一種用于檢測(cè)二苯胺的分子印跡電化學(xué)傳感器及其應(yīng)用
【專利摘要】一種用于檢測(cè)二苯胺的分子印跡電化學(xué)傳感器及其應(yīng)用。本發(fā)明公開(kāi)了一種分子印跡電化學(xué)傳感器及其應(yīng)用。所述分子印跡電化學(xué)傳感器包括工作電極，所述工作電極表面依次涂覆有一層石墨烯/釕納米粒子和一層分子印跡聚合物。本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器既結(jié)合了石墨烯/釕納米粒子良好的導(dǎo)電性和催化性，也結(jié)合印跡材料的特異選擇性。當(dāng)分子印跡聚合物使用的模板分子為二苯胺時(shí)，所制備的分子印跡電化學(xué)傳感器對(duì)二苯胺具有良好的吸附性能，選擇性強(qiáng)，不易受干擾，且檢測(cè)線性范圍寬，檢測(cè)下限可以達(dá)到0.02μM。
【專利說(shuō)明】
-種用于檢測(cè)二苯胺的分子印跡電化學(xué)傳感器及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電化學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種用于檢測(cè)二苯胺的分子印跡 電化學(xué)傳感器及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 芳香胺是一類在環(huán)境中潛在的致癌物質(zhì)。芳香胺類化合物在化工行業(yè)中的應(yīng)用較 廣，主要用于染料、化妝品、藥物和橡膠合成的中間體，并隨工業(yè)廢水排放，給水體、±壤帶 來(lái)環(huán)境污染。一些塑料食品包裝材料也是初級(jí)芳香胺的來(lái)源之一。運(yùn)種塑料包裝材料用于 食品包裝，可遷移到食品中造成污染，給食品安全帶來(lái)嚴(yán)重后患。二苯胺(DPA)是芳香胺一 種，可通過(guò)吸入、食入、皮膚吸收等途徑侵入人體，接觸者可有頭疼、頭暈、嘔吐、腹瀉等癥 狀，如若長(zhǎng)期接觸后皮膚黏膜會(huì)出現(xiàn)刺激現(xiàn)象，會(huì)損害神經(jīng)系統(tǒng)、屯、血管系統(tǒng)及血液系統(tǒng)， 經(jīng)過(guò)一系列活化作用使人體細(xì)胞DNA發(fā)生結(jié)構(gòu)與功能的變化，嚴(yán)重情況下出現(xiàn)尿頻或血尿 等癥狀，引起膀脫癌。由于二苯胺的廣泛使用，二苯胺已在地表水及地下水中被檢出，被列 入歐盟優(yōu)先控制污染物的名單。二苯胺的測(cè)定方法主要有高效液相色譜法、巧光法、毛細(xì)管 電泳法W及電化學(xué)方法等，電化學(xué)方法具有操作簡(jiǎn)便、快速、便攜方便等特點(diǎn)，因此適用于 環(huán)境水樣品中二苯胺的檢測(cè)。
[0003] 分子印跡技術(shù)是制備具有特殊的識(shí)別能力的分子印跡聚合物材料的有力工具。在 分子印跡聚合物的制備過(guò)程中，在模板分子存在下，一種或多種功能單體和交聯(lián)劑在適當(dāng) 的溶劑中發(fā)生聚合。分子印跡聚合物的合成成本低、方法簡(jiǎn)單、選擇性好，廣泛應(yīng)用于分離、 巧光傳感器W及電化學(xué)傳感器。為進(jìn)一步提高分子印跡聚合物電化學(xué)傳感器的導(dǎo)電性和靈 敏度，納米材料已經(jīng)被用于電化學(xué)傳感中。很多納米材料能夠提高電極的電流響應(yīng)，而且還 能為物質(zhì)檢測(cè)提供微環(huán)境，促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移。石墨締作為納米材料的一種，其二維層狀結(jié)構(gòu) 使其具有良好的成膜性和穩(wěn)定性，較多的被用作納米粒子的載體，尤其是金屬納米粒子與 石墨締復(fù)合納米材料。
[0004] CN103868966A公開(kāi)了一種分子印跡聚合物-石墨締復(fù)合材料修飾電極，包括分子 印跡聚合物-石墨締復(fù)合材料和玻碳電極，W所述玻碳電極為基體，所述分子印跡聚合物- 石墨締復(fù)合材料修飾在所述玻碳電極上。該發(fā)明還提供了分子印跡聚合物-石墨締復(fù)合材 料修飾電極的制備方法及其在苯胺和4,4'-亞甲基二苯胺(MDA)檢測(cè)中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種用于檢測(cè)二苯胺的分子印跡電化學(xué)傳感器，該分子印跡電化學(xué) 傳感器對(duì)二苯胺有良好的選擇性。
[0006] -種分子印跡電化學(xué)傳感器，包括工作電極，所述工作電極表面依次涂覆有一層 石墨締/釘納米粒子(GR-Ru)和一層分子印跡聚合物。石墨締本身常被用于制備電化學(xué)傳感 器，而釘金屬的使用，使得本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器具有良好的導(dǎo)電性和催化性。
