CN101738423A - 一种分子印迹聚合物/碳纳米管/基底电极修饰电极及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修饰电极，其用于检测硝基苯类化合物，所述电极包括：基底电极；涂覆于所述基底电极表面的碳纳米管(CNTs)膜；所述电极还包括：涂覆于所述碳纳米管膜表面的分子印迹聚合物(MIP)膜。本发明还公开了所述电极的制备方法、以及以所述电极作为工作电极的电化学系统以及用该电化学系统检测样品中硝基化合物的方法。本发明的电极响应速度快、稳定性好、灵敏度高，可选择性的检测硝基化合物，并且，本发明的电极采用环保的材料，不会造成污染。

Description

一种分子印迹聚合物/碳纳米管/基底电极修饰电极及其应用

技术领域

本发明属于分析化学和硝基类爆炸物检测领域，更具体地，本发明涉及一种分子印迹聚合物/碳纳米管/基底电极修饰电极的制备，以及利用所述电极选择性的快速测定待测样品)中硝基化合物的方法。

背景技术

911事件以来，全球范围内各类恐怖事件层出不穷，特别是以“基地”组织为核心的国际恐怖势力的恐怖袭击出现了一些新的变化和特点，无论是从恐怖活动的规模上、频率上都远非传统恐怖活动相比拟，对国际安全造成了极大的危害。在各种恐怖活动中，爆炸是恐怖分子最常使用的方式之一。目前，爆炸物主要是硝基苯类化合物，其中包括2，4，6-三硝基甲苯(TNT)，1，3，5-三硝基苯(TNB)，2，4-二硝基甲苯(DNT)和1.3-二硝基苯(DNB)等几种。这类硝基苯爆炸物不仅对人身及财产构成了极大威胁，而且爆炸过程中排放的爆炸物及其降解产物也对环境产生了严重污染。据报道，当水体中的TNT含量达到1mg/L时鱼类就会死亡，当人类吸入此类硝基苯类化合物，会引起肝脏病变、再生障碍性贫血及白内障等疾病，严重者会直接导致死亡。因此，鉴于上述硝基苯类化合物对公共安全和环境的威胁日益加剧，亟待开发一些快速、灵敏、准确检测硝基苯类化合物的方法。

目前，检测硝基苯类化合物的方法有多种，如荧光法，色谱法，免疫取代测定法和电化学方法等。Keith J.Albert等人，利用多孔碳微球微型传感器通过高速荧光方法检测爆炸物蒸气；Ronita L.Marple等人则利用高效液相色谱紫外分光光度法检测水样和土壤中TNT等物质的含量；Pinnaduwage小组通过在压电传感器悬壁上燃烧样品并检测输出电压的变化，达到快速、灵敏检测TNT的目的；G.P.Anderson等人利用多元免疫取代模式检测水样中TNT等物质。上述方法存在着仪器设备昂贵、检测时间长、操作困难等缺点，难以达到小型化、实时、迅速的现场分析要求，在实际应用中还存在着一定的不足。

电化学方法由于其仪器设备简单且灵敏度较高等优点，在众多方法中凸现一定的优势。通过对电极表面进行功能性物质的定位组装，利用电化学检测手段如差示脉冲伏安法(DPV)，方波伏安法(SWV)等手段对气相或者液相中爆炸物成份进行检测，如Joseph Wang小组，利用碳纳米管等化学修饰电极对环境水样中的TNT进行了检测；H.X.Zhang等人采用了MCM-41硅材料修饰的玻碳电极测定水样中痕量的硝基苯类化合物；Marí等人则利用碳糊电极研究了硝基苯类化合物的电化学行为。上述检测硝基苯类化合物的方法在选择性、灵敏性方面有待进一步提高。

为此，本领域迫切需要一种选择性、灵敏度高地检测硝基苯类化合物的检测电极、及其检测方法。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种选择性、灵敏度高地检测硝基苯类化合物的检测电极。

