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化学修饰电极是70年代中期发展起来的一门新兴的、也是目前最活跃的电化学和电分析化学的前沿领域。目前已应用于生命科学、环境科学、分析科学、材料科学等许多方面。修饰在电极表面的媒介体可加速氧化还原中心在电极表面的电子传递过程,以实现电催化反应,化学修饰电极的电催化作用是化学修饰电极发展的重要推动力,它广泛应用于各种难以实现的电子传递过程,例如:生物分子的电催化、有机物的电催化、无机离子的电催化等。
多核过渡金属铁氰化物修饰电极的研究在电催化、电色显示器件、能量存储、离子识别等方面具有重要的意义。普鲁士蓝(PB)及其类似物因其化学性质稳定,容易制备,并具有电色效应、价格低廉等特点,广泛应用于光电转换、分子识别、离子选择性电极、防锈蚀、生物传感和光解水等方面。本文首先利用恒电位沉积法和碳糊法制备了普鲁士蓝化学修饰电极,为了有效地减小电极表面PB的流失,我们又在电极表面滴涂一层溶胶—凝胶膜,制成溶胶—凝胶普鲁士蓝膜修饰玻碳电极并分别研究了这两类修饰电极的电化学性质。巯基化合物在金电极表面的自组装单分子层膜(SAMs)由于具有易制备、稳定性好、均匀一致、高密堆积、低缺陷以及能预先设计等特点,因此随着对SAMs不断地深入研究,人们已成功地通过各种方式在电极表面进行分子设计以期获得预期的、优异的界面性质。近二十年来,SAMs迅速成为相关学科的研究热点。
本论文对溶胶—凝胶的制备方法、影响因素、应用;溶胶—凝胶普鲁士蓝膜修饰电极和L-半胱氨酸自组装双层膜修饰电极的电化学性质及其在分析方面的应用进行了研究,主要内容如下:
1.基于溶胶-凝胶普鲁士蓝膜修饰电极电催化氧化测定水果中的抗坏血酸制备了一种溶胶—凝胶普鲁士蓝膜修饰玻碳电极,研究了抗坏血酸(AA)在该电极上的电催化氧化作用,建立了一种测定AA的新方法。在磷酸缓冲溶液(pH=5.0)中,在2.5×10-5~3.2×10-3mol/L范围内,抗坏血酸的浓度与氧化峰电流呈良好的线性关系,相关系数为0.9995,检测限达7.0×10-6mol/L。该修饰电极具有制备简单、灵敏度高、响应速度快、稳定性和重现性好等特点。该法已用于水果中抗坏血酸的测定,结果满意。
2.普鲁士蓝溶胶—凝胶膜修饰玻碳电极对过氧化氢的电催化还原研究在恒电位沉积法制备PB溶胶—凝胶膜修饰玻碳电极的基础上,研究了其对过氧化氢(H2O2)的电催化还原特性,讨论了其催化机理,结果表明,在pH5.0的0.05mol/L磷酸盐缓冲液+0.1mol/LKCl(pH=5.0)中,修饰电极对过氧化氢显示出快速的电化学响应,具有较高的稳定性,重现性以及催化活性。与过氧化氢在9.0×10-5~5.1×10-3mol/L范围内浓度与电流呈线性关系,线性相关系数为0.9998,检测限为8.0×10-6mol/L。该电极制备简单,稳定性重现性好,有望在氧化酶生物传感器的开发中获得进一步的应用。
3.掺杂PB粉末的固体石蜡碳糊电极的电化学性质及对尿酸的电催化作用将自制普鲁士蓝粉末与固体石蜡碳糊混合制成了普鲁士蓝化学修饰电极,考察了该修饰电极的伏安特性以及稳定性,研究了该修饰电极对尿酸的电催化氧化特性。并用该电极对尿酸进行了测定,线性范围:5.0×10-6~3.0×10-3mol/L,该传感器灵敏度高,线性范围宽,重现性、稳定性好。在选定的条件下,尿酸和抗坏血酸的峰电位分别为0.464V和0.255V,两峰电位差达210mV,可以有效地避免抗坏血酸对尿酸测定的干扰。用于实际样品的分析,结果满意。
4.L-半胱氨酸自组装膜修饰金电极对尿酸的电催化作用及其分析应用金电极表面对L-半胱氨酸(L-Cys)有特性吸附,而L-Cys分子在等电点pH附近因静电引力和氢键作用形成分子对,从而在电极表面自组装形成L-Cys双层膜。L-Cys修饰金电极对尿酸(UA)具有良好的电催化作用。用示差脉冲伏安法对UA进行了测定,氧化电流与UA的浓度在2.0×10-5~1.0×10-3mol/L范围内呈良好的线性关系,线性相关系数为0.9979,检测限为1.0×10-6mol/L。该电极制作简单,重现性良好,可用于UA的测定。