[0007] 優(yōu)選的，所述工作電極為玻碳電極。當(dāng)然，金電極或銷電極也可W用作本發(fā)明，但 玻碳電極較金電極或銷電極便宜。玻碳電極在使用時(shí)，需要預(yù)處理，預(yù)處理的方法為先用 0.05皿Al2〇3的拋光成鏡面后，依次用丙酬、HN03( 1:1，v/v)、NaOH( 1. Omol/L)和二次去離子 水超聲洗涂，于室溫下驚干備用。
[0008] 所述石墨締/釘納米粒子由氧化石墨締和釘源在還原劑作用下反應(yīng)制得。
[0009] 優(yōu)選的，所述石墨締/釘納米粒子的制備方法為：
[0010] (1)將氧化石墨締分散于二次水中獲得懸浮液1;
[0011] (2)將釘源分散于懸浮液1中獲得懸浮液2;
[001 ^ (3化懸浮液帥加入還原劑進(jìn)行還原反應(yīng)；
[0013] (4)還原反應(yīng)完成后，離屯、收集產(chǎn)物，產(chǎn)物洗涂、干燥后獲得石墨締/釘納米粒子。
[0014] 氧化石墨締(GO)在透射電鏡下的形狀為片層權(quán)皺且很薄。當(dāng)石墨締與釘納米粒子 復(fù)合后，釘納米粒子較均勻地分布在石墨締表面，釘納米粒子粒徑約在I-IOnm左右。
[0015] 所述石墨締/釘納米粒子涂覆到工作電極上時(shí)，先將干燥的石墨締/釘納米粒子分 散于N，N-二甲基甲酯胺，然后涂覆在預(yù)處理的工作電極表面，再在紅外燈下干燥。優(yōu)選的， 所述分子印跡電化學(xué)傳感器涂覆的石墨締/釘納米粒子的基底濃度為0.3mg/mL。
[0016]優(yōu)選的，所述氧化石墨締與釘源的質(zhì)量摩爾比為7~9mg:0.01mmol。最優(yōu)選的，所 述氧化石墨締與釘源的質(zhì)量摩爾比為Smg :0.0 lmmol。
[0017] 優(yōu)選的，所述釘源為=氯化釘、硫酸釘和硝酸釘中的至少一種。最優(yōu)選的，所述釘 源為=氯化釘。
[0018] 優(yōu)選的，所述的還原劑為棚氨化鋼。
[0019] 所述分子印跡聚合物由功能單體、交聯(lián)劑、模板分子聚合反應(yīng)后，再脫除模板分子 后制得。
[0020] 優(yōu)選的，所述模板分子的去除方法為差分脈沖伏安法。
[0021] 優(yōu)選的，所述分子印跡聚合物的制備方法為：
[0022] (1)800化無(wú)水乙醇、8化L交聯(lián)劑、2化L功能單體、100化濃度為0.1 M的二苯胺混合 均勻得到溶液1;
[0023] (2)840化乙氧基乙醇、8化L交聯(lián)劑、2化L功能單體、2祉L二次水、2祉L濃度為0.1 M 的鹽酸、IOOiiL濃度為0.1 M的二苯胺混合均勻得到溶液2;
[0024] (3) 1.7mL無(wú)水乙醇、0.3mL氨水、0.3mL濃度為0 . IM的二苯胺混合，攬拌1~化獲得 溶液3;
[0025] (4)取30化溶液1加入溶液3中，攬拌1~化，然后加入30化溶液2,攬拌10~1地；
[0026] (5)步驟(4)的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離屯、、洗涂獲得所述分子印跡聚合物材料。
[0027] 所述功能單體為苯基=甲氧基甲硅烷、乙締基=甲基硅烷或丫 -氨丙基=甲氧基 硅烷。優(yōu)選的，所述功能單體為苯基=甲氧基硅烷(PTMOS)。
[00%]所述交聯(lián)劑為正娃酸乙醋、正娃酸甲醋或正娃酸下醋。優(yōu)選的，所述交聯(lián)劑為正娃 酸甲醋(TMOS)。正娃酸甲醋為有機(jī)娃類交聯(lián)劑。
[0029] 優(yōu)選的，所述模板分子為二苯胺。
[0030] 本發(fā)明又提供了所述的分子印跡電化學(xué)傳感器在檢測(cè)二苯胺中的應(yīng)用。檢測(cè)時(shí)， 最佳吸附時(shí)間為4min，最佳的電解質(zhì)溶液抑為5.0。檢測(cè)時(shí)，樣品中DPA的濃度在0.05~70.0 yM范圍內(nèi)具有較好的線性關(guān)系，最低檢測(cè)限為0.02iiM。
[0031] 本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器通過(guò)在工作電極的表面依次涂覆一層石墨締/釘納 米粒子和一層分子印跡聚合物制備得到。本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器既結(jié)合了石墨締/ 釘納米粒子良好的導(dǎo)電性和催化性，也結(jié)合印跡材料的特異選擇性。當(dāng)分子印跡聚合物使 用的模板分子為二苯胺時(shí)，所制備的分子印跡電化學(xué)傳感器對(duì)二苯胺具有良好的吸附性 能，選擇性強(qiáng)，不易受干擾，且檢測(cè)線性范圍寬，檢測(cè)下限可W達(dá)到〇.〇2iiM。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器的制備流程圖；
[003：3]圖2為紅外光譜圖，其中，曲線a:GO，b:GR-Ru，C: Si〇2-MIP;
[0034] 圖3為GR-Ru的掃描電鏡能譜分析圖；