本发明的第二目的在于提供一种选择性、灵敏度高地检测硝基苯类化合物的检测电极的制备方法。

本发明的第三目的在于提供一种选择性、灵敏度高地检测硝基苯类化合物的检测电极的用途。

本发明的第四目的在于提供一种选择性检测硝基苯类化合物用的电化学系统。

本发明的第五目的在于提供一种选择性、灵敏度高地检测硝基苯类化合物的检测方法。

在本发明的第一方面，提供一种修饰电极，其用于选择性检测硝基苯类化合物，所述电极包括：

一基底电极；

一涂覆于所述基底电极表面的碳纳米管(CNTs)膜；

其特征在于，所述电极还包括：

一涂覆于所述碳纳米管膜表面的分子印迹聚合物(MIP)膜。

在本发明的第二方面，提供本发明所述的电极的制备方法，其包括如下步骤：

(a)将碳纳米管涂覆到基底电极的表面，形成表面覆盖有碳纳米管膜的电极；

(b)将分子印迹聚合物膜涂覆到所述步骤(a)的表面覆盖有碳纳米管膜的电极，形成所述修饰电极。

在本发明的第三方面，提供一种本发明所述的电极的用途，其用于选择性检测待测样品中的硝基化合物种类或其含量。

在本发明的第四方面，提供一种选择性检测硝基苯类化合物用电化学系统，所述的电化学系统中含有：

一工作电极，所述的工作电极是权利要求1所述的电极。

在本发明的第五方面，提供一种检测样品中硝基化合物的方法，所述方法包括：

将定量的待测样品加入到所述的电化学系统中，

采用检测方法为Square Wave Voltammetry(方波伏安法)(SWV)，调节电位窗口E_dep＝-0.1～-1.0V，

分析各硝基化合物还原峰的数量及其还原峰的大小，从而得知所述待测样品中硝基化合物的种类及含量。

本发明的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。

附图说明

图1显示了本发明的分子印迹材料材料的合成原理示意图；

图2显示了本发明的分子印迹材料/碳纳米管/GC修饰电极的结构示意图。

其中，从左到右依次为1为光玻碳电极，2为修饰碳纳米管后的玻碳电极，3为修饰碳纳米管和分子印迹材料后的玻碳电极，4为修饰完成后的分子印迹材料/碳纳米管/GC(玻碳电极)传感器。GC为玻碳电极，

为分子印迹材料(MIP)，

为多壁碳纳米管，·为DNB分子。

图3显示了本发明的检测系统的示意图。

其中：5为对电极，6为Ag/AgCl参比电极，7为检测池容器，8为电解液，9为电极支架。

图4为工作电极的结构示意图。

其中：10为玻碳电极，11为玻碳电极表面，12为修饰的CNTs膜，13为修饰的MIP膜。

图5显示了使用本发明电极检测水溶液中1，3-二硝基苯的方波伏安曲线。

其中，曲线a是以PBS磷酸缓冲溶液作为本底溶液的方波伏安法(SWV)曲线；曲线b为第一次加入DNB标准溶液后的SWV曲线；曲线c-h是第二到七次加入DNB标准溶液后的SWV曲线。

图6为在PBS磷酸缓冲溶液连续加入DNB后，在两个还原峰-0.58V和-0.69V处得到的响应电流与加入的DNB浓度的线性关系图。由图可见浓度和相应电流之间的关系成正比，表明制备的这个电极可以用于定量检测。

图7显示了采用本发明的电极以及对比电极检测水溶液中DNB的比较图。

其中，曲线a为本发明的电极的检测结果；曲线b、c和d为对比电极的检测结果。其中，b为碳纳米管/GC(玻碳电极)修饰电极，c为光GC(玻碳电极)，d为玻碳电极修饰电极。

具体实施方式

针对目前本领域还缺乏可灵敏选择性地检测待测样品(如河水、海水等)中硝基苯类化合物种类及其含量的技术缺陷，本发明人经过长期的研究，出乎意料地获得一种对于对于目标分子具有选择性的、可灵敏检测硝基苯类化合物的电极。所述电极的表面由内向外依次涂覆有碳纳米管膜和分子印迹材料膜，该种涂覆方式可大大加强目标硝基苯类化合物在电极表面的富集作用，减少了非目标分子和杂质大分子富集于电极表面而阻塞电极，从而使得检测实现选择性，而且更灵敏。利用本发明的电极选择性的进行硝基苯类化合物检测，重现性和稳定性均非常理想。

本发明的电极是按照如下构思进行设计的：

将电分析化学传以及分子印迹技术感技术领域有机结合，通过合成DNB分子印迹聚合物并将此聚合物及碳纳米管分别修饰在电极表面，构建分子印迹材料/碳纳米管/GC修饰电极。通过红外、脉冲伏安等化学方法，研究硝基苯类化合物如DNB分子在修饰电极表面的电化学反应过程及机理，探讨DNB分子在分子印迹材料/碳纳米管/GC表面所发生的电化学响应。同时，通过对其他硝基苯类化合物分子的电化学响应的测定，研究分子印迹材料/碳纳米管/GC传感器的选择性性能，从而为研制一种体积小、携带方便、反应时间快、灵敏度高、抗干扰能力较强等特点的爆炸物探测器，提供科学的理论基础和研究途径。

