基于四氧化三钴纳米片的传感器构建及双氧水和多巴胺检测的应用

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生物小分子在人体细胞的新陈代谢以及生命活动过程中具有非常重要的作用,例如过氧化氢(H2O2)和多巴胺(DA),其浓度的变化可看作某些疾病的信号,因此开发对生物小分子准确检测的手段对于疾病的诊断具有重要的意义。本论文使用水热-热分解两步法合成四氧化三钴(Co3O4)纳米片,并以此为载体通过原位化学还原合成法合成载银四氧化三钴(Ag-Co3O4)纳米片,用此两种Co3O4纳米片修饰玻碳电极构建Co3O4电化学传感器用于H2O2的检测。同时探讨了Co3O4纳米片作为纳米酶的类氧化酶活性并用于DA的比色法检测。本论文的主要研究内容如下:1.Co3O4纳米片的合成及电化学传感器用于H2O2的检测分析通过水热-热分解两步法合成Co3O4。以六水合氯化钴(Co Cl2·6H2O)和辛胺(Octylamine)为原料,首先通过水热法制备了前驱体氢氧化钴(Co(OH)2)纳米片,然后将前驱体在高温下进行煅烧,合成得到黑色粉末的Co3O4纳米片。随后通过滴涂法,将Co3O4纳米片滴涂至裸的玻碳电极表面得到Co3O4电化学传感器并用于检测H2O2。其中,温度为200℃煅烧得到的Co3O4纳米片表面分布有很多裂痕,经其修饰得到H2O2电化学传感器表现出最佳的电化学性能,在H2O2浓度范围为(0.01-0.2mmol/L)时,该电极的响应电流与H2O2的浓度表现出很良好的线性关系,其检测限为6.53μmol/L(S/N=3),灵敏度为875.66μA/(m M·cm~2),但是该传感器对H2O2检测的选择性需要进一步改善。2.Ag-Co3O4纳米片的合成及电化学传感器用于H2O2的检测分析从改善传感器对H2O2检测的选择性出发,选用纳米银为另一催化中心,研究载Ag-Co3O4纳米片传感器。于常温和水分散液中以温度200℃煅烧得到的片状Co3O4纳米片作为载体、硝酸银(Ag NO3)为金属银前驱体和抗坏血酸(Ascorbic Acid,AA)为还原剂,通过原位化学还原法将贵金属Ag负载于片状Co3O4上,合成得到Ag-Co3O4纳米片。进一步通过滴涂法,将该纳米片悬浮液滴涂于玻碳电极用于构建H2O2电化学传感器。结果表明,在H2O2浓度范围为5μmol/L-5 mmol/L时,该电极的响应电流与H2O2浓度表现出良好的线性关系,其检测限提高至0.92μmol/L(S/N=3),其灵敏度为764.70μA/(m M·cm~2),在多数干扰物抗坏血酸、葡萄糖和尿酸存在的环境中,该传感器表现出对H2O2检测拥有良好的选择性。3.基于Co3O4纳米片纳米酶的比色法用于多巴胺的检测分析最后,基于Co3O4纳米片的类氧化酶活性,建立一种比色检测DA的简便方法。在溶解氧条件下以及无双氧水条件下,Co3O4纳米片能够将无色的氧化酶底物(3,3,5,5-四甲基联苯胺,TMB)催化氧化成蓝色的ox TMB,其在652 nm处有一个特征吸收峰。通过研究表明,在温度200℃煅烧得到的Co3O4纳米片与TMB有更强的亲和力,表现出更好的催化活性,其酶动力米氏常数和最大反应速率分别为Km=0.058 mmol/L Vmax=1.27μmol/(L·S)。DA的存在抑制了TMB-O2-Co3O4反应体系,从而降低其酶活性,并引起了体系颜色的消退和吸光度的减弱,基于此,建立了DA的比色检测法,在浓度范围为1.6μmol/L-20μmol/L,吸光度的降低量与DA的浓度表现出良好的线性关系,其检测限达到0.82μmol/L,并且该比色法用于检测DA具有较强的抗干扰能力。
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