[0035] 圖4為X-射線光電子能譜分析圖，其中，圖A為GO(曲線a)和GR-Ru(曲線b)的XPS圖 譜，圖B為GO中Cls全譜分析圖，圖C為GR-Ru中Cls全譜分析圖，圖D為GR-Ru中Ru化全譜分析 圖；
[0036] 圖5為透射電鏡圖，其中圖A和B分別為GO和GR-Ru的透射電鏡圖；
[0037] 圖6為DPV法洗脫模板分子DPA洗脫次數(shù)分析結(jié)果圖；
[003引圖7為本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器的吸附性能檢測(cè)結(jié)果圖，其中圖A和B分別為 CV法和DPV法檢測(cè)結(jié)果圖，曲線a:GR-Ru/MIP/GCE，b:GR-Ru/NIP/GCE;
[0039] 圖8為本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器導(dǎo)電性能檢測(cè)結(jié)果圖，其中，圖A為CV檢測(cè)(a: Si02-NIP/GCE、b: Si02-MIP/GCE、C:裸GCE、d: GR-Ru/MIP/GCE、e: GR-Ru/GCE)，圖 B為EIS檢測(cè) (a: GR-Ru/GCE、b: GR-Ru/MIP/GCE、C:裸GCE、d: Si〇2-MIP/GCE)，圖C和D為計(jì)時(shí)庫(kù)倫法檢測(cè) (a:GR-Ru/GCE、b:GR-Ru/MIP/GCE、C: Si〇2-MIP/GCE、d:裸GCE、e: Si〇2-NIP/GCE);
[0040] 圖9為本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器工作條件優(yōu)化結(jié)果圖，其中圖A和B分別為富 集時(shí)間和測(cè)定液pH的優(yōu)化；
[0041 ]圖10為本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器選擇性考察結(jié)果圖；
[0042] 圖11為本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器檢測(cè)DPA的濃度范圍考察結(jié)果圖，其中，圖A 為不同DPA濃度下的循環(huán)伏安曲線，圖B為標(biāo)準(zhǔn)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 本發(fā)明用到的主要試劑如表1所示。
[0044] 表1主要試劑。
[0045]

[0046] 備注:憐酸緩沖溶液PBS(抑5.0,0.1M)采用Na2HP〇4和Na出P〇4配制。
[0047] 本發(fā)明用到的主要儀器如表2所示。
[004引表2主要儀器。
[0049]
[
[0051]本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器的制備流程和電化學(xué)傳感檢測(cè)過(guò)程如圖1所示。 [0化2] 實(shí)施例1石墨締/釘納米粒子的制備
[0化3] 石墨締/釘納米粒子(GR-Ru)的制備過(guò)程參照文獻(xiàn)報(bào)道的方法化ung C-C,Lin P- Y,Buse F J，et al. Preparation and characterization of three dimensional graphene foam supported platinum-ruthenium bimetallic nanocatalysts for hydrogen peroxide based electrochemical biosensors[J]. Biosensors and Bioelectronics，2014，52:1-7.和Cao N，Hu K,Luo W，et al.民uCu nanoparticles supported on graphene:A highly efficient catalyst for hydrolysis of ammonia borane[J] .Journal of Alloys and Compounds,2014,590:241-246)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷腄 將8mg氧化石墨締（GO)均勻分散在5mL二次水中，超聲化分散；再向其中加入ImL濃度為 0.OlM的S氯化釘溶液，得到均勻分散的褐色溶液。將90mg棚氨化鋼(化肌4)溶解于4mL二次 水中得到棚氨化鋼溶液，作為氧化石墨締和氯化釘?shù)倪€原劑;將此溶液邊攬拌邊滴加至分 散好的氧化石墨締和=氯化釘?shù)幕旌弦褐?。最后，再將溶液在l〇〇°C下冷凝回流12h，得到黑 色懸浮溶液，離屯、洗涂后，于真空干燥箱內(nèi)干燥過(guò)夜，得到石墨締/釘納米粒子。
[0054]實(shí)施例2二氧化娃分子印跡聚合物的制備