本发明的电极的检测方法是基于如下原理：

本发明进行硝基苯类化合物检测的基本原理基于方波伏安法，它是一种在通常的缓慢改变的直流电压上面，叠加上一个低频率小振幅(≤50mV)的方形波电压，并在方波电压改变方向前的一瞬间记录通过电解池的交流电流成分的电化学检测方法。具体而言，就在一定的外加电压下，电解质溶液中待测硝基苯类化合物中的硝基在电极表面发生还原反应，得到电子后从硝基被还原成氨基，这样被测硝基苯类化合物和电极表面之间就发生了电子传递，进而出现还原电流。不同硝基苯类化合物上硝基的数目不同，还原电位也不尽相同，而且不同浓度的同一种类的硝基苯类化合物的还原电流不同，从而可得知待测溶液中硝基苯类化合物的含量。

碳纳米管(CNTs)膜

本发明的碳纳米管也称为纳米碳管，可以采用本领域传统的或市售的碳纳米管。

通常，碳纳米管是由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆柱体，圆柱体两端各有一个由半个富乐烯球体分子形成的“帽子”。由于其特有的内在结构(长径比手性等)，碳纳米管表现出奇特的物理性质，在高新技术领域应用非常广泛。例如，大面积定向生长的碳纳米管可以用来制备场发射管；碳纳米管可以用来制备纳米电子器件和一维氮化镓纳米棒；碳纳米管是一种极有潜力的储氢材料，而且是有史以来力学性能最好的材料之一。上述领域的碳纳米管都可以应用于本发明。

具体地例如，本发明的碳纳米管采用：多壁碳纳米管、单壁碳纳米管。优选采用多壁碳纳米管。

这些碳纳米管均可以通过市售得到。

本发明的碳纳米管膜的厚度没有具体限制，只要不影响本发明的检测选择性和灵敏度即可。通常，碳纳米管膜的厚度为80-150μm，优选100-120μm。

分子印迹聚合物(MIP)膜

发明人发现，采用分子印迹聚合物膜可以提高灵敏度和选择性。

本发明的分子印迹聚合物膜可采用本领域传统的分子印迹聚合物膜，只要其模板为待检测化合物即可。例如，所述分子印迹聚合物膜为以1，3-二硝基苯分子为模板的分子印迹聚合物膜，所述聚合物膜中含有与模板分子的大小、形状及作用位点相匹配的空穴。膜厚根据实际需要而设置，具体地例如大约为300-500μm。

本发明的分子印迹聚合物膜可以按照现有文献的制备方法制得，也可以通过市售获得。具体地，该方法是通过以特定分子为模板，制备具有固定空穴大小和形状及特定排列功能基团的交联高聚物，从而实现对模板分子的选择性识别。所述制备方法可以参见(分析化学(Anal.Chem.)2006，78，8339-8346)。

具体地，分子印迹聚合物膜的制备过程如下：以待检测化合物为模板，以聚合物膜单体(例如丙烯酰胺)为功能单体，采用交联剂(例如二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA))进行交联而制得。在一优选例中，所述待检测化合物为DNB。还可以加入引发剂加快交联时间。

本发明提供分子印迹聚合物膜的具体的制备方法的实施方式，包括如下步骤：

(1)以待检测化合物为模板，采用丙烯酰胺为功能单体，采用二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂，采用偶氮二异丁腈为引发剂，其中，模板分子、功能单体与交联剂之间的比例为1∶4∶16-1∶5∶25。过高交联剂用量增大，交联度提高，可以有效保持印迹孔穴空间结构的稳定性，保证对模板分子的特异识别性；但是，交联度过高不利于模板分子的洗脱，亦使模板分子洗脱后印迹孔穴的可近性差，不利于模板分子的再结合。

(2)反应物混合之后进行程序升温(例如在40℃下反应2小时，60℃下反应24小时，90℃下反应6小时)，得到分子印迹聚合物。

(3)将分子印迹聚合物制成膜。具体地，得到的原始分子印迹聚合物经球磨机研磨。然后在甲醇和醋酸的混合溶液中超声，洗脱其中的模板分子，每小时更换一次洗脱溶液，共洗脱5小时，更换5次溶液。然后再用乙醇溶液多次冲洗产物，离心烘干，最后得到所需的粉末状固体即分子印迹聚合物。将其分散在壳聚糖溶液中，滴涂在电极表面，形成了分子印迹聚合物(MIP)膜。其厚度约为200-600μm，优选300-500μm。

