石墨相氮化碳电致化学发光-分子印迹传感器的制备及其应用

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电致化学发光(ECL)方法有设备简单、灵敏度高、不需要光源、背景信号低等优点,在分析检测方面得到广泛的应用。但ECL对于有机小分子,尤其是结构相似的物质,选择性不够好。分子印迹聚合膜(MIP)技术是一种以待测物分子作为模板分子,通过聚合反应合成具有分子识别位点的聚合物膜技术。将MIP技术引入ECL传感器,即在ECL传感器表面修饰一层MIP膜,利用MIP膜的特异性识别能力可实现对目标分子的高灵敏、高选择性检测。本文以石墨相氮化碳纳米片(g-C3N4 NSs)作为发光物质,利用其良好ECL特性和成膜性质将其固定在玻碳电极上,然后通过电聚合方法,在修饰电极表面引入MIP膜,构建了MIP-ECL传感器,实现了对有机小分子对苯二酚(HQE)和有机药物多巴胺(DA)的高灵敏度、高选择性检测。全文研究内容如下:1.基于g-C3N4 NSs阴极ECL的MIP-ECL传感器的构建及对苯二酚的高灵敏度、高选择性检测:研究发现g-C3N4 NSs在K2S2O8作共反应剂的条件下,具有很强的阴极ECL信号,而HQE对这个ECL信号有很强的抑制作用,利用这个特点,结合MIP技术,实现了对HQE的高灵敏,高选择性检测。首先合成了g-C3N4 NSs,并将其成功固定在玻碳电极上,得到C3N4/GCE修饰电极;然后以HQE作为模板分子,邻苯二胺作为功能化单体,在pH=7.4的0.1 mol·L-1磷酸缓冲溶液(PBS)中进行循环伏安扫描,通过电化学聚合在C3N4/GCE表面引入MIP膜,洗脱除去模板分子HQE后得到MIP-ECL传感器,利用该传感器对HQE的特异识别能力和HQE对传感器ECL信号的抑制作用实现了HQE的高灵敏,高选择性检测。在优化的条件下,HQE在5.0×10-91.0×10-5 nmol·L-1范围内对MIP-ECL传感器具有良好的线性响应,检出限可达到0.2 nmol·L-1。将该传感器用于河水样品中HQE的检测,结果满意。本文制备的传感器不仅具有很好的灵敏度和选择性,而且稳定性良好,连续多次扫描,信号基本稳定。为了进一步证明传感器的特异识别能力,我们用同样的方法制备了非分子印迹膜(NIP)传感器NIP-ECL,结果证明只有MIP-ECL对HQE具有很好的识别能力,而NIP-ECL则没有特异识别能力。最后结合多种手段,探讨了HQE对g-C3N4 NSs ECL的抑制机理。2.基于g-C3N4 NSs阳极ECL的MIP-ECL传感器的构建及对多巴胺(DA)的高灵敏度、高选择性检测:进一步研究发现,g-C3N4 NSs在三乙胺(Et3N)作共反应剂时,不仅有阴极ECL信号,而且在阳极也可以产生很强的ECL信号,而且有趣的是DA对这个阳极ECL信号有很强的抑制作用,利用这个对阳极信号的抑制作用,结合MIP技术,实现了对DA的高灵敏,高选择性检测。传感器的制备方法和上边类似,为了进一步提高灵敏度和稳定性,我们在g-C3N4 NSs中掺杂了一定量的多壁碳纳米管(MWCNTs)。按照同样的方法,先将掺杂有MWCNTs的g-C3N4 NSs固定在玻碳电极上,然后以DA作为模板分子,邻苯二胺作为功能化单体,通过电化学聚合的方法在电极表面引入MIP膜,洗脱模板分子后得到对DA具有特异识别能力的MIP-ECL传感器。以Et3N作为共反应剂,利用DA对该MIP-ECL传感器阳极ECL信号的抑制作用实现了对DA的高灵敏和高选择性检测。在优化的条件下,DA在4.0×10-103.0×10-77 mol·L-1范围内对MIP-ECL传感器具有良好的线性响应,检出限为0.19 nmol·L-1。将方法应用于人体血样中DA的检测,获得满意结果。3.基于g-C3N4 NSs在不同电位下产生ECL的双电位比率MIP-ECL传感器的构建及其对多巴胺的准确检测:双电位比率ECL法是利用发光物质在不同电位下发光信号的比值与待测物质含量之间的关系来进行定量分析的一种方法,相比于传统的单信号检测技术,比率检测技术能够矫正因电极、仪器和环境变化带来的影响,从而提高检测结果的准确度。Et3N存在下,g-C3N4 NSs在阳极(+1.48 V)和阴极(-1.2 V)都产生ECL信号,而DA对其阳极信号具有淬灭作用,对阴极信号没有太大影响,利用这个特点,我们以阴极信号作为参比,通过测量两个不同电位下ECL信号的比值,建立了一个双电位比率ECL检测DA的方法,进一步改善了方法的重现性,提高了检测结果的准确度。
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