[00對(duì)將1.7血無(wú)水乙醇，0.3mL氨水和0.3血二苯胺(0.1M)加入至圓底燒瓶中，該混合液 在室溫下攬拌化，然后加入30化溶液1 (表3 )，攬拌化;最后加入30化溶液2 (表3 )，持續(xù)攬拌 12h，最終獲得二氧化娃分子印跡聚合物(SiOs-MIP)。為了使模板分子二苯胺(DPA)、功能單 體苯基=甲氧基硅烷(PTMOS)和交聯(lián)劑正娃酸甲醋(TMOS)之間完全地預(yù)聚合，溶液1和溶液 2在加入混合物之前要分別攬拌化。該混合物通過(guò)離屯、，并用無(wú)水乙醇充分洗涂除去未反應(yīng) 物之后得到Si化-MIP。非印跡復(fù)合材料(SiOs-NIP)也用同樣的方法合成，只是所有步驟中不 加入模板分子DPA。
[0化6] 表3溶液1和2配方。
[0化7]
[005引實(shí)施例3分子印跡電化學(xué)傳感器的制備
[0059] 將玻碳電極(GCE)在0.05皿Ab化的拋光成鏡面后，依次用丙酬、HW)3(1:1，v/v)、 NaOHQ .Omol/L)和二次去離子超聲5min洗涂，于室溫下驚干備用。先將上述制備的石墨締/ 釘納米粒子分散于N，N-二甲基甲酯胺(DMF)中，配制成0.3mg/mL的溶液，取化L此溶液滴涂 于處理好的玻碳電極表面，在紅外燈下干燥20min。再將上述Si化-MIP(對(duì)照組為Si化-NIP) 加入到ImL N，N-二甲基甲酯胺中，超聲使其分散均勻獲得懸浮液，取上述懸浮液5.化L滴涂 于已經(jīng)滴涂有石墨締/釘納米粒子的玻碳電極表面，室溫下過(guò)夜驚干即制得GR-Ru/MIP/GCE (對(duì)照組為GR-Ru/NIP/GCE)電化學(xué)傳感器。通過(guò)差分脈沖伏安法(DPV)掃描來(lái)去除模板分子 二苯胺。模板分子洗脫之后，再將修飾電極進(jìn)行重新吸附和選擇性識(shí)別實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量的 DPV的掃描條件為:初始電位0.2V，終止點(diǎn)位0.8V，電位增量0.004V，振幅0.05A，脈沖寬度 0.05s，脈沖周期0.25s。下列實(shí)施例中使用的GR-Ru/MIP/GCE傳感器均為本實(shí)施例制備的分 子印跡電化學(xué)傳感器。
[0060] 實(shí)施例4紅外光譜表征及邸X表征
[0061] 利用傅里葉紅外光譜技術(shù)分別將G0,實(shí)施例1中制備的GR-Ru納米粒子和實(shí)施例2 中制備的Si化-MIP進(jìn)行表征。結(jié)果如圖2所示，其中曲線a對(duì)應(yīng)G0,曲線b對(duì)應(yīng)GR-Ru,曲線C對(duì) 應(yīng)Si〇2-MIP，3433cm-i處強(qiáng)的吸收峰歸屬于GO上O-H的伸縮振動(dòng)，1731cnfi和1635cm-i是GO上 C = O和C = C的伸縮振動(dòng)峰。當(dāng)GO經(jīng)過(guò)棚氨化鋼還原后，3433cnfi處的吸收峰明顯變?nèi)酰?1731cnfi處的吸收峰消失，1634cnfi處的峰依然存在，運(yùn)是由于還原不會(huì)破壞C = C。對(duì)于 Si化-MIP，在1083cnfi出現(xiàn)的強(qiáng)峰可歸因于Si-O-Si不對(duì)稱振動(dòng)，然而在799cnfi的吸收峰歸 因于Si-O-Si的對(duì)稱振動(dòng)，此外，在952cnfi處的吸收峰歸屬于Si-O的伸縮振動(dòng)吸收峰。紅外 光譜證明了石墨締成功被還原，但為了進(jìn)一步表明釘元素的存在，對(duì)GR-Ru進(jìn)行了掃描電鏡 能譜分析化DX)，結(jié)果如圖3所示。在GR-Ru的復(fù)合物中，C、0及Ru元素均有檢測(cè)出來(lái)，且其原 子百分比分別為74.20 %、23.07 % W及2.73 %。
[0062] 實(shí)施例5 X-射線光電子能譜表征
[0063] 為進(jìn)一步討論石墨締、氯化釘在棚氨化鋼中的還原程度，通過(guò)X-射線光電子能譜 (XPS)對(duì)GO和實(shí)施例1中制備的GR-Ru納米粒子的價(jià)鍵及價(jià)態(tài)進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖4所示。 圖4A為G0、GR-Ru的XPS譜圖，GO中含有C、0兩種元素，氧元素的含量為31.09% (曲線a)，當(dāng)還 原成GR-Ru后，氧元素的含量降低了，只有11.89%，同時(shí)也出現(xiàn)了釘元素，其含量為1.82%， 說(shuō)明Ru已成功附著在GR上。圖4B和C分別為GO和GR-Ru中C1S的全譜圖，從圖中可W看出， GO中Cls主要有S種碳組成，位于284.8eV、286.7eV和287.9eV的譜峰分別屬于C-C(C = C/C- H) X-O-C(C-OH) W及C = O官能團(tuán)，當(dāng)其還原得到GR-Ru后284.4eV、286.4eV和288.2eV的譜 峰均能存在，C-O-C(C-OH) W及C = O譜峰明顯減弱，運(yùn)與GO和GR-Ru的紅外光譜表征結(jié)果也 是基本一致的。為了研究材料中釘元素的存在形式，對(duì)GR-Ru中Ru化做了全譜圖，結(jié)果如圖 4D所示，從圖中可W看出，Ru中主要有兩種價(jià)態(tài)，位于461.2eV和463.5eV的譜峰分別屬于Ru (0)，Ru化(IV)。綜上所述，說(shuō)明還原石墨締和Ru納米顆粒已成功合成。