本发明的所述分子印迹聚合物膜还可以采用其它传统方法如硅胶法制得。

优选地，所述待检测化合物为DNB。

基底电极

本发明的基底电极可以采用各种本领域传统的基底电极，只要不对本发明的选择性或灵敏度有所限制即可。

通常，所述基底电极是玻碳电极。使用玻碳电极，更有利于碳纳米管膜良好地被涂覆在其表面上，并且使得分子印迹聚合物膜良好地被涂覆在碳纳米管膜上，在碳纳米管膜的表面上形成均匀且稳定的分子印迹聚合物膜。

所述玻碳电极可以采用现有文献中的或市售的玻碳电极。玻碳电极的制备方法是本领域人员所熟知的。

修饰电极、制备方法及其用途

本发明人出乎意料地发现，将碳纳米管和分子印迹聚合物依次涂覆于基底电极的表面，形成一种表面经修饰的电极，以该电极作为工作电极用于检测待测样品中的硝基苯类化合物，具有极其优异的检出效果，而且其选择性远远高于现有的用于硝基苯类检测的其它种类的基本电极或修饰电极。

并且，本发明人在研究中发现，与基底电极的表面为分子印迹聚合物或碳纳米管膜的电极相比，基底电极的表面依次为碳纳米管膜和分子印迹聚合物膜的电极的检测效果更为优异，可极大地提高检测灵敏度和选择性。

因此，本发明首先提供一种经修饰的电极，所述电极包括：

一基底电极；

一涂覆于所述基底电极表面的碳纳米管(CNTs)膜；

一涂覆于所述碳纳米管膜表面的分子印迹聚合物(MIP)膜。

除了上述必要的电极以外，本发明的电极还可以含有其它可选的修饰膜，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。

本发明还提供了所述经修饰的电极的制备方法，所述方法包括步骤：

(a)将碳纳米管涂覆到基底电极的表面，形成表面覆盖有碳纳米管膜的电极；和

(b)将分子印迹聚合物涂覆到所述表面覆盖有碳纳米管膜的电极，形成本发明所述的电极。

步骤(a)和步骤(b)中，将碳纳米管膜和分子印迹聚合物膜涂覆到电极表面的方式没有特别的限制，只要所述方式能够使得碳纳米管膜和分子印迹聚合物膜依次稳定地覆盖于基底电极的表面上。例如，所述的涂覆选自(但不限于)：溶液涂覆、喷涂、电解层积。

作为制备电极的优选方式，在步骤(a)中，采用溶液涂覆的方式将碳纳米管涂覆到基底电极的表面。具体地例如，所述步骤(a)的溶液涂覆步骤如下进行：将含碳纳米管的DMF溶液涂在基底电极的表面，晾干，获得带有碳纳米管膜的电极。更具体地，所述的含碳纳米管的DMF溶液中，碳纳米管的含量是例如0.5-2mg/mL。

作为制备电极的优选方式，在步骤(b)中，采用溶液涂覆的方式将分子印迹聚合物膜涂覆到碳纳米管膜的外层，具体地例如所述步骤(b)的涂覆步骤如下进行：将分子印迹聚合物和壳聚糖的混合溶液滴涂在步骤(a)获得的带有碳纳米管膜的电极表面，晾干，从而形成所述修饰电极。更具体地，所述的分子印迹聚合物和壳聚糖的混合溶液中，分子印迹聚合物的含量为0.8-1.2g/ml)，壳聚糖的浓度为4-6wt％)。

作为本发明的优选方式，在涂覆碳纳米管膜之前，还包括以下步骤：对基底电极进行预处理。对于基底电极的预处理可以采用本领域常用的技术进行，只要所述技术能够使得电极达到所需的平整度和清洁度，从而更加有利于后续碳纳米管膜的涂覆。通常，所述的预处理选自(但不限于)：电极表面打磨，电极表面抛光，和/或电极表面清洁。

