四溴双酚A的电化学增敏机制与传感新方法研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangyuan1984
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四溴双酚A (TBBPA)是一种使用非常广泛的溴代阻燃剂,具有内分泌干扰性、免疫毒性、神经毒性和发育毒性。它被认为是一种潜在的持久性有机污染物,不仅在环境介质中普遍存在,而且在动物体、甚至人体中均被检出。目前关于TBBPA的电化学检测研究虽有报道,但几乎都采用间接的方法,通过检测其它物质的信号变化来实现。因此,开展灵敏、简便、快速、准确的TBBPA直接电化学检测新机制和新方法研究意义重大。目的:本论文拟借助纳米增敏和表面活性剂增敏,构建几种高灵敏的TBBPA直接电化学传感体系,并研究其增敏机制,考察其实际应用情况。方法:本文通过滴涂法、电化学沉积法等制备得到不同种类的敏感膜修饰电极,通过扫描电子显微镜,原子力显微镜表征了它们的表面形貌。采用循环伏安法,差分脉冲伏安法等方法考察了不同修饰电极对TBBPA的电化学响应情况。采用电化学阻抗法,计时库仑法等研究了不同的敏感膜对TBBPA信号增敏机理。优化了测定参数,确定了最优的测定条件。结果:主要包括以下六个部分:(1)用循环伏安法研究了TBBPA在不同pH值缓冲溶液中,在玻碳电极表面的电化学行为,探讨了pH值的影响规律,实验表明在pH=4.6时TBBPA的不可逆氧化信号最强。在此基础上,研究了TBBPA的氧化反应机理,其电化学氧化过程涉及一个电子和一个质子参与。用微分脉冲伏安法研究了低浓度TBBPA在玻碳电极表面的响应行为,结果表明TBBPA在裸玻碳表面的氧化活性很低,不能胜任痕量检测。(2)将不溶的乙炔黑颗粒超声分散在三种不同的体系中,如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、壳聚糖(CS)醋酸溶液以及双十六烷基磷酸(DHP)/水体系;通过挥发溶剂法得到不同乙炔黑敏感膜。扫描电镜、原子力显微镜、粒度分析和电化学探针实验表明分散介质对乙炔黑的分散能力、薄膜的形貌和电化学反应活性均有显著的影响。研究了TBBPA的电化学行为,在所制备的不同乙炔黑薄膜表面,TBBPA的氧化信号得到不同程度的增强;并进一步探讨了不同分散体系制备的乙炔黑薄膜对TBBPA氧化信号的增强机制,建立了一种TBBPA的直接电化学检测新方法,线性范围为10~350μgL-1,检出限为6.08μg L-1 (11 nM)。将其用于水样分析,加标回收率在99.3%~104.5%之间。(3)研究了TBBPA在阳离子、阴离子以及中性表面活性剂存在下的电化学行为,发现TBBPA的氧化信号在阴离子表面活性存在时明显降低,在中性表面活性剂存在下略有增加,而在阳离子表面活性剂存在时显著增强。进一步考察阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的浓度对TBBPA的氧化信号的影响规律,探讨了其增敏机制,发现在CTAB存在时,TBBPA在碳糊电极表面的富集效率和电子转移能力得到显著提升。基于此,建立了一种直接电化学测定TBBPA的新方法,线性范围为2.5~800 nM,检出限为0.99nM:将此方法用于水样分析,结果准确,加标回收率在94.59%~102.75%之间。(4)分别以含一条、两条和三条十八烷基链的疏水性阳离子表面活性剂在玻碳电极表面构建出三种TBBPA敏感膜,研究了TBBPA在不同表面活性剂薄膜表面的电化学行为,发现TBBPA的电子交换速率和富集效率均得到不同程度的提升;表面活性剂所含疏水链的数目影响敏感膜对TBBPA的信号增强能力,其中以双十八烷基二甲基溴化铵的增敏效应最为显著。优化了测定条件,构建了一种TBBPA的电化学检测平台,线性范围为1.0~500μgL-1,检出限为0.57 μg L-1 (1.05 nM)。将其用于电子垃圾样品分析,测定结果与高效液相一致。(5)通过溶剂剥离制备出高品质石墨烯纳米片(GS),借助挥发溶剂法得到GS修饰玻碳电极,然后在其表面继续修饰双十八烷基二甲基溴化铵(DODMA),构建了一种GS-DODMA复合薄膜传感平台。在单纯的GS及DODMA表面,TBBPA的氧化信号得到明显的提升,而在GS-DODMA复合膜表面,TBBPA的氧化信号进一步得到显著的增强。研究了GS和DODMA的协同增敏机制,结果表明富集效率的显著提高是主要原因。基于GS-DODMA复合膜的协同信号增强,建立了一种高灵敏的TBBPA电化学检测新方法,线性范围为0.1~400μgL-1,检出限为41.8 ng L-1(76.8 pM)。将其用于水样检测,加标回收率在97.5%~105.9%之间。(6)分别在-0.60,-0.50,-0.40,-0.30和-0.20 V下,通过恒电位还原在玻碳电极表面原位沉积金纳米颗粒(AuNPs)。原子力显微镜表征及电化学阻抗研究表明还原电位不仅影响AuNPs的表面形貌,而且还能有效地调控AuNPs的有效响应面积和电子转移速率等电化学活性。研究了TBBPA的氧化行为,发现不同电位下制备的AuNPs对TBBPA的氧化表现出不同的增敏效应,形貌影响显著:此外,还发现溶液中加入2-巯基苯并噻唑后,TBBPA在AuNPs表面的氧化信号进一步明显增加,表现出强的协同效应。在此基础上,研究了AuNPs和2-巯基苯并噻唑的协同增敏机制,并考察了沉积电位、pH值、2-巯基苯并噻唑浓度以及富集时间的影响,构建了一种新型的TBBPA电化学传感平台,测定的线性范围为0.5到30μgL-1,检出限为0.12μg L-1 (0.22 nM)。将其用于实际水样检测,加标回收率在97.2%~103.6%之间。此传感体系不仅灵敏度高、准确性好,而且敏感膜的制备通过电化学过程来实现,在现场自动化监测方面有很好的应用前景。结论:本论文深入研究了乙炔黑、石墨烯、纳米金等纳米材料以及不同结构表面活性剂对TBBPA的电化学增敏效应,阐述了增敏机制,建立了5种高灵敏度、快速简便的TBBPA电化学检测新方法,并用于实际样品分析,准确度高、实用性好。
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