[0064] 實(shí)施例6透射電鏡表征
[0065] 為了能更清楚的了解材料的形貌和粒徑尺寸，采用TEM來(lái)對(duì)GO和實(shí)施例1中制備的 GR-Ru納米粒子進(jìn)行表征，結(jié)果如圖5所示，其中，圖5A為GO的TEM圖，可W看到GO片層權(quán)皺且 很薄。當(dāng)石墨締與釘納米粒子復(fù)合后，如圖5B所示，釘納米粒子較均勻的分布在石墨締表 面，其粒徑約在I-IOnm左右。
[0066] 實(shí)施例7模板分子洗脫條件考察
[0067] 在分子印跡電化學(xué)傳感器中，SiOs-MIP進(jìn)行模板分子再吸附前需要將印跡的模板 分子(DPA)洗脫掉，傳統(tǒng)方法是用有機(jī)試劑（甲醇、乙酸等)或者緩沖溶液作為洗脫劑來(lái)洗脫 印跡聚合物中的模板分子。但是，運(yùn)些方法存在耗時(shí)長(zhǎng)和模板分子不能完全洗脫等缺點(diǎn)。本 發(fā)明采用DPV洗脫印跡聚合物中的模板分子，隨著DPV掃描次數(shù)的增加峰電流顯著減小，然 后逐漸達(dá)到穩(wěn)定。該法能快速而且較完全的洗脫掉DPA分子。如圖6所示，當(dāng)掃描圈數(shù)達(dá)到22 圈時(shí)，DPV幾乎對(duì)DPA無(wú)響應(yīng)值，也就是說(shuō)DPA分子已經(jīng)完全從GR-Ru/MIP修飾電極膜基質(zhì)中 去除。
[0068] 實(shí)施例8本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器吸附性能檢測(cè)
[0069] 分子印跡聚合物具有與模板分子對(duì)應(yīng)的空穴位點(diǎn)，因此其吸附性能是一個(gè)重要特 征，本發(fā)明通過(guò)循環(huán)伏安法(CV)和DPV法分別考察了 GR-Ru/MIP/GCE(本發(fā)明分子印跡電化 學(xué)傳感器）、GR-Ru/NIP/GCE (對(duì)照）對(duì)模板分子的吸附性能。將GR-Ru/MIP/GCE、GR-Ru/NIP/ GCE分別浸入IOmL的10.0 iiM DPA溶液（電解質(zhì)溶液是pH= 5的PBS溶液）中富集4min，使修飾 電極與模板分子充分結(jié)合，然后進(jìn)行CV掃描，結(jié)果如圖7A所示，DPA在電極上的氧化還原是 一個(gè)不可逆的過(guò)程，GR-Ru/MIP/GCE的峰電流明顯比GR-Ru/NIP/GCE大。同時(shí)將GR-Ru/MIP/ GCE、GR-Ru/NIP/GCE在相同條件下進(jìn)行DPA檢測(cè)，結(jié)果如圖7B所示，可W看出GR-Ru/MIP/GCE 對(duì)DPA的氧化峰電流是GR-Ru/NIP/GCE的3.1倍。運(yùn)是由于GR-Ru/MIP/GCE具有與模板分子尺 寸和結(jié)構(gòu)相匹配的印跡空穴W及GR-Ru的催化作用，從而對(duì)目標(biāo)分子DPA產(chǎn)生特異性識(shí)別。
[0070] 實(shí)施例9本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器導(dǎo)電性能檢測(cè)
[0071] 電極材料導(dǎo)電性的優(yōu)異程度也是電化學(xué)傳感考察指標(biāo)之一。本發(fā)明構(gòu)筑了 Si化- MIP/GCE、Si〇2-NIP/GCE、裸的工作電極、GR-Ru/MIP/GCE、GR-Ru電化學(xué)傳感器并分別置于 IOmL含有5mM K3[Fe(CN)6]和0.1 M KCl的混合溶液中，用循環(huán)伏安法對(duì)他們進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試 條件:0.8V~-0.2V，掃速為1 OOmV/s，結(jié)果如圖8A所示?？蒞看出裸玻碳電極有一對(duì)可逆的 氧化還原峰，其峰電流比值約為1:1。51化-抓？/6〔6的氧化還原峰電流明顯比51化-11?/6〔6 小，主要是因?yàn)榉怯≯E材料缺乏印跡空穴。而Si化-MIP/GCE比裸電極的信號(hào)還要弱，主要是 因?yàn)镾i化-MIP導(dǎo)電性差，減緩了電子的傳遞速度。然而，當(dāng)GR-Ru修飾于電極表面后，可W發(fā) 現(xiàn)，其氧化還原峰電流明顯增大，運(yùn)也進(jìn)一步說(shuō)明GR-Ru具有良好的導(dǎo)電性能及催化性能， 可作為優(yōu)良的基質(zhì)載體材料。相比于Si化-MIP/GCE，GR-Ru/MIP/GCE傳感器的氧化還原峰電 流明顯增大，運(yùn)也主要利用了GR-Ru良好的導(dǎo)電性能及催化性能，W及印跡聚合物中模板分 子DPA洗脫之后留下的印跡空穴有利于[Fe(CN)S]3^/4-在電極表面的擴(kuò)散，從而促進(jìn)[Fe (CN)S]3^/4-在電極表面的氧化還原反應(yīng)。