所述预处理步骤中，所述电极表面打磨、电极表面抛光以及电极表面清洁各个步骤均可以采用本领域传统的方法。具体地例如，所述的电极表面清洁包括：用NaOH溶液(如约1mol/L)、HNO₃溶液、乙醇和/或蒸馏水洗涤。优选的，本发明人将基底电极进行打磨和抛光处理，之后用NaOH、HNO₃溶液、乙醇洗涤，最后用蒸馏水超声洗涤，并在室温下晾干。经过上述处理后，基底电极的表面光洁平滑，可以更好地满足涂覆膜以及后续检测的要求。

由于将碳纳米管膜与分子印迹聚合物膜依次涂覆于基底电极的表面且两层膜在基底电极的表面上非常稳定，因此本发明的电极在工作时选择性、灵敏性、重现性和稳定性均非常理想。本发明的电极可应用于选择性的检测待测样品中的硝基苯类化合物或其含量，对于痕量的硝基苯类化合物也能够特别灵敏地检测出。

本发明的电极可检测各种各样可能存在硝基苯类化合物的待测样品，也可用于成分复杂的待测样品的检测，例如自然水样品。本领域人员均了解，自然水样品中含有各种各样的大分子和有机物质，极易于对检测形成干扰，因此目前常规的检测手段还无法非常准确地检测出复杂水溶液中硝基苯类化合物的种类，或者重复性差。而本发明的电极可理想地用于复杂水溶液中硝基苯类化合物的检测，灵敏度好，多次检测的再现性好，结果稳定可靠。

所述的硝基苯类化合物选自(但不限于)：2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、1，3，5-三硝基苯(TNB)、2，4-二硝基甲苯(DNT)、1.3-二硝基苯(DNB)或其组合。。

本发明的电极用于选择性检测待测样品中的硝基化合物种类或其含量。更优选的，所述的电极用于检测水溶液中的硝基化合物种类或其含量。

所述的硝基化合物选自：2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、1，3，5-三硝基苯(TNB)、2，4-二硝基甲苯(DNT)、1.3-二硝基苯(DNB)或其组合。

由于本发明具有高度的选择性和灵敏度，因此本发明的电极可用于检测痕量的上述硝基化合物。在一优选例中，用于检测浓度在0.55μmol/L-5.5μmol/L之间的硝基化合物。

检测系统

本发明还提供一种选择性的检测硝基苯类化合物用的检测系统，所述的电化学系统中含有：一工作电极，所述的工作电极是本发明所述的电极。

作为本发明的优选方式，所述的电化学系统中还含有：一参比电极；和/或一对电极。

所述的参比电极没有具体限制，可以采用各种现有技术的或市售的参比电极，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。优选的，所述的参比电极是Ag/AgCl电极；Ag/AgCl电极是一种将AgCl镀于银丝的外表面而制成的电极，其被置于电极套管中。Ag/AgCl电极可以通过市售获得。在一优选例中，在所述的Ag/AgCl参比电极中，含有KCl，用于导电介质。更优选的，所述KCl的浓度是2-4mol/L。

所述的对电极没有具体限制，可以采用各种现有技术的或市售的参比电极，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。所述的对电极优选的是Pt电极。

作为本发明的优选方式，所述的检测系统是检测池(例如为电解池)，所述电解池中的电解液是磷酸缓冲液；更具体地所述的磷酸缓冲液的pH值为7左右，例如pH5-8；进一步优选的，所述的醋酸缓冲液的浓度是0.02-0.30mol/L，优选的是0.2±0.01mol/L，如0.19mol/L。所述电解池中的电解液还可以采用本领域传统的电解液，只要不对本发明的发明目的产生限制即可。在另一优选例中，所述的电化学系统是电解池。

作为本发明的优选方式，所述的检测系统如图2所示，在检测池中，以碳纳米管-分子印迹聚合物修饰电极为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，Pt为对电极，建立三电极系统，电解池中电解液为磷酸缓冲溶液。以电化学工作站对三电极体系进行数据控制传输，采用方波伏安法待测硝基苯类分子。还可以采用其它的方法进行数据控制运输，这些方法是本领域技术人员已知的。

此检测系统的电位窗口通常为-0.1～-1.0V，而溶解在电解质溶液中的氧气的还原峰通常在-0.6V左右，对实验会造成干扰，所以在检测前最好是通氮除氧15分钟以消除影响。

