摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜及制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于聚合物納米纖維薄膜熒光光譜技術領域，具體涉及一種摻雜咔唑衍生 物的聚合物納米纖維薄膜的制備方法及其在熒光檢測爆炸物方面的應用。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，爆炸物檢測有著非常重要的意義，大到國家領土、軍事活動的安全，小 至環境、工業生產控制以及食品安全。目前，對爆炸物進行檢測的手段主要是氣相色譜法、 離子迀移譜法、聲表面波（SAW)技術、微機電系統（MEMS)傳感技術、熒光傳感技術以及生物 傳感技術等。其中，熒光化學傳感器具有靈敏度高、操作便捷、適應性廣的優點，有望在不遠 的將來獲得大范圍的實際應用。
[0003]目前文獻報道的性能優良的傳感材料有共輒聚合物（如五蝶烯類、二芳基聚乙炔 類、螺芴類等）、有機納米棒（如四聯乙炔咔唑環狀分子ACTC納米棒）、量子點（如ZnS-Mn2+ 納米晶）以及多孔金屬-有機骨架材料（如Zn2(bpdc)2(bpee)，其中bpdc為4, 4'-二苯二 甲酸，bpee為1，2-二吡啶乙烯）。上述材料通常制備本較高、制備條件苛刻，這使得它們在 傳感檢測方面的廣泛應用具有一定的局限性。
[0004] 本發明構筑了一種摻雜咔唑衍生物的聚合物復合納米纖維薄膜，其摻雜的有機 小分子合成成本較低，并且在摻雜質量分數為〇. 5wt%的情況下，該聚合物納米纖維薄膜 對2, 4-二硝基甲苯（DNT)飽和蒸氣的熒光猝滅效率達73. 2%，性能大大優于已報道的四 (4-甲氧基苯基）卟啉（TMOPP) /聚苯乙烯（PS)納米纖維江￥&即，11.此即，1(.311，￥丄〇即，2. Peng,N.LiandF.Liu,J.Mater.Chem.，2011，21，11895 ;相同測試條件下，TM0PP/PS聚合物 納米纖維膜（其中TMOPP量分數為10wt% )對2, 4-二硝基甲苯（DNT)飽和蒸氣的熒光猝 滅效率只有28%。同時，該摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜對4-硝基甲苯（NT)、 2, 4, 6-三硝基苯酚（PA)、硝基苯（NB)和硝基甲烷（NM)四種爆炸物蒸氣也可以進行有效的 檢測。
【發明內容】
[0005] 技術問題：本發明的目的在于采用靜電紡絲方法制備一種摻雜咔唑衍生物聚合物 納米纖維薄膜及制備方法，進而提供該納米纖維薄膜在爆炸物檢測方面的用途。
[0006] 技術方案：本發明的一種摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜摻雜的咔唑衍 生物結構通式如下所示：
[0007]
[0008] 其中Ar表示芳基基團義、R2出現時相同或不同，是氫原子、烷基或烷氧基中的一 種。
[0009] 所述的芳基基團Ar是苯、聯苯、萘、蒽、菲、芘、芴及芴的衍生物中的一種；Ri、R2中， 烷基鏈為Cl~C12的直鏈或支鏈；私中，烷氧基鏈的烷基為Cl~C4的直鏈或支鏈、0 原子數為1~5。
[0010] 本發明的摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜的制備方法為：
[0011] 1)所用的聚合物為聚環氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯或聚偏氟乙烯，所用的有機溶 劑為氯仿或N，N二甲基甲酰胺；
[0012] 2)將結構式I所示的材料溶于有機溶劑中，然后將聚合物添加到上述溶液中，室 溫下劇烈攪拌直至聚合物完全溶解，最后將聚合物溶液通過靜電紡絲裝置制得摻雜咔唑衍 生物的聚合物納米纖維薄膜。
[0013] 本發明的摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜應用于檢測2, 4-二硝基甲苯 DNT、2, 4, 6-三硝基苯酚PA、4-硝基甲苯NT、硝基苯NB和硝基甲烷匪爆炸物蒸氣。