[0072] 電化學(xué)交流阻抗譜化IS)也被用來(lái)進(jìn)一步表征材料的導(dǎo)電性能，其圖譜通常是由 半圓和直線兩部分組成，其中半圓的直徑表示電子傳質(zhì)阻力，半圓直徑越小就說(shuō)明阻力越 小，導(dǎo)電性越好。對(duì)GR-Ru/GCE、GR-Ru/MIP/GCE、裸GCE、Si〇2-MIP/GCE進(jìn)行電化學(xué)交流阻抗 譜分析，結(jié)果如圖8B所示，裸玻碳（曲線C)的電子傳質(zhì)阻力約為55 Q。當(dāng)?shù)瓮可螱R-Ru材料 后，電子傳質(zhì)阻力變小了，運(yùn)說(shuō)明石墨締-釘納米粒子的復(fù)合材料加快了 [Fe(CN)Sr/4^電 極表面上的電子傳遞。與Si化-MIP/GCE相比，GR-Ru/MIP/GCE修飾電極的電子傳質(zhì)阻力也明 顯減小，主要?dú)w因于石墨締-釘納米粒子良好的導(dǎo)電性和催化性能，EIS結(jié)果與上述修飾電 極對(duì)K3[Fe(CN)6]的電化學(xué)行為研究結(jié)果也是一致的。
[0073] 為了考察電極材料的有效表面積，本發(fā)明采用計(jì)時(shí)庫(kù)倫法測(cè)定0.5mM K3[Fe(CN)6] 的Q-t曲線，檢測(cè)條件為脈沖寬度0.25s，取樣間隔0.25ms，靜置時(shí)間2s，然后得到相應(yīng)的Q- ti/2標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，計(jì)算Q與*1八的斜率來(lái)獲得GR-Ru/GCE、GR-Ru/MIP/GCE、Si〇2-MIP/GCE、 GCE、Si〇2-NIP/GCE的電化學(xué)有效表面積，結(jié)果如圖8C和D所示。根據(jù)Anson公式：
[0074]
[007引其中n為轉(zhuǎn)移電子數(shù)化[Fe(CN)S]的轉(zhuǎn)移電子數(shù)為1)，A為工作電極的有效表面積， C表示基質(zhì)的濃度，D是擴(kuò)散系數(shù)化3[Fe(CN)6]的擴(kuò)散系數(shù)為7.6Xl(T6cmVi);Qdi代表雙層 電荷相對(duì)背景基質(zhì)可忽略不計(jì)，Qads表示法拉第常數(shù)。根據(jù)Q與ti/2的線性關(guān)系可得出GR-Ru/ GCE、GR-Ru/MIP/GCE、Si02-MIP/GCE、GCEW及Si02-NIP/GCE修飾電極的斜率分別為6.70X IO^、4.64 X 1〇4、1.02 X 10^、6.16 X 1(^6和4.80 X 1(^6,由此計(jì)算得到其對(duì)應(yīng)的有效表面積 分別為0.446cm2、0.309cm2、0.068cm2、0.041cm 2和0.022cm2。結(jié)果說(shuō)明，GR-Ru/GCE 的高比表 面積奠定了基質(zhì)材料的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)GR-Ru/MIP/GCE與Si〇2-MIP/GCE、裸GCE、Si〇2-NIP/GCE比 較發(fā)現(xiàn)，GR-Ru/MIP/GCE有效表面積明顯增大，運(yùn)主要?dú)w因于石墨締-釘納米粒子的高有效 表面積和印跡材料存在空穴位點(diǎn)從而增加了對(duì)DPA的總吸附量，更大的有效表面積可W導(dǎo) 致DPA峰電流的增大。
[0076] 實(shí)施例10本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器工作條件優(yōu)化
[0077] 通過(guò)初步實(shí)驗(yàn)探究，其GR-Ru的基底濃度確定為0.3mg/mL最優(yōu)，在此基礎(chǔ)上本發(fā)明 通過(guò)DPV分析方法考察了富集時(shí)間和測(cè)定液pH對(duì)GR-Ru/MIP/GCE修飾電極電流響應(yīng)的影響。 富集時(shí)間影響修飾電極吸附目標(biāo)分子，從而影響電流大小，當(dāng)工作電極吸附目標(biāo)分子達(dá)到 飽和狀態(tài)時(shí)，峰電流趨于平穩(wěn)狀態(tài)的時(shí)間就是最佳吸附時(shí)間。富集時(shí)間對(duì)電流大小的影響 結(jié)果如圖9A所示，GR-Ru/MIP/GCE修飾電極在巧lj4min，DPA的氧化峰電流逐漸增加。隨著富 集時(shí)間的增大，DPA在GR-Ru/MIP/GCE上的積累量也增力日，在4min時(shí)電流達(dá)到最大且穩(wěn)定，表 明GR-Ru/MIP/GCE傳感器具有較短的響應(yīng)時(shí)間，運(yùn)主要是因?yàn)镚R-Ru材料表面優(yōu)良電子傳遞 性能與分子印跡識(shí)別位點(diǎn)的作用?？紤]到靈敏度和工作效率，本實(shí)驗(yàn)選擇最佳吸附時(shí)間為 4min。為了使實(shí)驗(yàn)達(dá)到最優(yōu)的檢測(cè)條件，對(duì)溶液的抑也進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果如圖9B所示，電解 質(zhì)溶液pH從4.0-5.0時(shí)，峰電流隨著pH的增加而增大;在pH為5.0時(shí)，電流達(dá)到最大值；當(dāng)pH 大于5.0時(shí)，峰電流又開(kāi)始下降，所W本發(fā)明選擇pH 5.0為最佳的電解質(zhì)溶液pH。