检测硝基苯类化合物的方法

本发明还提供一种检测样品中硝基苯类化合物含量的方法，所述方法包括步骤：

(a)采用检测方法为方波伏安法(Square Wave Voltammetry)(SWV)，调节电位窗口E_dep＝-0.1～-1.0V；

(b)将定量的待测样品加入到上述的检测系统中，使硝基苯类化合物被电还原；

(c)分析各硝基化合物还原峰的数量、峰电位及其还原峰的大小，从而得知检测样品中硝基化合物的种类及含量。

在一优选例中，将各硝基化合物还原峰的电位与相同检测条件下标准品的还原峰的电位进行比较，从而得知检测样品中硝基化合物的种类和含量；其中，所述的标准品是已知硝基化合物含量的溶液。

在步骤(a)中，检测电位是-0.1～-1.0V，当电位高于-1.0V时，部分碳纳米管的还原峰(-0.1～0.0V)会对硝基苯类化合物的还原峰，尤其是TNT和TNB的第一个还原峰(-0.3～-0.2V)，产生干扰；而且，硝基苯类化合物的三个还原峰全部位于-0.9V之前，所以，检测电位窗口选定为E_dep＝-0.1～-1.0V。

作为本发明的优选方式，在步骤(c)中，采用方波伏安法在电位0.0～-1.0V之间由高电位向低电位的方向扫描，从而硝基苯类化合物苯环上的硝基被还原成胺基。该电位范围内扫描即可使得硝基尽快的被还原，而电位过高会导致峰的干扰。

本发明的主要优点在于：

(1)本发明的电极采用具有表面活性基团的碳纳米管作为修饰剂，并在碳纳米管膜外涂覆分子印迹聚合物膜，由于分子印迹聚合物材料具有独特的与模板分子DNB的大小、形状和官能团相关联的空穴，故修饰电极的分子印迹聚合物层遇到DNB分子后，通过非共价的氢键结合DNB，从而实现对目标化合物的检测。而其他硝基苯类化合物，如DNT，TNB，TNT等，由于不符合空间的特质，故被阻止在分子印迹聚合物层之外，所以其他的硝基苯类化合物的响应极大的下降。通过以上原理，可以对目标化合物实现选择性检测，大大提高该电极的抗干扰能力。

(2)本发明的电极的优点是制备方法简单、成本低廉、无环境污染、响应速度快、稳定性好、灵敏度高，可快速测定多种硝基苯类化合物，能有效代替剧毒的汞电极。而且由于分子印迹聚合物材料具有很好的稳定性，还可以重复利用，这样就提高了修饰电极的稳定性和重现性。

(3)不同与以往定性实验所使用的液相色谱、气相色谱等技术，本发明的电极检测实际样品时，只需3-5min，能比较快速直接得到实验结果。

(4)本发明的电极制备方法和检测方法操作简单方便，使用的仪器价格便宜，成本低廉。

(5)本发明的检测方法中，以Ag/AgCl作为参比电极，可使得检测效果理想，并且比之以甘汞电极作为参比电极更加环保。

(6)本发明的电极采用“环境友好”的材料，重复使用不会造成环境污染，符合人们对于环保的要求。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。

实施例1本发明的电极的制备

1.玻碳电极的预处理

对玻碳电极的表面进行打磨和抛光处理，依次用1mol/L NaOH溶液、1mol/L HNO₃溶液、乙醇和二次蒸馏水超声洗涤。室温下晾干。

2.碳纳米管层修饰

用微量注射器吸取2μL 1mg/mL的碳纳米管溶液(碳纳米管购自深圳市纳米港有限公司，多壁碳纳米管，100μm；该溶液的溶剂是N，N-二甲基甲酰胺)，滴涂在玻碳电极表面，晾干10min。在玻碳电极的表面形成了碳纳米管膜。控制厚度为100-120μm。

3.电解质溶液的配制

2.355g KH₂PO₄和3.925gNa₂HPO₄溶于适量水中，加入蒸馏水稀释至500ml，用磷酸和NaOH溶液调节pH，获得pH＝7的0.2mol/L的磷酸缓冲液作为电解质。

4.分子印迹聚合物层修饰

用微量注射器吸取浓度为1g/mL的以DNB为模板的分子印迹聚合物(购自密理博公司)和壳聚糖的混合溶液，其中壳聚糖浓度为5wt％的醋酸溶液(壳聚糖浓度为5wt％，醋酸为5％的水溶液)，滴涂在玻碳电极表面，晾干10min。在玻碳电极的表面形成了分子印迹聚合物膜。控制厚度为300-500μm。

5.电极结构

上述方法获得的分子印迹聚合物-碳纳米管修饰电极的结构如图1所示，基底电极为玻碳电极1，涂覆于玻碳电极1的表面2之外的是碳纳米管层3，镀于碳纳米管层3外的是分子印迹聚合物层。

