)度。相同條件下值越高,則淬滅效率越高。52、熒光傳感聚合物的合成與性能研究進(jìn)展Metallole類蝶烯類芳胺類 芳炔類 熒光傳感聚合物的合成與性能研究進(jìn)展 芴類 62.1 蝶烯類聚合物爆炸物蒸氣通透性、與傳感元素分子的結(jié)合能力決定響應(yīng)速度、靈敏度和可逆性蝶烯類聚合物側(cè)鏈上是大基團(tuán)，防止主鏈相互聚集，在涂層中形成分子通道

3、，提高相關(guān)傳感器的傳感特性。蝶烯是由多個(gè)苯環(huán)組成的具有蝴蝶狀三維剛性結(jié)構(gòu)的分子。Yang J S, Swager, TM. Fluorescent porous polymer films as TNT chemosensors: electronic and structural effects J. J Am Chem Soc, 1998, 120 (46) : 11864-11873.72.1 蝶烯類聚合物Zhao D H,Swager TM.Sensory responses in solution vs solid state:a fluorescence quenching stu

4、dy of poly(ip tycenebutadiynylene)s J. Macromolecules,2005,38 Swager小組又合成了多蝶烯基取代的材料,以主鏈上的對苯單元為蝶烯剛性骨架結(jié)構(gòu)的中心,分子結(jié)構(gòu)更為龐大,孔狀結(jié)構(gòu)更多,聚合物的熒光淬滅性能要優(yōu)于以前。 82.2 芴類聚合物 應(yīng)用：發(fā)光二極管、光伏電池等或賀慶國,程建功,封松林.一種對硝基化合物有傳感功能的熒光共軛聚合物及應(yīng)用P.中國專利:2. X, 2008-10-15.Nguyen H H, Li X Z,Wang N, et al. Fiber2op tic detection of explosives usin

5、g readily available fluorescent polymersJ.Macromolecules, 2009, 42 (4) : 921-926.中科院上海微系統(tǒng)所程建功等報(bào)道了一種對硝基化合物有傳感功能的聚芴類材料。 Nguyen等通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)合成了兩種聚(芴-co-苯)的熒光傳感聚合物。該分子結(jié)構(gòu)中,苯環(huán)單體以對位的酯基進(jìn)行取代,尤其是聚合物2,具有龐大的側(cè)鏈,可形成較大的空間自由體積,有利于提高熒光量子產(chǎn)率和捕捉檢測物分子。92.2 芴類聚合物 在此基礎(chǔ)上, Nguyen設(shè)計(jì)出光纖探針檢測系統(tǒng) 。其原理是將外部產(chǎn)生的紫外線通過“照明光纖”( i-fiber)導(dǎo)

6、入處于爆炸物蒸氣中的內(nèi)核( Inset部分) ,內(nèi)核中的熒光聚合物薄膜在紫外光照射下與爆炸物蒸氣作用后產(chǎn)生變化的熒光信號,該信號通過“接收光纖”( r-fiber)導(dǎo)至外部傳感器,從而通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了爆炸物的快速檢測。102.3 芳胺類聚合物 芳胺是一類典型的空穴傳輸材料,其扭曲的空間體積可阻止聚合物鏈的聚集,降低可能出現(xiàn)的分子間淬滅。 鄰硝基甲苯溶液中的熒光淬滅效率高達(dá)97%，是一種潛在的熒光傳感材料。在DNT蒸氣中,聚合物1在15 s內(nèi)熒光淬滅效率為31% ，聚合物2在25 s內(nèi)的熒光淬滅效率高達(dá)48% 任韋華,劉峰,胡軍,等.含三苯胺單元的超支化共軛聚合物的合成、表征及應(yīng)用J.影像科

7、學(xué)與光學(xué),2008,26(4):318-326. Nguyen H H, Li X Z,Wang N, et al. Fiber2op tic detection of explosives using readily available fluorescent polymersJ.Macromolecules, 2009, 42 (4) : 921-926112.4 芳炔類聚合物Swager小組合成出用于爆炸物檢測的苯炔撐類聚合物,其薄膜(厚度3nm,檢測時(shí)間60s)對TNT、DNT的熒光淬滅效率分別為20%和60%,相比其他聚合物要低一些,這與其分子結(jié)構(gòu)缺少多孔性有關(guān),且缺乏空間位阻也導(dǎo)致

8、了聚合物溶解性的下降。 Naddo等合成了4個(gè)咔唑乙炔撐所圍成的環(huán)狀分子, 60s內(nèi)對TNT和DNT的熒光淬滅效率分別達(dá)到83%和90% ,該材料所取得的優(yōu)良性能與薄膜中存在較多的孔狀結(jié)構(gòu)有關(guān)。Naddo T, Che Y K, ZhangW,et al. Detection of explosives with a fluorescent nanofibril filmJ.J Am Chem Soc,2007,129(22):6978 - 6979.122.5 Metallole類聚合物Trogler小組通過Wurtz聚合得到了幾種以以Si和Ge為主鏈構(gòu)架的Metallole類聚合物。 共聚物DNT的淬滅效率最高達(dá)到28%。 在此基礎(chǔ)上, Trogler合成了Silole和germole分別與苯炔撐的共聚物。Trogler將聚合物樣品噴涂至濾紙上,加入毫微克級的TNT粉末,使用340 nm的紫外光激發(fā)后,聚合物的熒光淬滅現(xiàn)象肉眼可見。 13爆炸物檢測領(lǐng)域的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析 從總體看,熒光傳感法還是一種新生方法,相關(guān)技術(shù)正處于成長和完善期,距離真正成熟和