CN103439381A - 一种利用石墨烯/碳纳米管修饰电极检测痕量对苯二酚的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用石墨烯/碳纳米管修饰电极检测痕量对苯二酚的方法。石墨烯/碳纳米管修饰电极为工作电极，利用其对浓度为0.6、0.8、2、4、6、8、20、40和60μmol/L的对苯二酚产生的不同的电流催化强度，建立了一种测定水中痕量对苯二酚的方法。扫描电位-0.2V~0.6V，扫速为100mV/s。在pH=7.4的0.02mol/L磷酸盐缓冲溶液（PBS）中，对苯二酚的浓度在6×10-7~6×10-5mol/L范围内，浓度与电极表面的催化电流强度成良好的线性关系，检出限为2.13×10-7mol/L。本发明灵敏、选择性好，对于低浓度对苯二酚的检测更方便、简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用石墨烯/碳纳米管修饰电极高灵敏度的快速检测水中痕量对苯二酚的方法。
背景技术
对苯二酚常常作为一种重要的中间体，存在于农药、涂料、药物、显影等制造的工艺中，由此产生的废水、废弃、废渣对环境造成了很大的危害，人接触后对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用，可抑制中枢神经系统或损害肝、皮肤功能。水中的对苯二酚还会影响水体生物的生长，美国EPA由此还制定了关于对苯二酚的检测标准，因此有必要在现有的基础上提高灵敏度来研究一种对对苯二酚具有高灵敏度的检测方法。石墨烯/碳纳米管复合材料是一种新型的复合材料,具有着优异的导电性能、低电阻率、较大的比表面积，是一种具有储能能力的材料，被广泛的应用在电池、电容器材料中，将其应用于传感中未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种高灵敏度、高选择性、线性范围宽、仪器简单、重现性好、容易控制的对痕量对苯二酚进行测定的方法。
构思如下：由于碳纳米管其独特的二维纳米结构，优异的力学、电学、热学性能赢得了科学界广泛的关注，将其与石墨烯结合制成纳米复合材料，不仅保留有碳纳米管的特性，还兼具了石墨烯很强的导电性能，使得比表面积更大，更适合负载离子。应用于电化学传感器中，石墨烯/碳纳米管可以有效地增强电极的导电性能和催化性能，使得对苯二酚在底液中的电流响应强度增加；通过不断改变底液中对苯二酚的量来得到不同的电流响应响度，进而直接检测对苯二酚的含量。
本发明利用电化学法，石墨烯/碳纳米管增强对苯二酚在底液中的电流强度，对苯二酚浓度在6×10-7 ~ 6×10-5 mol/L范围内与电极表面电流强度成良好的线性关系。
具体步骤如下：
1、玻碳电极的处理：
将玻碳电极依次用1.0 ~ 0.05 μm的氧化铝粉进行表面抛光处理，然后依次在体积百分比为50 %的硝酸、无水乙醇和二次水中浸泡洗涤，取出后超声洗涤5 分钟。
2、碳纳米管的氧化：
在圆底烧瓶中加入20~50 mg单壁碳纳米管和20 mL浓度为6 mol/L的HNO3，在65 ℃水浴内反应10 ~ 30 小时后，进行抽滤，依次用NaOH和二次水进行清洗至溶液的pH值为6 ~ 8，得到氧化后的碳纳米管（黑色固体）。
3、石墨烯/碳纳米管复合纳米材料的制备：
依次将步骤（2）所得氧化后的碳纳米管、石墨烯和 NaBH4加入到盛有30 ~ 70 mL无水乙醇的三口烧瓶中，超声10 分钟使其分散均匀，70 ℃加热回流0.5 ~ 2 小时后进行抽滤，得到了石墨烯/碳纳米管复合纳米材料。
