基于管状纳米材料构建的电化学传感器的制备及其分析应用

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电化学传感器以其价格低、体积小、易操作、灵敏度高的特点,在分析化学中具有重要的应用。电化学传感器的核心部分是化学修饰电极。近几年来,碳纳米材料、金属纳米材料、DNA、埃洛石纳米管等多种纳米材料由于良好的生物相容性、优异的导电能力、大的比表面积、强的吸附力等优点被广泛用作电极修饰材料。共价有机框架材料(COFs)是一种新的有机晶体材料,由于其二维平面有序网格结构、大的比表面积、高的稳定性等优点使其在电化学传感器领域被广泛关注。本文基于这些材料,构建了一系列性能优异的电化学传感器,实现了对生物小分子的灵敏检测。论文主要包括以下四个方面的研究内容:1.首先制备了氨基功能化的碳纳米管(CNT)和酰氯功能化的氧化石墨烯(GO),将这两种材料利用共价键合的方式连接在一起形成碳纳米管-氧化石墨烯纳米复合材料(CNT-GO)。通过滴涂法将CNT-GO纳米复合材料修饰在玻碳电极表面,再利用电沉积法分别将L-谷氨酸(-L-GLu)和鲱鱼精DNA修饰到电极上,构建了一种新型的电化学传感器,研究了对乙酰氨基酚(AC)和多巴胺(DA)在修饰电极上的电化学行为。在p H=6.0的磷酸缓冲溶液中,在2~600μmol·L-1的范围内,AC和DA的氧化峰电流与浓度呈良好的线性关系,检测限分别为0.16μmol·L-1和0.81μmol·L-1(S/N=3)。该传感器对实际样品中AC和DA的测定具有实用价值。2.首先将CNT-GO纳米复合材料滴涂在电极表面,然后将制得的PI-COF101材料修饰在电极表面上,构建了一种对AC和对氨基苯酚(AP)有灵敏响应的新型PI-COF 101/CNT-GO/GCE电化学传感器。在优化的条件下,AC的浓度在0.9~800μmol·L-1范围内与其峰电流线性相关,检测限为0.28μmol·L-1(S/N=3)。AP的浓度在1~800μmol·L-1范围内与峰电流呈线性关系,检测限为0.51μmol·L-1(S/N=3)。该传感器可应用于对实际样品中AC和AP的测定。3.通过滴涂和电沉积的方法依次将氨基功能化的碳纳米管,PI-COF 102,和银-聚苯胺纳米复合材料修饰在玻碳电极表面,成功制备了一种对尿酸(UA)和腺嘌呤(A)具有灵敏响应的新型Ag-PANI/PI-COF 102/CNT/GCE电化学传感器。该传感器不仅具有良好的导电性,同时对UA和A的电极反应显示出优异的催化活性。在0.1~800μmol·L-1范围内UA的浓度与其峰电流呈良好的线性关系,检测限为0.083μmol·L-1(S/N=3)。A的浓度在2~800μmol·L-1范围内与峰电流具有线性关系,检测限为0.59μmol·L-1(S/N=3)。该传感器应用于人尿液中的UA和A的同时检测,取得了满意结果。4.将以共价键结合的氨基功能化埃洛石纳米管(HNTs)与银纳米粒子和酰氯功能化的氧化石墨烯复合材料滴涂在玻碳电极表面,再通过电聚合方法沉积聚吡咯,制备了一种对AC和DA具有良好电催化活性的新型Ppy/HNTs@Ag NPs-GO/GCE电化学传感器。在优化的实验条件下,成功实现了人尿和市售对乙酰氨基酚药剂样品中AC和DA的同时测定,线性范围分别为4~37μmol·L-1和8~37μmol·L-1,检测限分别为0.94μmol·L-1和1.06μmol·L-1(S/N=3)。
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