实施例2～5本发明的电极的制备

采用与实施例1类似的方法制备电极，其不同如下表1所示

表1：实施例2～5的制备条件

	基底电极种类	碳纳米管膜种类及其厚度	分子印迹聚合物膜种类及其厚度
				实施例3	玻碳电极	多壁碳纳米管，80μm	以TNT为模板的MIP
实施例4	玻碳电极	多壁碳纳米管，150μm	以TNB为模板的MIP
				实施例5	玻碳电极	多壁碳纳米管，110μm	以DNT为模板的MIP

注：实施例1～5中缩写注明如下：2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、1，3，5-三硝基苯(TNB)、2，4-二硝基甲苯(DNT)、1.3-二硝基苯(DNB)或其组合。

对比例A

采用与实施例1类似的方法制备电极，但是不经过分子印迹聚合物修饰。

对比例B

采用与实施例1类似的方法制备电极，但是不经过碳纳米管修饰。

对比例C

采用与实施例1类似的方法制备电极，但是不经过碳纳米管和分子印迹聚合物修饰。

实施例6电极系统

以实施例1制备的电极为工作电极；将AgCl镀于银丝的外部，形成Ag/AgCl，然后将Ag/AgCl置于套管中，并且在套管中加入3M NaCl，以该电极作为参比电极；以铂丝作为和对电极。

电极系统的结构如图3所示，在电解池容器7中含有电解溶液8(所述电解溶液为pH＝7.0的磷酸缓冲溶液)，容器上端为电极支架9，在电极支架9上分布有工作电极1、对电极5和参比电极6，各电极的下端浸入到电解溶液中，上端分别与电化学工作站相连接。

其中，在参比电极6的套管中含有NaCl溶液，Ag/AgCl的一端位于NaCl溶液中。

实施例7～10本发明的电极系统的制备

采用与不同的参比电极，并采用与实施例6类似的方法制备电极系统，其不同如下表1所示

表2：实施例7～10的制备条件

	工作电极	参比电极	对电极	电解液
					实施例3	玻碳电极	饱和甘汞电极	Pt电极	0.1mol/L的KCl
实施例4	玻碳电极	Ag/AgCl电极	Pt电极	0.1mol/L的KCl
					实施例5	玻碳电极	饱和甘汞电极	Pt电极	pH＝7.0的0.2mol/L的PBS溶液

性能实施例

1.1用本发明的电极检测标准溶液中硝基苯类化合物

在含有5mL pH＝7的磷酸缓冲溶液的电解池中加入不同浓度的1，3-二硝基苯(DNB)标准溶液，以实施例6所述的电化学系统、采用方波伏安法对标准溶液中DNB进行测定。结果发现，每加入一次，DNB在其上硝基的还原电位处，电流都有明显的增加，如图4所示，而且还原电流和DNB浓度成线性的关系，由此可知，如实施例1方法所制备的分子印迹聚合物/碳纳米管/GC修饰电极对DNB等硝基苯类化合物具有较低的检测限和较好的线性响应。

为了确保检验的准确性，对于同一样品本发明人连续6次对3个不同浓度进行了检测，检测的误差小于5％，可见本发明的电极是非常稳定的，再现性好。

1.2不同电极的比较

为了验证本发明的电极与裸玻碳电极或其它种类的修饰电极相比的效果，本发明人进行了深入的试验。

受试电极如下：

A.实施例1制备的电极；

B.对比例A中仅仅经碳纳米管修饰的电极；

C.对比例B中仅仅经分子印迹聚合物修饰的电极；

D.对比例C的裸玻碳电极。

试验方法如实施例3，比较以这些电极作为工作电极，对同一浓度DNB溶液的检测的情况。

结果发现，对于同一种样品，A电极具有良好的灵敏度，可最敏感地检测DNB，还原峰最为明显；B电极也出现了较好的还原峰，但和A相比有稍许的下降，这可能是表面修饰的不导电的分子印迹聚合物材料对电子传递起到了阻碍的作用；C。D电极也能出现还原峰，但还原峰明显不如A、B电极明显。

电极A、B、C和D的还原峰的情况见图5所示。

1.3

为了验证实施例1中分子印迹聚合物材料的独特的选择性效果，本发明人进行了深入的试验：

受试溶液如下：

A.1，3-二硝基苯(DNB)溶液(DNB的乙腈溶液，浓度为5.95μmol/L)

