新型电化学传感器的构建及其在环境检测中的应用

新型电化学传感器的构建及其在环境检测中的应用

作者:师大云端图书馆 时间:2015-06-01 分类:期刊论文 喜欢:2836
师大云端图书馆

【摘要】电化学传感器是一种由感应元件和换能器组成的,基于待测物的电化学性质对目标物进行检测的分析系统。作为分析检测领域重要的技术,电化学传感器具有操作简便、价格低廉、选择性高、分析速度快、可进行在线分析等传统分析方法不可比拟的优势,已经在环境检测、食品工业、生物医学研究、发酵工业生产等领域得到了高度的关注和广泛的应用。本论文针对电化学传感器研究和环境分析检测中的一些关键问题,即如何高效、清洁地将材料固定到传感器上,如何快速、灵敏地检测五氯苯酚、甲基对硫磷、亚硝酸盐等环境污染物,通过变换不同的材料、使用不同的修饰方法制备出了一系列新型的电化学传感器,并将其应用于环境分析检测中。采用循环伏安(CV)、方波阳极溶出伏安(SWV)、时间-电流法(i-t)、差分脉冲伏安(DPV)等多种电化学技术,以及电致化学发光(ECL)、紫外可见分光光度法(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)2荧光分光光度法(FL)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等其他技术手段,详细研究了构建的电化学传感器的结构、性质及其检测性能。本论文主要研究工作如下:1.通过电化学还原的方法将氧化性碳量子点/氧化石墨烯(OCQDs/GO)一步电还原为碳量子点/石墨烯(CQDs/GR),同时由于OCQDs/GO与CQDs/GR溶解度的不同,制备出的CQDs/GR复合材料随之沉积在了电极表面。通过SEM、TEM、FL、UV-vis、CV和ECL对CQDs/GR复合材料进行了表征,实验结果表明制得的CQDs/GR复合材料非常稳定,能使传感器保持很好的稳定性;同时由于石墨烯(GR)优良的导电性,放大了ECL信号,大大提高了传感器的灵敏度;并且GR巨大的比表面积增加了碳量子点(CQDs)负载量,整个复合材料表现出良好的ECL检测性能,最终成功实现了对五氯苯酚(PCP)的高灵敏特异性检测,检测线性范围为1.0×10-12~1.0×10-8M,检测下限达到1.0×10-12M。同时该传感器实现了对实际土壤中PCP的检测,说明该传感器具有良好的实际应用前景。本论文首次通过一步电沉积的方法,以GR为模板实现了CQDs的固定化,从而使传感器的重复使用成为可能;同时利用GR可以放大ECL信号的作用和CQDs对PCP特异性氧化的作用,实现了高灵敏特异性检测PCP的目的。该研究方法为检测环境中的持久性有机污染物质提供了一条可能的思路:调控量子点尺寸,通过寻找与目标检测物氧化电位相匹配的量子点,利用GR为量子点固定化模板,实现对环境中有机污染物的高灵敏特异性检测。2.首先将玻碳电极置于氧化石墨烯(GO)和壳聚糖(CS)的混合溶液中,接着通过一步电还原方法制备出稳定的石墨烯/壳聚糖(GR/CS)复合材料。GO的电化学还原过程消耗了H+,增大了电极附近溶液的pH值,从而使得CS变得不溶;同时由于GO电还原生成的石墨烯(GR)不易溶于水,因而最终GR与CS一起电沉积在玻碳电极表面上,并且由于浓度梯度差,保证了生成的GR/CS源源不断地被沉积到了在电极表面。实验结果表明,该GR/CS复合物可以用作固相萃取模板,对甲基对硫磷(MP)表现出良好的富集性能,并且基于其所构建的电化学无酶传感器能快速地实现对MP产生检测电流响应,在最优实验条件下,该GR/CS无酶传感器具有很宽的线性范围4.0-400ng/mL,检测限达到了0.8ng/mL。