【摘 要】
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多巴胺(DA)是人体内重要的神经递质之一,其正常浓度应保持在0.01-10μM范围内,若DA分泌不足可能导致精神分裂症和帕金森症等重大疾病;尿酸(UA)是一种常见的生物小分子,人体内的正常水平为DA的10-100倍,其代谢异常是引发肾脏疾病和痛风的主要原因;双酚A(BPA)是一类重要的酚类有机污染物,其超标排放会造成严重的环境污染,对生命健康形成巨大威胁。因此,对DA、UA和BPA的高灵敏度、高选
【基金项目】
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陕西省自然科学基金(No.2017JQ2007 and 2014JM2041); 陕西省教育厅基金(No.16JK1446 and 2013JK0625); 西安建筑科技大学青年科学基金(No.RC1623)
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多巴胺(DA)是人体内重要的神经递质之一,其正常浓度应保持在0.01-10μM范围内,若DA分泌不足可能导致精神分裂症和帕金森症等重大疾病;尿酸(UA)是一种常见的生物小分子,人体内的正常水平为DA的10-100倍,其代谢异常是引发肾脏疾病和痛风的主要原因;双酚A(BPA)是一类重要的酚类有机污染物,其超标排放会造成严重的环境污染,对生命健康形成巨大威胁。因此,对DA、UA和BPA的高灵敏度、高选择性分析测定是当前医学、环境科学等相关领域的研究热点之一。在众多分析检测方法中,电化学分析方法由于其独特的优势,如灵敏度高、选择性好、设备简单、分析快速等,已被科研人员广泛采用,而高效电催化材料是构建电化学传感器,实现高灵敏度、高选择性电化学检测的关键。本论文制备了三种纳米材料,基于其构建了三种新型电化学传感器,分别应用于DA、UA和BPA的电催化性质研究,建立了三种电化学检测新方法,并将其应用于实际样品的常规分析检测。本论文共分五章,主要内容有:采用水热法制备了磷酸铒(Er PO4)纳米椭球体,利用扫描电子显微镜(SEM),X-射线能量色散谱(EDS)和X-射线衍射(XRD)对材料形貌、组成等进行了表征。基于在碳糊电极(CPE)上负载Er PO4纳米粒子,构建了用于检测DA和UA的新型电活性界面(Er PO4/CPE)。电化学行为研究结果显示,Er PO4纳米颗粒可作为增强电极/电解质界面处电子传输的导电载体,进一步探讨了电极表面的氧化还原反应机制。Er PO4/CPE对DA和UA显示出良好的电氧化活性,其检出限(LOD)分别达到0.02μM和0.004μM,且在0.07-78μM和0.01-66μM的浓度范围内满足线性关系。此外,Er PO4/CPE在同时测定DA和UA时表现出优异的选择性,该方法已被成功应用于实际样品中DA和UA的分析检测。采用水热合成法,在无模板条件下成功合成了一种新型铒掺杂钨酸镉纳米材料(Er-Cd WO4)。通过XRD,SEM,EDS等表征手段研究了不同比例铒掺杂样品的组成、结构和形貌,并进一步制备出Er-Cd WO4/CPE。电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)研究结果显示,0.5 wt%Er-Cd WO4/CPE对BPA具有优异的电催化性能,其催化能力较裸CPE高12倍。通过不同p H和扫速研究该反应的动力性质,结果表明此电化学过程主要由扩散控制,是双电子双质子转移反应。利用微分脉冲伏安法(DPV)进行分析研究,获得了较低检出限0.003μM(S/N=3),线性范围为0.01-6μM。与此同时,实验还详细评估了该传感器的抗干扰能力、稳定性以及重现性,效果理想,有望被用于BPA的常规分析检测。采用有机金属框架(MOF)衍生法在沸石咪唑骨架(ZIF-8)表面原位生长ZnAlCe水滑石(LDH),成功制备出新型核-壳结构纳米复合材料(ZnAlCe LDH@ZIF-8),并基于此构建了新型BPA电化学传感器。利用XRD、SEM、EDX mapping等方法对复合材料进行表征。通过EIS和CV,研究了铁氰化钾中ZnAlCe LDH@ZIF-8的电子转移能力和电催化能力。电极反应动力学证实了该反应属于典型的扩散控制过程。实验使用BPA作为分子探针,利用安培响应(i-t)探讨了ZnAlCe LDH@ZIF-8对BPA的电催化性能。结果表明ZnAlCe LDH@ZIF-8/CPE的峰值电流和BPA浓度之间具有理想的线性关系,其检出限为0.03μM(S/N=3)。同时,对该电化学传感器进行了抗干扰性测试和实际样品测定,效果理想。
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