基于纳米材料电化学传感器的构建及对过氧化物与亚硝酸盐的检测

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电化学传感器因其具有灵敏度高、稳定性好、选择性好、价格低廉、能进行快速在线连续监测等特点,已被广泛应用于临床诊断、生物分析、环境监测、医药工业、食品检测等领域。电化学传感器的关键在于化学修饰电极(chemically modified electrodes,CME)的制备。CME就是将具有优良化学性质的无机物、有机物、聚合物与生物大分子通过物理与化学的方法固定在电极表面,呈现出薄膜化学、电化学或光学的性质。CME因其独特的化学性质,而且具有廉价、快速、灵敏度高、选择性好等优点,成为目前最活跃的电化学和电分析化学的研究领域之一。纳米材料具有独特的表面效应、小体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,因而在光、电、磁学、吸附、催化等方面展现出独特的功能,呈现出常规材料不具备的优越性能。当纳米材料修饰在电极的表面时,电极比表面积急剧增大,电流响应增大,检测限降低,灵敏度大大提高,可以用于许多微量的小分子及生物样品的分析。不仅能够可以活化电极表面,加速电极上的电子转移,还能最大限度地保持蛋白质的生物活性。此外,无机纳米材料还具有无毒副作用,良好的生物相容性等性能,不但可以为酶的固定提供良好的微环境,而且还能作为模拟酶的材料。本文研究了纳米材料构建的各种化学修饰电极及对过氧化物及亚硝酸盐小分子的电化学催化检测,主要分为以下五个方面:1.通过将含铜的三元类水滑石煅烧得到水滑石的煅烧产物(Cu-CLDH),将其修饰于玻碳电极表面,对过氧化氢进行电催化还原,并与煅烧的类水滑石的前驱体修饰电极对比。研究结果表明煅烧的类水滑石对过氧化氢的还原具有更强的催化作用。煅烧的类水滑石具有更大的电极表面积,而且其所含的过渡金属元素形成的氧化铜起到了很好的催化作用,可以用来做模拟酶的材料,制备出一种更简单,更迅速,更具操作性的传感器。2.以含铜的煅烧类水滑石与纳米金形成的复合材料修饰玻碳电极,纳米金可以进入煅烧类水滑石的孔状结构中,构建了新型亚硝酸盐传感器。结果表明,该纳米复合材料修饰电极具有大的有效电极表面积,可以加速电子转移,对亚硝酸盐具有较高的催化氧化活性。该传感器对亚硝酸盐检测的响应速度快,灵敏度高,线性范围宽,检出限低,并具有较强的抗干扰能力和良好的稳定性与重现性。3.在离子液体与水的混合溶液中,通过电聚合的方法制备了聚3-噻吩硼酸、离子液体聚合膜修饰的玻碳电极,并且利用硼酸与糖蛋白(辣根过氧化物酶)通过糖苷键结合,以对苯二酚作为中间介质,构建了过氧化氢生物传感器。结果表明,该聚合膜能够很好的固定辣根过氧化物酶,并具有较高的催化活性,而且辣根过氧化物酶与硼酸的结合具有可逆性。此外,此复合膜能够为辣根过氧化物酶提供良好的微环境,使酶保持很好的活性。4.以硝酸钾为电解质,采用恒电流电解石墨棒的方法制备了石墨烯纳米片和碳纳米球的混合物,通过静电吸附将壳聚糖包裹的普鲁士蓝与石墨烯纳米片和碳纳米球的混合物共同修饰于电极表面,制备了一种新的亚硝酸盐传感器。研究结果表明,该修饰电极对亚硝酸盐的氧化具有很好的催化功能,同时也说明了,这两种材料具有较好的协同作用。并对食品中的亚硝酸盐进行检测,结果令人满意。5.首先制备了纳米酞菁钴,与在六氟磷酸钾溶液中恒电流电解石墨棒得到的石墨烯,通过静电吸附,构建了一种有机过氧化物传感器。结果表明,酞菁钴与石墨烯对过氧化氢叔丁基醇的还原具有很好的催化作用,对过氧化氢叔丁基醇的检测具有较高的灵敏度和较好的线性范围。在最佳条件下对润肤露中的有机过氧化物进行了检测,取得了比较满意的结果。
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