论文部分内容阅读
石墨相碳化氮（g-C3N4）是一种新型的碳基纳米材料,其中g-C3N4纳米片是由高度有序的三嗪环单元组成的二维片层结构材料。它作为典型的无金属半导体材料,具有高的比表面积、良好的物理化学稳定性、独特的电子能带结构以及良好的光电响应等优点。g-C3N4纳米片的大比表面积可以提供更多的表面活性位点,有利于其它纳米颗粒在其表面沉积。这些优点使它被广泛应用到传感器的研究中。食品安全隐患和药物滥用对人们身体健康的危害越来越不容忽视,对造成这些问题的有害物质残留的灵敏且简便的检测仍然具有挑战。随着纳米技术的快速发展,基于纳米材料的传感器作为一种既方便又灵敏的分析方法,能够快速地对食品安全问题中的有害物质以及广泛使用的药物等进行定量检测。本论文根据g-C3N4的大比表面积以及表面的金属配位点等优点,构建了荧光和比色双响应传感器以及电化学传感器分别用来检测有机磷农药和对乙酰氨基酚。第一部分基于Cu2+修饰g-C3N4纳米片的荧光和比色双响应传感器检测有机磷农药目的:基于Cu2+修饰g-C3N4(Cu2+-g-C3N4)纳米片设计一种快速灵敏的荧光和比色双响应传感器检测有机磷农药,并对蔬菜和自来水实际样品中有机磷农药进行检测,为食品中农药残留的灵敏快速检测提供一个解决思路。方法:参考文献中的方法合成Cu2+-g-C3N4纳米复合材料,利用透射电镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和X射线能谱分析（EDS）对其进行表征。首先验证Cu2+-g-C3N4的荧光和模拟过氧化物酶的性质,并对p H、浓度等因素进行优化。随后确定乙酰胆碱酯酶（ACh E）的最佳实验浓度。然后在最佳条件下对马拉硫磷进行检测并计算检测限。最后利用加样回收法分别对芹菜和自来水中的马拉硫磷进行检测。结果:g-C3N4和Cu2+-g-C3N4均为片层结构,并且FT-IR、XRD和EDS结果都证明了Cu2+-g-C3N4复合材料的成功合成。在荧光法中,Cu2+能有效地淬灭g-C3N4的荧光,实验确定了ACh E的最佳反应浓度为2000 m U/m L,最终测得马拉硫磷的检测范围和检测限分别为70～800 n M和6.798 n M。在比色法中,Cu2+-g-C3N4具有优异的过氧化物酶活性。优化实验表明最佳p H为4.5,H2O2的最佳反应浓度为10 m M,ACh E的最佳反应浓度为125 m U/m L。最终测得马拉硫磷的检测范围和检测限分别为2.5～25 n M和1.204 n M。荧光和比色法对芹菜和自来水中的马拉硫磷都得到了较好的回收率。结论:基于Cu2+-g-C3N4纳米片的荧光和比色双响应传感器实现了对马拉硫磷的灵敏检测,与其它文献相比拓宽了线性范围,降低了检测限,并且能灵敏地检测加样到芹菜和自来水中的马拉硫磷。该方法对类似传感器的设计和应用提供了借鉴,对食品中农药残留的快速灵敏检测提供了解决策略。第二部分基于Cu X（CuO、Cu2O和CuS）复合g-C3N4纳米片的电化学传感器检测对乙酰氨基酚目的:基于Cu X（CuO、Cu2O和CuS）复合g-C3N4纳米片（分别称为CuO/g-C3N4、Cu2O/g-C3N4和CuS/g-C3N4）构建电化学传感器检测广泛使用的药物对乙酰氨基酚,比较三种复合材料的检测范围和灵敏度的差异以及机理,为快速灵敏检测对乙酰氨基酚提供新的思路。方法:参考文献中的方法分别合成CuO/g-C3N4、Cu2O/g-C3N4和CuS/g-C3N4复合材料;利用TEM、高分辨透射电镜（HRTEM）、FT-IR、XRD、X射线光电子能谱（XPS）和EDS对复合材料进行表征;分别优化p H、沉积体积等因素对复合材料电化学性能的影响;随后分别在最佳条件下检测对乙酰氨基酚;为了探讨三种材料在检测灵敏度方面的差异,进行动力学研究并计算和比较三种复合材料的电催化速率常数;对该传感器的选择性、重复性和稳定性进行评估;最后对实际样品对乙酰氨基酚片进行检测。结果:通过表征依次证明了Cu X/g-C3N4的成功合成。三种复合材料的电催化活性从大到小依次为CuS/g-C3N4>CuO/g-C3N4>Cu2O/g-C3N4。通过条件优化实验得出CuO/g-C3N4、Cu2O/g-C3N4和CuS/g-C3N4修饰电极检测对乙酰氨基酚的最佳p H和沉积体积分别为p H 7、9、6和8、6、6μL。通过电流-时间（it）曲线测得CuO/g-C3N4、Cu2O/g-C3N4和CuS/g-C3N4修饰电极检测对乙酰氨基酚的检测范围和检测限分别为5～300、5～250、5～500μM和0.319、0.469、0.259μM。检测限从低到高依次为CuS/g-C3N4<CuO/g-C3N4<Cu2O/g-C3N4,与电催化活性结果一致。通过电化学动力学研究得出三种复合材料的电催化速率常数从大到小依次为CuS/g-C3N4（1.9332）>CuO/g-C3N4（0.4939）>Cu2O/g-C3N4（0.0679）,再次证实了上述结果。该电化学传感器对检测对乙酰氨基酚具有良好的选择性、重复性和稳定性,并且能灵敏地检测实际样品对乙酰氨基酚片。结论:基于Cu X/g-C3N4纳米片复合材料的电化学传感器实现了对对乙酰氨基酚的灵敏检测,与其它文献相比具有较宽的检测范围和较低的检测限,且具有良好的选择性、重复性和稳定性,有望作为现场检测对乙酰氨基酚的有效方法。