酚类及醌类污染物快速检测的电化学传感器研究

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四氯对苯醌(Tetrachlorohydroquinone, TCBQ)被广泛地用作处理种子和植物的杀真菌剂、药物中间体和有机合成过程中的氧化剂或脱水剂,有致癌性。双酚A(Bisphenol A, BPA)作为应用最广泛地化工产品之一,具有弱雌激素特性,并对人和动物的健康和繁殖产生不良影响。对苯二酚(Hydroquinone, HQ)具有高毒性和低分解性。因此,研究这些污染物与DNA之间的相互作用及建立快速简便的方法对其进行监测就显得十分必要。本文建立了快速检测四氯对苯醌或双酚A对双链DNA(ds-DNA)的损伤作用以及快速测定对苯二酚的电化学方法,主要研究内容如下:1.将带正电荷的聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)和带负电的小牛胸腺ds-DNA层层自组装在玻碳电极表面,制成了基于PDDA/DNA/GCE修饰电极的传感器。分别利用原子力显微镜和电化学阻抗法对电极上固定的DNA进行了表征,结果表明DNA成功固定在电极表面。采用具有良好电化学和光学特性的金属配合物Ru(bpy)+2(dppz)2(简称为Ru-dppz)作为DNA探针分子,三丙胺(Tripropylamine,TPA)作为共反应放大剂。由于DNA受损伤的程度越高,嵌入到DNA双螺旋中的Ru-dppz的量就会越少,电化学发光信号就会越小,在此基础上建立了检测DNA损伤的电致化学发光方法(Electrogeneratedchemilumiescence, ECL)。研究TCBQ及TCBQ/H2O2与DNA之间的相互作用以及TCBQ诱导的DNA损伤。从实验结果发现,未受受损的DNA具有完整的双螺旋结构,可以产生一个非常强的电化学发光信号;但是PDDA/DNA修饰膜在含有100μmol/L TCBQ或100μmol/L TCBQ/2mmol/L H2O2的磷酸盐缓冲溶液(pH7.3)中孵育一段时间后,电化学光信号明显降低。虽然在TCBQ/H2O2体系能够产生羟基自由基(HO),但是在体系中不存在H2O2时,TCBQ独自能够诱导更严重的DNA损伤。此外,在相同的溶液体系中用分子荧光光谱法研究DNA的损伤的实验结果进一步证实了上述结论。2.为了模拟BPA进入体内后的代谢过程,我们在制备电极过程中引入辣根过氧化物酶(HRP),利用分子间的静电吸附作用制备了DNA/HRP/DNA/PDDA膜修饰的玻碳电极。用原子力显微镜和电化学阻抗法表征了DNA和HRP在电极表面的层层自组装膜。从电化学发光及分子荧光光谱实验可以得到以下结论:BPA与DNA存在嵌插作用,造成分子嵌入剂Ru-dppz结合到双链DNA上的位点减少,进而造成电化学光信号和荧光强度降低。尤其是体系中存在H2O2时,HRP能催化氧化BPA生成BPAQ,进一步诱导DNA损伤。3.采用一步电化学共还原的方法将纳米金(AuNPs)、Nafion、电化学还原石墨烯(ERGO)修饰到玻碳电极(GCE)表面,制成修饰电极AuNPs/Nafion/ERGO/GCE。采用扫描电镜对其进行了表征,用循环伏安法和微分脉冲伏安法分别研究了对苯二酚在该修饰电极上的电催化行为,优化了实验参数,建立了基于该修饰电极的对苯二酚快速检测方法,对苯二酚氧化峰电流与其浓度在2.0μmol/L~800μmol/L范围内呈良好的线性关系,检测限为0.3μmol/L。用该修饰电极成功地进行了实际水样中对苯二酚含量的测定。
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