B.2，4-二硝基甲苯(DNT)溶液(DNT的乙腈溶液，浓度为5.49μmol/L)

C.1，3，5-三硝基苯(TNB)溶液(TNB的乙腈溶液，浓度为4.69μmol/L)

D.2，4，6-三硝基甲苯(TNT)溶液(TNT的乙腈溶液，浓度为4.40μmol/L)

从表3中可以看出，和碳纳米管修饰电极的响应相比，本发明电极对四种硝基苯类化合物的响应具有下降，这主要是因为分子印迹聚合物是一种不导电聚合物材料，修饰在电极表面之后影响了目标化合物和电极表面的电子传递，降低了电子传递的速度，进而对检测起到了阻碍作用。但由于分子印迹聚合物结构中存在着与模板分子DNB相对应的空穴，DNB分子可进入分子印迹聚合物层中，进而被检测。而其他硝基苯类化合物分子由于结构和大小与空穴不符，不易被检测，故电极的响应有明显的下降。这样就达到了选择性检测的目的。

表3

种类	碳纳米管修饰电极的电流百分比(Currentpercentage)	碳纳米管修饰电极相对于本发明修饰电极的电流百分比(CNTs modified electrode overMIP/CNTs modified electrode)
			DNB	100％	98.4％
DNT	100％	46.2％
			TNB	100％	39.8％
TNT	100％	33.1％

表3中缩写注明如下：2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、1，3，5-三硝基苯(TNB)、2，4-二硝基甲苯(DNT)、1.3-二硝基苯(DNB)或其组合。

表3显示了采用本发明的电极对不同种类硝基苯溶液的选择性检测。其中，假定碳纳米管修饰电极的响应为100％，本发明的电极对同种类同浓度的硝基苯类化合物的响应和碳纳米管修饰电极的响应相比较。

由此可以预料，采用特定模板的分子印迹聚合物，可以获得对模板化合物的选择性检测。

综上所述，本发明推出了一种修饰碳纳米管和分子印迹聚合物层的电极的制备及其实现快速测定硝基苯类化合物的方法。该方法具有灵敏度高、稳定性好、无环境污染、实验过程快速、操作简单、使用仪器价格便宜、制造成本低，可以应用于环境中硝基苯类化合物的直接快速测定。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种修饰电极，其用于选择性检测硝基苯类化合物，所述电极包括：

一基底电极；

一涂覆于所述基底电极表面的碳纳米管(CNTs)膜；

其特征在于，所述电极还包括：

一涂覆于所述碳纳米管膜表面的分子印迹聚合物(MIP)膜。

2.如权利要求1所述的电极，其特征在于，所述分子印迹聚合物膜为以1，3-二硝基苯分子为模板的分子印迹聚合物膜。

3.如权利要求2所述的电极，其特征在于，所述分子印迹聚合物膜采用如下方法制得：以待检测化合物为模板，以丙烯酰胺为功能单体，以二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂制得。

4.如权利要求1所述的电极，其特征在于，

所述基底电极是玻碳电极；和/或

所述碳纳米管膜选自：多壁碳纳米管。

5.一种如权利要求1所述的电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)将碳纳米管涂覆到基底电极的表面，形成表面覆盖有碳纳米管膜的电极；

(b)将分子印迹聚合物膜涂覆到所述步骤(a)的表面覆盖有碳纳米管膜的电极，形成所述修饰电极。

6.一种如权利要求1所述的电极的用途，其特征在于，用于选择性检测待测样品中的硝基化合物种类或其含量。

7.如权利要求6所述的用途，其特征在于，所述的硝基化合物选自：2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、1，3，5-三硝基苯(TNB)、2，4-二硝基甲苯(DNT)、1.3-二硝基苯(DNB)或其组合。

8.一种选择性检测硝基苯类化合物用电化学系统，其特征在于，所述的电化学系统中含有：

一工作电极，所述的工作电极是权利要求1所述的电极。

9.如权利要求8所述的电化学系统，其特征在于，所述的电化学系统中还含有：

一参比电极；和/或

一对电极。

10.一种检测样品中硝基化合物的方法，其特征在于，所述方法包括：

将定量的待测样品加入到权利要求8所述的电化学系统中，

采用方波伏安法(SWV)为检测方法，调节电位窗口E_dep＝-0.1～-1.0V，

分析各硝基化合物还原峰的数量及其还原峰的大小，从而得知所述待测样品中硝基化合物的种类及含量。

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