基于植酸材料的化学传感器的研制

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我们所接触到的传感器常用于对多种生命和化学物质的分析和检测。最初的传感器侧重于酶电极的研究,但由于酶在存储期间活性会有部分损失,导致以酶作为敏感材料的传感器在使用方面受到一定的限制。近年来传感器的研究方向偏向于对新技术和新材料的使用,其中采用纳米材料构建的传感器是近年来的研究热点。   纳米材料泛指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(1~100nm)的材料,它是由尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料,具有比表面积大,光、电、磁热性能好,力学性能(如强度和表面吸附性等)强等特点。当纳米技术引入传感器领域后,能很好地提高传感器的灵敏度等各项检测性能,增强酶在载体表面的固定化作用,提高了酶的吸附量和稳定性,促进了新型化学传感器的研制。   植酸作为一种环境友好型试剂,每个分子均含有6个非共平面的磷酸键,易与金属纳米材料或金属氧化物纳米材料发生强络合反应。这些新型功能材料作为良好的电子传递媒介在化学传感器领域中获得了广泛的应用,吸引了越来越多的研究人员的关注,并对其结构、性能和进一步的应用进行了深入、细致的探索。   本论文的研究工作主要是将常用的滴涂技术与植酸纳米材料及衍生物相结合,并且运用到电化学传感器中。具体研究方向有以下三部分:   (1)植酸钠修饰玻碳电极测定铅(II)   本章采用涂覆法制备了植酸钠修饰电极,采用电化学方法研究了Pb2+在修饰玻碳电极上的电化学行为,对测定条件进行了优化。与裸玻碳电极相比较,Pb2+在修饰电极上的峰电流信号强度明显提高,该方法检出限低、分析速度快。在最佳实验条件下,Pb2+在1.2×10-6~1.2×10-5mol/L的浓度范围内与其峰电流信号呈良好的线性关系,检出限为8.0×10-7mol/L(信噪比S/N=3)。   (2)辣根过氧化物酶在植酸镍纳米膜上的直接电化学研究   利用植酸盐中磷酸键与金属离子的强络合能力,通过直接沉淀法合成了植酸镍纳米材料,将其和辣根过氧化物酶(HRP)通过滴涂法成功固定到玻碳电极表面。紫外-可见吸收光谱结合电化学研究结果表明,植酸镍纳米粒子具有良好的生物亲和性,吸附在其上的HRP保持了良好的生物活性,实现了与电极间的直接电子转移。而且,进一步研究证明该传感器对H2O2具有良好的电催化还原作用,对H2O2检测的电流响应范围是1×10-7~1×10-6mol L-1,检测限为8.0×10-8mol L-1(S/N=3),计算得到米氏常数(KappM)为0.120mmolL-1。该方法制备的传感器稳定性和重现性表现均良好。   (3) Ni-Sr纳米合金材料修饰电极对Vc催化的电化学研究   利用化学还原方法,按一定比例合成镍、锶双金属纳米材料,修饰到玻碳电极表面,构建成一种简单的检测维生素C含量的化学传感器。FESEM图准确描绘出该双金属材料的外貌特征,电化学实验数据表明该传感器对Vc具有优良的电催化作用,其对Vc的有效浓度检测范围在4×10-6~4×10-3mol/L之间,检出限为2×10-6mol/L(信噪比S/N=3),并且抗干扰能力强,电极的稳定性和重复性也较好。
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