基于碳纳米管修饰电极的电化学传感技术在环境分析中的应用研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenmojay
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
利用混酸纯化处理后的碳纳米管(CNTs)修饰玻碳电极(GCE),并在CNTs/GCE基础上构建了DNA修饰电极,和用层层组装技术(LBL)制备磁性Fe3O4-CNTs纳米复合物。对所制备的修饰电极用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、傅利叶红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱分析(UV-Vis)、电化学分析等各种方法进行表面形貌、结构以及电化学性能表征研究。并利用CNTs良好的电子传输性能、高催化活性和大比表面等特性将这些CNTs及其复合物修饰电极成功地用于环境有机物的分析检测,为环境分析提供了灵敏、快速、低成本的检测方法。主要研究结果如下:(1)TEM结果表明纯化后的CNTs直径为20nm左右,且此纳米管为多壁结构。CNTs的存在大大增强了GC电极的电容,[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-在CNTs/GCE表面的电子传递速率是裸GCE的54.5倍,CNTs极大地促进了电子传递速率。CNTs/GCE在空白缓冲溶液中的电化学反应为表面控制过程。CNTs/GCE比裸金电极、裸铂电极和玻碳电极的电位窗口更宽,且中性条件下的电位窗口比酸性和碱性条件下的更宽。(2)CNTs/GCE对色氨酸(L-Trp)的氧化反应表现出显著的电催化活性。L-Trp的氧化过程受扩散步骤控制,氧化峰与pH的关系表明有质子参与反应,且参与反应的质子数和电子数相等;温度在16~35℃范围内,色氨酸在CNTs/GCE上的响应电流与温度成线性关系,温度系数为0.695μA/℃。氧化峰电流与Trp浓度在1.0×10-6~1.0×10-4mol/L范围内呈良好线性关系。通过改变电解质的酸度,实现了在酪氨酸(Tyr)存在下色氨酸(Trp)的选择性检测。并对复方氨基酸注射液中的色氨酸进行了检测,所测结果与标示值很接近。回收实验说明了此方法的准确性。(3)相对于GCE,草酸在CNTs/GCE上有更好的电流响应。分散剂和CNTs的量对草酸的响应有一定的影响。电位与pH的关系曲线的拐点在4.5附近,这和草酸的pKa(4.2)较接近。草酸在CNTs/GCE上的电极过程为扩散控制的不可逆过程。根据峰电位和扫描速率之间的关系可知在此氧化过程中有2个电子和2个质子参与。通过计时电量法测得草酸在电极表面的覆盖率为7.17×10-9mol/cm,在溶液中的扩散系数为1.16×10-4cm/s。氧化峰电流和草酸的浓度在5.0×10-5~1.5×10-2mol/L范围内呈良好的线性关系。将此方法用于检测菠菜中的草酸,测得草酸浓度为3.24±0.19mg/g。而用高锰酸钾滴定法得到的结果为3.45±0.22mg/g,两种方法得出的结果很接近。(4)CNTs/GCE对2,4-DNP、对氯酚和对甲酚的电化学行为均有增敏效果。富集2min时吸附基本达到饱和。在pH3.6~9.5范围内,这三种酚的氧化电位与pH呈线性关系。三种酚在修饰电极上的氧化过程均为吸附控制过程。在一定浓度范围内,3种酚的氧化峰电流与其浓度呈线性关系。另外又研究了苯骈三氮唑(BTA)及甲基苯骈三氮唑(TTA)在修饰电极上的还原行为。电子探针实验可估算出CNT/GCE和GCE的电活性面积分别为0.0235cm2和0.0113cm2。相对于GC电极,BTA在CNTs/GCE上的还原电位正移,电流为GC电极上的15.5倍。其中CNTs对BTA的吸附起了很大的作用。CNTs的量为3μL和吸附2min时,BTA的电流基本稳定。pH的影响最显著,酸性条件下的电流响应明显比中性和碱性条件下的大,这可能归因于BTA质子化的程度不同。BTA的还原过程受扩散控制。