同时,该传感器具有良好的重现性,稳定性以及较好的选择性,为绿色、快速、简单、灵敏的检测有机磷农药提供了新的途径。3.将氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(CNTs)分散到壳聚糖(CS)中,形成GO/CNTs/CS混合液。由于氧化石墨烯(GO)的电化学还原过程消耗了H+,增大了电极附近溶液的pH值,从而使壳聚糖(CS)变得不溶;而基于GO电还原生成的石墨烯(GR)也不易溶于水;同时酸化的CNTs表面带有大量的含氧官能团,电还原过程中导致大量含氧官能团被还原,使得CNTs水溶性变差,该性质与GR类似;由此,利用它们三者电还原前后溶解度不同的原理,通过电沉积的方法直接一步制备出了GR/CNTs/CS复合材料,并且由于浓度梯度差,保证了生成的GR/CNTs/CS源源不断地被沉积到了在电极表面。该种方法由于不涉及到化学还原过程中经常使用的一些有毒还原剂如肼等,因此对环境友好而且不会造成二次环境污染。结合GR、CNTs和CS的各自优点,该GR/CNTs/CS可以用作固相萃取模板,对甲基对硫磷(MP)表现出良好的富集性能。在最优实验条件下,该GR/CNTs/CS电化学无酶传感器对MP检测线性范围为2.0-500ng/mL,检测限达到了0.5ng/mL。并且该传感器不但稳定性和重现性良好,而且具有较强的选择性。4.由于π-π相互作用,可以利用DNA实现碳纳米管(CNTs)的功能化后,通过简单的直流电沉积方法将DNA/CNTs/Cu2+复合材料固定于玻碳电极表面。电沉积在玻碳电极表面的DNA/CNTs/Cu2+复合材料对亚硝酸盐(N02-)具有良好的电催化性能,由此构建出一个灵敏的N02-电化学传感器。为了获得最高的灵敏度,通过实验详细研究了沉积液中Cu2+浓度、DNA浓度、CNTs浓度、电沉积时间等电沉积条件以及pH值和应用电位等检测条件对N02-在DNA/CNTs/Cu2+玻碳电极上响应电流的影响。实验结果表明,在最优条件下,该DNA/CNTs/Cu2+电化学传感器对N02-的检测线性范围为3.0×10-8-2.6×10″3M,检测限为3.0×10-8M,响应时间在3s以内。并且该DNA/CNTs/Cu2+电化学传感器表现出良好的稳定性、重现性和抗干扰能力,因此具有巨大的实际应用前景。5.通过一步电还原的方法,将玻碳电极置于由氧化石墨烯(GO)、壳聚糖(CS)和葡萄糖氧化酶(GOx)组成的GO/CS/GOx混合溶液中,直接在电极表面制备出石墨烯/壳聚糖/葡萄糖氧化酶(GR/CS/GOx)新型纳米复合膜。整个过程仅需要几分钟,而且形成的GR/CS/GOx膜均匀且厚度可控。循环伏安实验结果表明,GR/CS/GOx膜中的GOx保持了自身良好的生物活性,可以与电极之间发生直接电子转移,从而能够进一步用于对葡萄糖的检测。在最优实验条件下,该GR/CS/GOx电化学传感器对葡萄糖的检测线性范围为4.0×10-7~2.0×10-3M,检测限为4.0×10-7M,与其他采用滴涂的方法得到的GR/CS/GOx传感器相比,检测限降低了50倍。同时该传感器具有良好的稳定性、重现性和抗干扰能力,利用该GR/CS/GOx电化学传感器对实际人血清样本中葡萄糖的检测效果令人满意,与医院生化分析仪器所得结果一致,实际应用的潜力非常巨大。
【作者】杨善丽;
【导师】罗胜联;
【作者基本信息】湖南大学,化学工程与技术,2014,博士
【关键词】一步电沉积;石墨烯复合材料;碳纳米管复合材料;电化学传感器;五氯苯酚;有机磷农药;亚硝酸盐;