[0014] 有益效果：本發明得到了一種摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜，通過掃描 電電子顯微鏡、紫外吸收光譜和熒光發射光譜等對材料形貌及其光學性質進行了研究。
[0015]與現有技術相比，本發明制作成本較為低廉，操作簡單、快速、實驗條件溫和，較為 經濟。
【附圖說明】
[0016] 圖1是實施例1制備的摻雜咔唑衍生物的聚環氧乙烷復合納米纖維薄膜（MPC/ PE0)的掃描電鏡圖片。
[0017]圖2是實施例1制備的MPC/PE0納米纖維薄膜的紫外吸收光譜和熒光發射光譜 圖。
[0018] 圖3是實施例1制備的MPC/PE0納米纖維薄膜熒光強度隨時間的變化情況。
[0019] 圖4是實施例1制備的MPC/PE0納米纖薄膜在DNT蒸氣中R印eatScan模式下每 隔五分鐘自動掃描的2小時內焚光發射光譜的變化情況（0~2h，從上到下）。
[0020] 圖5是實施例2制備的MPC/PE0納米纖維薄膜在DNT蒸氣中R印eatScan模式下 每隔五分鐘自動掃描的2小時內焚光發射光譜的變化情況（0~2h，從上到下）。
[0021] 圖6是實施例3制備的MPC/PE0納米纖維薄膜分別在充滿爆炸物（4-硝基甲苯NT、 硝基苯NB、2, 4-二硝基甲苯DNT、硝基甲烷匪和2, 4, 6-三硝基苯酚PA)和干擾物（萘、尿 素、乙醇和煙霧]蒸氣的比色皿中2個小時內檢測到的熒光猝滅效率。
【具體實施方式】
[0022] 本發明公開了一種摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜及其在熒光檢測爆炸 物方面的應用。
[0023] 摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜，該薄膜摻雜的咔唑衍生物結構通式如下 所示：
[0024]
[0025] 其中Ar表示芳基基團，是苯、聯苯、萘、蒽、菲、花、芴及芴的衍生物中的一種；R1、R2 出現時相同或不同，是氫原子、烷基鏈（Cl~C12的直鏈或支鏈）、烷氧基鏈（鏈的長短可以 由碳或氧的個數確定，烷基為Cl~C4的直鏈或支鏈，0原子數為1~5)中的一種。
[0026] 摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜所用的聚合物為聚環氧乙烷、聚甲基丙烯 酸甲酯或聚偏氟乙烯，所用的有機溶劑為氯仿或N，N二甲基甲酰胺。
[0027] 摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜的制備方法是將如結構式I所示的材料 溶于有機溶劑中，然后將聚合物添加到上述溶液中，室溫下劇烈攪拌直至聚合物完全溶解、 呈透明狀，最后將聚合物溶液通過靜電紡絲裝置制得沉積在石英基底上的聚合物納米纖維 薄膜。
[0028] 摻雜咔唑衍生物的聚合物納米纖維薄膜檢測爆炸物蒸氣的測試方法如下：將沉積 了聚合物納米纖維薄膜的石英片快速放入一個充滿了飽和爆炸物蒸氣，例如，2, 4-二硝基 甲苯（DNT)、2,4,6-三硝基苯酚（PA)、4-硝基甲苯（NT)、硝基苯（NB)或硝基甲烷（NM)的密 閉熒光池中間（IcmXIcmX3. 5cm)，再立刻把密閉熒光池放在熒光光譜儀的支架上，記錄在 爆炸物氣氛中〇~2小時內纖維薄膜熒光強度隨時間的變化情況。
[0029] 所有的制備和檢測過程都是在室溫下進行的。
[0030] 下面結合以下實施例對本發明做進一步的說明，但不限制本發明。
[0031] 實施例1 :
[0032] 稱取一定量的咔唑衍生物MPC溶于CHCl3溶劑中，配成濃度為ImM的透明溶液；然 后將200mg聚環氧乙烷（PEO)溶于2mL上述溶液中，并在室溫下攪拌直至固體完全溶解，溶 液呈均一、透明狀為止。將配置好的上述溶液注入5mL的玻璃注射器中進行電紡。注射器 開口端與不銹鋼針頭相連作為噴頭，與電源正極相連，采用中央位置放置了石英基底的鋁 箱作為接收屏，與電源負極相連，在噴頭和接收屏之間施加19kV的電壓，設置注射栗推進 速度I.OmLh\并在接收距離為15cm的條件下進行