BTA在电极表面的覆盖率为2.05×10-8mol/cm,扩散系数为2.67×10-2 cm/s。还原电流与其浓度在3.0×10-6~1.6×10-4mol/L范围内呈线性关系。甲基衍生物TTA与BTA的电化学性质相似,反应机理是一致的。TTA的还原电流与浓度在5.0×10-6~7.5×10-5mol/L范围内呈线性关系。不同pH条件下的紫外吸收光谱差别较大,酸性和中性条件下出现2个吸收峰,而碱性条件下只有一个较强的吸收峰,可能原因是酸性和中性条件下质子化BTA导致新的吸收峰出现,而碱性条件下不能质子化因此只有一个吸收峰。(5)通过静电吸附和物理吸附将DNA固定于CNTs/GCE上,得到DNA生物传感器。研究了此传感器制备过程中的各种条件对DNA直接电化学行为的影响;制备传感器的最佳条件为:CNTs的量为20μL,DNA溶液的浓度为0.3mg/mL,缓冲溶液采用0.25mol/L醋酸-醋酸钠(pH4.8),吸附电位选择0.3V,电吸附时间为5min,其中CNTs的量影响显著。研究了苯酚、间甲酚和邻苯二酚与DNA的作用,结果表明其对DNA有损伤作用,且存在剂量效应关系,一定浓度范围内,DNA的峰电流与酚的浓度呈线性下降关系。R%D50值分析结果表明这三种酚污染物中间甲酚最容易损伤DNA。(6)采用层层组装(LBL)和原位化学沉积法制备了负载Fe3O4磁性粒子的CNTs(Fe3O4-CNTs),TEM结果表明Fe3O4粒径为6nm~11nm之间,且LBL法制备的复合物上Fe3O4沿着CNTs致密地分布,结合力比原位沉积法得到的复合物强得多。Fe3O4-CNTs和Fe3O4修饰玻碳电极的电容分别为1.69mF/cm2和1.29mF/cm2。以在复合物上吸附性能较好的对氯酚和对甲酚为模型物,将磁性复合物用于对溶液中的两种酚进行固相萃取和电化学检测,由于CNTs的存在增强了Fe3O4对酚的吸附和电催化氧化,因此Fe3O4-CNTs复合物的吸附检测效果比Fe3O4的检测效果好。通过伏安法研究了吸附剂的量、CTAB的量、pH和时间对吸附效果的影响。对氯酚的氧化电流与其浓度在5.0×10-6~1.1×10-4mol/L范围内呈线性关系,对甲酚的氧化电流与其浓度在5.0×10-6~7.5×10-5mol/L范围内呈线性关系。
其他文献
伴随着经济的发展,汽车行业也已经从新兴产业逐步走向成熟,产能日趋饱和。以至每个整车厂都从汽车性能、舒适度、节能减排以及外观等各方面进行改进,全面满足不同的市场需求
研究背景和目的本课题第一部分通过调查门诊抑郁症患者的药物品牌偏好响应度及其对用药依从性和疗效的影响,引导抑郁症患者合理使用有限的医疗资源,实现安全、有效、经济的合
本文从铁路跨越式发展的要求出发,分析了铁路电务部门劳动组织的现状,提出了对其改革的设想及应做好的配套工作.
数学这一学科是小学阶段必修的一门基础学科,几何知识作为小学数学中的教学内容之一,越来越受到人们的重视。要想引导学生学好几何知识,打下良好的几何学习基础,小学数学教师
本文采用旅游资源学、文化遗产学的研究方法,对山西国家级非物质文化遗产的旅游开发进行了初步分析,为山西国家级非物质文化遗产的旅游开发提出了思路和途径。
概述了玄武岩纤维在产业用纺织品中的应用和发展现状。分析了玄武岩纤维的特点、发展进程和生产难点,介绍了玄武岩纤维在产业用纺织品中的应用范围和进展。指出:玄武岩纤维在
能源是国民经济与社会发展的基础资源和战略资源,节约能源是保障国民经济和社会发展的必然选择。作为一项系统工程,节能降耗需要全社会共同行动,多管齐下,才能达到预期效果。
报纸
<正>火热的七月,我有幸成为厦门市学科带头人的培养对象,怀着一颗火热的心来到南京师范大学参加培训。这几天,聆听了几位专家的讲座,让我有很深的触动,尤其是刘永和老师在讲
材料的微观组织严重影响着其自身的宏观性能,研究表明当材料的晶粒度达到超细晶范围(100~1000 nm)时,材料将表现出独特的物理、化学和力学性能,材料的强度大幅提高。在众多晶
内源性抗微生物肽是生物体内先天性免疫的重要组成成分,防御素(defensins)是广泛分布于动物和植物界的一类富含半胱氨酸的阳离子内源性抗微生物肽,是内源性抗微生物肽中的一个