[0078] 實(shí)施例11本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器選擇性、受干擾性檢測(cè)
[0079] 材料的選擇性是構(gòu)筑傳感器的一個(gè)重要因素，為此本發(fā)明也深入考察了GR-Ru/ 11口/6〔6、63-腳/化?/6〔6對(duì)10.0測(cè)0?4及其它幾種類似物的0?￥電流響應(yīng)，其中類似物分別 為2-糞酪(2-NP)、2，6-二氯苯酪(2，6-DCP)、4，4 ' -二氨基聯(lián)苯(4，4 ' -DAP)、糞胺(NA)、苯胺 (AN)。如圖10所示，GR-Ru/MIP/GCE對(duì)10.0 iiM DPA的電流響應(yīng)分別是2-糞酪、2，6-二氯苯酪、 4,4'-二氨基聯(lián)苯、糞胺、苯胺的2.20、2.76、2.52、6.58、6.45倍;63-郵/]\〇口/6〔6對(duì)10.0礎(chǔ) DPA的電流響應(yīng)與對(duì)照組GR-Ru/NIP/GCE有顯著性差異，而兩者對(duì)10.0 iiM 2-糞酪、2，6-二氯 苯酪、4,4'-二氨基聯(lián)苯、糞胺、苯胺的電流響應(yīng)大小沒(méi)有顯著性差異。表明，GR-Ru/MIP/GCE 傳感器對(duì)DPA具有較好的選擇性，運(yùn)歸因于GR-Ru/MIP材料形成了與DPA尺寸大小相同的印 跡空穴，從而可W對(duì)模板分子DPA產(chǎn)生特異性吸附。
[0080] 本發(fā)明還探究了金屬離子、非金屬離子和部分有機(jī)物對(duì)DPA檢測(cè)的干擾。檢測(cè)結(jié)果 如表4所示。金屬離子和某些陰離子對(duì)檢測(cè)的干擾較小，Al3\Ca2+、Cd2+、Co 2\Mg2+、S〇42-、Cr 濃度在ImM或者說(shuō)是二苯胺的100倍W內(nèi)基本無(wú)影響；2-硝基苯胺、3-硝基苯胺、4-氯苯酪、 4-硝基苯胺、1-糞酪濃度在10化M或者說(shuō)是二苯胺的10倍W內(nèi)也不會(huì)對(duì)DPA的檢測(cè)產(chǎn)生干 擾。
[0081 ] 表4潛在干擾物對(duì)DPA檢測(cè)的影響。 「mW
[0083] 備注:測(cè)試條件為PBS(0.1M，抑=5)，吸附時(shí)間：4min。
[0084] 實(shí)施例12本發(fā)明分子印跡電化學(xué)傳感器檢測(cè)范圍、檢測(cè)限、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性考察
[0085] 在實(shí)施例10得出的優(yōu)化檢測(cè)條件下，采用DPV法研究了GR-Ru/MIP/GCE電化學(xué)傳感 器對(duì)DPA檢測(cè)的線性范圍及檢測(cè)限。結(jié)果如圖IlA所示，隨著DPA濃度的增加，其峰電流也不 斷增加，峰電流大小與DPA濃度在0.05-70.0 iiM范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，線性方程為Ip(y 八）=0.1207"咖)+0.2457(1?2 = 0.9946)，最低檢測(cè)限為0.02咖（5/^ = 3)。而與0^11日(1〇等 (Granado V L,Gutierrez-Capitan M,Fernandez-Sanchez C,et al.Thin-film electrochemical sensor for diphenyIamine detection using molecularly imprinted polymers[J] .Analytica Qiimica Acta,2014,809:141-147.)制備的聚3,4-乙 締基二氧嚷吩分子印跡聚合物并電沉積在金電極表面構(gòu)筑的傳感器相比（二苯胺在4.95- 115咖呈線性，最低檢測(cè)線為3.9咖），本研究制備的GR-Ru/MIP/GCE傳感器對(duì)二苯胺檢測(cè)具 有更低的檢測(cè)限。如圖1IB所示，GR-Ru/NIP/GCE傳感器對(duì)DPA檢測(cè)（曲線b)的線性方程為：Ip (4八）=0.0415(：(山〇+0.2024(尺2 = 0.9936)。1^,1?"和1^,師口分別為6尺-咖/]\0口/6〔6和6尺-咖/ NIP/GCE傳感器的線性斜率，由線性方程可知其值分別為0.1207和0.0415。該Ksv,MIP和Ksv,NIP 的比值定義為印跡因素，被用于評(píng)估材料的特異性識(shí)別能力。該IF化SV,MIp/Ksv,NIP)值為 2.90，運(yùn)表明63-咖/^1?/6〔6具有大量與模板分子0?4相對(duì)應(yīng)的印跡位點(diǎn)，然而61?