聚苯胺电化学传感器的制备及对有机物的检测研究

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聚苯胺(PANI)是目前应用范围最广的导电聚合物,它具有成本低廉,环境友好以及良好的氧化还原可逆性等优点。但是因为纯的聚苯胺有较差的共轭能力以及自身团聚现象严重,因此极大地影响了它的电化学性能,所以需要进性掺杂改性来改善其缺点;电化学传感器是目前研究比较热门的一个问题,因为它是一种测量结果准确、成本低、携带方便以及原理和制备都比较简单的测量装置,目前已经被广泛应用到有毒物质检测、优质水源监测、生物以及医学等领域,因此受到越来越多人的重视。本文主要用聚苯胺以及聚苯胺/石墨烯复合材料为载体构筑有机物检测的电化学传感器,并对两种电化学传感器的性能进行测试研究。首先,采用循环伏安法制备PANI,选择合适的载体以及无机酸制备PANI,通过比较合成聚苯胺时的参数变化,确定以石墨棒为基体,以高氯酸为掺杂酸。用在上述合成条件下制备好的聚苯胺电极来检测检测不同有机物,选用CV法研究有机物在聚苯胺以及聚苯胺/石墨烯修饰电极上的电化学行为,选用的有机酸包括有机一元酸、二元酸、柠檬酸、苹果酸、磺基水杨酸、对甲苯磺酸、抗坏血酸、乳酸、甲醛,实验结论表明冰乙酸、柠檬酸、抗坏血酸和甲醛对聚苯胺电极电性能均具有明显的影响。选择对聚苯胺电极响应效果较好的甲醛溶液进行浓度最低限度的检测,检测结果表明,甲醛的浓度0.0005~0.0025 mol/L的范围时与PANI电极循环伏安的峰值电流强度是呈良好的线性关系,控制p H=1,可以利用PANI电极作甲醛传感器,定量分析甲醛浓度。其中峰值电流和甲醛浓度呈线性关系。线性方程为Ia=4.68739+804.104C,相关系数r=0.997211,残差平方和为0.01817,检出限为0.5 mmol/L。可以看出在一定浓度范围内,响应峰值电流与甲醛溶液浓度呈较好的线性关系,甲醛的检出限为0.5 mmol/L,并显示出良好的稳定性。在含有石墨烯的苯胺溶液中原位聚合苯胺,制备聚苯胺/石墨烯复合材料,加入石墨烯电沉积聚苯胺/石墨烯复合膜的最佳制备工艺是在高氯酸体系下,石墨烯含量为0.2%时以边搅拌边制备方法制备的。制备好的聚苯胺/石墨烯复合电极检测甲醛溶液,检测时的最优条件为溶液p H=1,扫速为10 m V/s,膜的厚度为聚合5圈的厚度,检测的结果表明,在0.1~20μmol/L的范围内,峰值电流密度和甲醛浓度呈线性关系,且显示出良好的稳定性和重现性。对于甲醛的浓度检测限达到了10-9数量级,线性方程为Ia=11.06575+0.50242 C,相关系数r=0.98882,残差平方和为0.26068,基本实现了痕量检测。
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