【参考文献】
[1]张瑜妍.乾隆前中期云南的经济发展与边疆开发[D].云南师范大学,明清史,2013,硕士.
[2]宁楠楠,刘侠,邓可欣,吴萍,王坤,田捷.基于多角度光学投影表面重建的三维自发荧光光源定位算法[J].自动化学报,2014,08:1793-1803.
[3]谈理.摄影作品在平面广告中的运用研究[D].湖南师范大学,设计艺术学,2014,硕士.
[4]万楠.湖北省高科技企业人才流失问题研究[D].华中师范大学,企业管理,2014,硕士.
[5]蒲飞,刘元富,徐向阳,彭彦博.激光表面合金化制备TiC/Ni_3Al复合涂层组织及TiC演变规律[J].材料热处理学报,2014,11:185-189.
[6]卞荣何宁李亮钱军史振宇陈明君.微细铣削氧化锆陶瓷铣削力特征分析[J].中国机械工程,2014,23:.
[7]管衍梅.韩汉翻译中状语的句子成分转换[D].烟台大学,朝鲜语口译,2014,硕士.
[8]庞治星.纳米Fe_2O_3与纳米SiO_2改性石英砂表面制备工艺研究[D].广东工业大学,市政工程,2013,硕士.
[9]牛耀东.胸腺切除术治疗国内眼肌型重症肌无力的系统评价[D].郑州大学,外科学,2013,硕士.
[10]曾海波.工程量清单模式下的工程招标研究[D].浙江工业大学,2011.
[11]韦通航.协议一致性测试中编解码器实现方法的研究[D].安徽大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[12]鲁三才,沈德平.快速测定零部件疲劳极限方法的试验研究[J].机械强度.1992(03)
[13]刘胜,宋佳,李高云.航向保持鲁棒最小二乘支持向量机控制[J].控制与决策,2010,04:551-555+561.
[14]郭西强,孙永谡,李立君,张承杰.城市剩余木质料与利用[J].林产工业.2006(02)
[15]刘连培.NM23、Survivin在大肠癌组织中的表达与临床意义[D].泰山医学院,内科学,2012,硕士.
[16]徐联波.小班条件下数学教学情境的创设研究[D].苏州大学,教育(专业学位),2012,硕士.
[17]高莉娜.构巢曲霉中Calcineurin及其相关蛋白对逆境响应及形态建成调控机制的研究[D].南京师范大学,微生物学,2012,硕士.
[18]陈业俊.索绪尔语言哲学与相对主义问题[D].华东师范大学,外国哲学,2004,硕士.
[19]沈海萍.葡萄酒酿酒酵母拮抗作用的蛋白组分析[D].大连工业大学,微生物学,2012,硕士.
[20]侯山鹏.基于复杂网络和散射卷积网络的脉象特征分析[D].哈尔滨工业大学,计算机技术,2014,硕士.
[21]孙长英.ERα和ERβ在调控椎体生长板软骨细胞分化和增殖中的相互作用[D].中南大学,临床医学,2014,博士.
[22]刘克.高速公路的路段行程时间估计与预测方法研究[D].北京交通大学,系统工程,2013,硕士.
[23]唐成虹,宋斌,胡国,潘汉广,路小俊,张吉.基于IEC61850标准的新型变电站防误系统[J].电力系统自动化,2009,05:96-99.
[24]邹俊.分组合作学习在中职英语教学中的实践研究[D].华中师范大学,教育管理,2012,硕士.
[25]彭鹏.基于实物期权的供水PPP项目特许期决策[D].天津大学,项目管理,2013,硕士.
[26]王林娜.结节性硬化症TSC1、TSC2基因突变分析及其与临床表现的关系[D].郑州大学,儿内科,2013,硕士.
[27]张洁.L1_0FePt梯度各向异性介质研究[D].山东大学,凝聚态物理,2014,博士.
[28]陈德良.慢性乙型肝炎湿热中阻证和肝郁脾虚证患者HBV特异性CTL应答研究[D].福建中医药大学,中西医结合临床,2014,硕士.
[29]谢芸.词块教学法在初三口语教学中的应用[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[30]叶景秋.网络视域下的旅游文化建构[D].华中师范大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[31]周雨阳.中国新闻传播学研究成果国际传播方式的研究[D].上海外国语大学,传播学,2013,硕士.
[32]骆佐龙.大跨度混凝土连续梁桥时变效应及合理成桥状态分析[D].长安大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[33]张晓明.瑞翔公司质量管理体系改进研究[D].湖南大学,工商管理,2013,硕士.
[34]戴子钧.以数据处理分析为支点提升管理决策科学化水平[J].税务纵横,2003,10:6-7.
[35]阿米妮古丽·奥斯曼.维汉/汉维机器翻译译后编辑器的设计与实现[D].新疆大学,计算机技术,2013,硕士.
[36]施主佑.珠江三角洲名、特、优水产品养殖技术的发展方向[J].现代渔业信息.1994(01)
[37]张孝贤.陕西陕煤曹家滩矿业公司绩效考核体系设计[D].西安科技大学,工商管理,2014,硕士.
[38]李星晨.褪黑素对大鼠急性脊髓损伤后IL-6、IL-8、IL-10的影响[D].郑州大学,外科,2013,硕士.
[39]冯利星.高职院校教育资源网络共享系统的设计与研究[D].山西师范大学,教育技术学,2014,硕士.
[40]刘灿姣.我国西部地区信息资源发展战略研究[D].湘潭大学,2003.
[41]本报记者牛一兵王斌来崔佳李坚.两江新区五年一个大惊喜[N].人民日报,2015-06-16006.
[42]冀佩玮.北京市邮政物流网络布局优化研究[D].北京交通大学,工商管理(专业学位),2013,硕士.
[43]宗丽娜.网络文化背景下的教学设计对策研究[D].内蒙古师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[44]陈虎.钙对花生吸收积累镉的影响研究[D].山东师范大学,环境科学,2013,硕士.
[45]张晓艳,李浩鹏,崔晓莉.TiO_2/石墨烯复合材料的合成及光催化分解水产氢活性[J].无机化学学报,2009,11:1903-1907.
[46]张铁伟.论电子证据的认定问题[D].中国政法大学,诉讼法学,2004,硕士.
[47]孔令齐.基于ANSYS的正交磁化可控电抗器电磁场数值计算研究[D].北方工业大学,控制工程,2013,硕士.
[48]张波,刘胜辉.基于遗传BP神经网络的数据挖掘技术[J].自动化技术与应用,2005,09:4-6.
[49]胡建国.变化凸域的弦长分布函数[D].武汉科技大学,应用数学,2012,硕士.
[50]陈法安.区域道路交通安全标杆管理研究[D].长安大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.

相关推荐
更多