-咖/化口/ GCE則沒(méi)有與之相對(duì)應(yīng)的印跡空穴，故電流響應(yīng)明顯減弱。為了研究GR-Ru/MIP/GCE檢測(cè)的 重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，用同一根修飾電極通過(guò)連續(xù)8次測(cè)定GR-Ru/MIP/GCE傳感器對(duì)10.OiiM DPA 的電流響應(yīng)，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.9%。將GR-Ru/MIP/GCE電極保存在4°C冰箱中兩周之后， 仍然能達(dá)到初始信號(hào)的93.1%，結(jié)果證明該傳感器擁有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。
[0086] 實(shí)施例13環(huán)境水樣中DPA的檢測(cè)
[0087] 使用本發(fā)明GR-Ru/MIP/GCE傳感器對(duì)水樣中DPA進(jìn)行檢測(cè)。水樣分別取自位于浙江 省嘉興市嘉興學(xué)院校園內(nèi)的湖水和自來(lái)水，水樣首先用0.45WI1濾膜進(jìn)行預(yù)處理W除去水中 的固體雜質(zhì)。每個(gè)樣品平行測(cè)定5次，發(fā)現(xiàn)實(shí)際各個(gè)水樣中沒(méi)有DPA的電化學(xué)響應(yīng)，說(shuō)明所取 水樣中DPA濃度低于檢測(cè)下線。因此采用標(biāo)準(zhǔn)加入法來(lái)進(jìn)行DPA檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，并獲取回收率，結(jié) 果如表5所示，GR-Ru/MIP/GCE傳感器對(duì)DPA的回收率在93.0 % -107.8 %，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在 0.72%-4.1%。另外采用高效液相色譜法化PLC)對(duì)樣本進(jìn)行檢測(cè)作為比較，結(jié)果顯示兩種 檢測(cè)方法的結(jié)果具有很好的吻合性，能滿足實(shí)驗(yàn)要求。因此，可W說(shuō)明GR-Ru/MIP/GCE傳感 器可應(yīng)用于實(shí)際環(huán)境水樣的檢測(cè)，并且取得了較為滿意的效果。
[0088] 表5水樣中DPA檢測(cè)。
[0089]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種分子印跡電化學(xué)傳感器，包括工作電極，其特征在于，所述工作電極表面依次涂 覆有一層石墨烯/釕納米粒子和一層分子印跡聚合物。2. 如權(quán)利要求1所述的分子印跡電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述石墨烯/釕納米粒子 由氧化石墨烯和釕源在還原劑作用下反應(yīng)制得。3. 如權(quán)利要求2所述的分子印跡電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述氧化石墨烯與釕源的 質(zhì)量摩爾比為7~9mg:0.01mmol。4. 如權(quán)利要求2所述的分子印跡電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述釕源為三氯化釕、硫 酸釕和硝酸釕中的至少一種。5. 如權(quán)利要求2所述的分子印跡電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述的還原劑為硼氫化 鈉。6. 如權(quán)利要求1所述的分子印跡電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述分子印跡聚合物由功 能單體、交聯(lián)劑、模板分子聚合反應(yīng)后，再脫除模板分子后制得。7. 如權(quán)利要求6所述的分子印跡電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述功能單體為苯基三甲 氧基硅烷。8. 如權(quán)利要求6所述的分子印跡電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述交聯(lián)劑為正硅酸甲 酯。9. 如權(quán)利要求6所述的分子印跡電化學(xué)傳感器，其特征在于，所述模板分子為二苯胺。10. 如權(quán)利要求9所述的分子印跡電化學(xué)傳感器在檢測(cè)二苯胺中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】G01N27/30GK105954334SQ201610288601
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月4日
【發(fā)明人】曾延波, 李蕾, 唐歡, 路義霞, 嚴(yán)惠湘, 蔣淑莉
【申請(qǐng)人】嘉興學(xué)院