石墨烯及其复合材料修饰丝网印刷电极的制作与应用

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近年来,电化学传感器作为电化学工作者研究的主要对象,在电化学分析方法中应用广泛。利用丝网印刷技术制备的电化学传感器具有携带方便、制作成本低、检测灵敏度高等优点并可实现现场即时检测,有很大的研究价值和应用前景。本文制备了石墨烯等修饰的丝网印刷工作电极和平面固体参比电极,并用于植物油的氧化稳定性评价及三种苯二酚异构体的同时检测,取得了令人满意的结果。主要研究内容及结果如下:1.制备了以还原氧化石墨烯(rGO)、1-丁基-3-甲基六氟磷酸盐咪唑啉嗡(BMIMPF6)离子液体和类石墨相氮化碳(g-C3N4)等为修饰材料的修饰丝网印刷电极(MSPE)。研究了电极修饰材料的配比及用量对其电化学性能的影响,结果表明,当碳浆∶氧化石墨烯(GO)∶BMIMPF6=50∶1∶2(质量比),g-C3N4滴加量为2μL时,MSPE的电化学性能较好。优化了植物油阻抗测量条件,研究了植物油样品在修饰电极上的交流阻抗行为。结果表明,所制备的MSPE可以快速准确地测量实际植物油样品氧化过程中的阻抗值及其变化,并建立了一种简便、灵敏和准确地测量植物油氧化诱导时间的电化学分析方法以此评价了橄榄油、杏仁油、小麦胚芽油和红花籽油等四种植物油的氧化稳定性,其氧化稳定性顺序为橄榄油﹥杏仁油﹥小麦胚芽油﹥红花籽油。此方法与国标法检测结果之间不存在系统性误差。2.通过丝网印刷技术制备了平面固体参比电极。优化了KCl琼脂溶液的修饰浓度、AuNPs/rGO复合材料和聚氯乙烯(PVC)膜溶液的修饰量;研究了不同修饰材料、常见无机盐、溶液酸碱度和可见光等因素对参比电极电位稳定性的影响。结果表明,当滴加KCl琼脂溶液浓度为1.0 mol/L,AuNPs/rGO修饰量为3μL,PVC膜溶液修饰量为8μL时参比电极电位较为稳定,电位稳定所需时间约为0.05 h,常见无机盐及溶液酸碱度(pH=3.09.0)对参比电极电位的影响分别小于2.000 mV/dec和0.104 mV/pH。制备的平面固体参比电极储存三个月后其电极电位变化保持在2.0 mV以内。3.制备了氮化碳/石墨烯修饰丝网印刷电极(g-C3N4/rGO/SPE)。扫描电子显微镜(SEM)结果显示,g-C3N4/rGO复合材料呈层状结构。优化了g-C3N4/rGO复合材料修饰量、循环伏安扫描速率和缓冲溶液酸碱度等条件,并以此探究了对苯二酚(HQ)、邻苯二酚(CC)和间苯二酚(RC)在g-C3N4/rGO/SPE上的电化学反应过程,分析了HQ、CC和RC在g-C3N4/rGO/SPE上的反应机理;研究了电极的重现性和抗干扰能力。循环伏安图的结果表明,此g-C3N4/rGO/SPE对HQ、CC和RC的氧化均具有良好的催化作用,它们的氧化峰电位分别为0.18 V、0.29 V和0.65 V。采用差分脉冲伏安法可以灵敏准确地同时检测HQ、CC和RC。HQ、CC和RC分别在0.1μM300μM、0.5μM300μM、1μM200μM浓度范围内具有良好的线性关系,检出限(S/N=3)分别为0.03μM、0.07μM和0.1μM。并且g-C3N4/rGO/SPE具有良好的重现性和抗干扰能力,检测实际样品中HQ、CC和RC的含量,其加标回收率在97.2%103.8%之间。
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