基于石墨烯纳米复合物的电化学传感器的构筑及其应用

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海洋环境分析在海洋生态系统的研究中扮演着重要的角色,及时有效的海洋环境分析为研究海洋生态系统提供了科学依据。电化学传感器作为一种操作简单、便于携带、成本低廉的分析仪器,在环境检测、生物医学、水质监测等领域具有广泛的应用。本论文主要构筑了聚丙烯腈-聚苯胺-石墨烯多酚氧化酶传感器,并将传感器用于分析海水中的酚类化合物;构筑了蒙脱土-石墨烯多酚氧化酶传感器,对传感器的性能进行了研究;此外,构筑了聚苯胺-石墨烯-纳米铂葡萄糖电化学传感器,将传感器成功地用于葡萄糖浓度的检测。采用杂化组装方法制备聚丙烯腈-聚苯胺-石墨烯纳米复合材料,并以此为基体材料构筑了聚丙烯腈-聚苯胺-石墨烯/多酚氧化酶传感器。对比研究了该传感器与聚丙烯腈-石墨烯/多酚氧化酶传感器、聚苯胺-石墨烯/多酚氧化酶传感器和石墨烯-多酚氧化酶传感器的电流响应信号。采用扫描电镜对修饰材料的表面形貌进行表征,使用循环伏安法和电化学阻抗法对传感器的电化学特性进行表征。结果表明,聚苯胺-石墨烯/多酚氧化酶传感器和石墨烯-多酚氧化酶传感器的响应电流均存在不同程度的漂移,而聚丙烯腈-石墨烯/多酚氧化酶传感器的电流响应强度有待进一步改善。对于所构筑的聚丙烯腈-聚苯胺-石墨烯/多酚氧化酶传感器而言,聚丙烯腈的加入有效地改善了电流信号的漂移,聚苯胺、石墨烯的高导电性以及三组分的协同效应有效地提高电流响应强度。传感器的最优测定条件为:pH=6,工作电位=-0.05 V。在此条件下,传感器的灵敏度为6.46μA μM-1cm-2,检测下限为2.65×10-7M(信噪比为3:1),响应时间在5s之内。采用标准加样法对钱塘江水样和牛山岛海水水样中酚类化合物进行了测定,得到水样中酚类化合物的回收率在102%-106.7%之间,该传感器可以用于水样中酚类化合物的检测。蒙脱土作为无机粘土的一种,在水分子存在下具有溶胀性与多孔性,并且吸附性和生物相容性好,可以有效的固定酶生物分子,从而提高传感器的稳定性。本论文成功地将石墨烯插入蒙脱土中,并将多酚氧化酶组装在蒙脱土-石墨烯复合材料中,使用滴涂法和相转移法将蒙脱土-石墨烯-多酚氧化酶固定在玻碳电极上,制备了蒙脱土-石墨烯-多酚氧化酶电化学传感器。并对该传感器的表面形貌和电化学性能进行表征,在最优条件下(pH =6.0,工作电位=-0.2 V),该传感器的线性响应范围、灵敏度和检测下限分别为0.2 μM-52μM(R2=0.997),2.51μAμM-1cm-2,2.65×10-8M(信噪比为3:1)。该传感器结合了蒙脱土良好的稳定性、生物相容性以及石墨烯的高导电能力,有望用于水样中酚类化合物的测定。此外,本论文使用循环伏安法制备了聚苯胺-石墨烯复合材料,在此基础上,用电化学沉积法将纳米铂沉积在该复合材料中,并用于葡萄糖电化学传感器的构筑。实验结果表明,传感器的灵敏度为53.31μAmM-1cm-2,远远高于聚苯胺-石墨烯/葡萄糖氧化酶电化学传感器的灵敏度(22.1 μAmM-1 cm-2)。线性范围为10.0μM-1.8mM(R2=0.9997),检测下限为1.19μM(信噪比为1:3)。该生物传感器具有良好的重复性、操作稳定性和长期稳定性。并且可以成功用于葡萄糖浓度的测定。
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