4、石墨烯/碳纳米管修饰电极的制备：
称取10 ~ 30 mg步骤（3）制得的石墨烯/碳纳米管复合纳米材料，用分析纯N，N-二甲基甲酰胺（DMF）定容至10 mL，超声30 分钟，形成黑色悬浮液，取黑色悬浮液5 ~ 20 μL，滴至步骤（1）处理好的玻碳电极后，用红外灯干燥待用。
5、检测方法：
将步骤（4）处理好的石墨烯/碳纳米管修饰电极分别置于含有浓度为0.6、0.8、2、4、6、8、20、40和60 μmol/L的对苯二酚的检测体系中，直接测定电流的强度；检测体系为：5 mL pH=7.4的0.02 mol/L的磷酸盐缓冲溶液（PBS）；用CHI660c电化学工作站进行检测，扫描电位- 0.2 V ~ 0.6 V，扫速为100 mV/s。
6、标准工作曲线的绘制：
在小烧杯中加入5 mL分别含有浓度为0.6、0.8、2、4、6、8、20、40和60 μmol/L的对苯二酚的0.02 mol/LPBS缓冲溶液（pH=7.4），进行电化学电流检测；对苯二酚的浓度在6×10-7 ~ 6×10-5 mol/L范围内，浓度与电流强度呈良好的线性关系，其线性回归方程为：I =0.420C+17.073，线性相关系数r=0.9983。
本发明克服了已有技术在检测时存在灵敏度低、样品处理复杂、仪器昂贵或实际应用范围窄等缺点，更好地提高了灵敏度和选择性，对于低浓度的对苯二酚的检测更简单。
附图说明
图1为本发明实施例不同的修饰电极在pH=7.4的0.02 mol/L的PBS缓冲溶液，对苯二酚浓度为60 μmol/L的差分脉冲伏安图，其中a裸玻碳电极；b为修饰了碳纳米管的玻碳电极；c为修饰了石墨烯/碳纳米管的玻碳电极。
图2为本发明实施例对苯二酚含量与电极表面的电流强度的关系图。
具体实施方式
实施例:
1、玻碳电极的处理：
将市售玻碳电极依次用1.0 μm、0.3 μm 和0.05 μm粒径的的氧化铝粉对其表面进行抛光，然后依次在体积百分比为50 %的硝酸、无水乙醇和二次水中超声洗涤10 分钟。
2、碳纳米管的氧化：
在圆底烧瓶中加入30 mg单壁碳纳米管和20 mL浓度为6 mol/L的HNO3，在65 ℃水浴内反应20 小时后，进行抽滤，依次用NaOH和二次水进行清洗至溶液的pH值为7，得到氧化后的碳纳米管（黑色固体）。
3、石墨烯/碳纳米管复合纳米材料的制备：
依次将步骤（2）所得氧化后的碳纳米管、石墨烯和 NaBH4加入到盛有50mL无水乙醇的三口烧瓶中，超声10 分钟使其分散均匀，70 ℃加热回流1 小时后进行抽滤，得到了石墨烯/碳纳米管复合纳米材料。
4、石墨烯/碳纳米管修饰电极的制备：
称取20 mg步骤（3）所得石墨烯/碳纳米管复合纳米材料，用分析纯N，N-二甲基甲酰胺（DMF）定容至10 mL，超声30 分钟，形成黑色悬浮液，取黑色悬浮液10 μL，滴至步骤（1）处理好的玻碳电极后，用红外灯干燥待用。
5、检测方法：
将步骤（4）处理好的石墨烯/碳纳米管修饰电极分别置于含有浓度为0.6、0.8、2、4、6、8、20、40和60 μmol/L的对苯二酚的检测体系中，直接测定电流的强度；检测体系为：5 mL pH=7.4的0.02 mol/L的磷酸盐缓冲溶液（PBS）；用CHI660c电化学工作站进行检测，扫描电位- 0.2 V ~ 0.6 V，扫速为100 mV/s。
6、标准工作曲线的绘制：
在小烧杯中加入5 mL分别含有浓度为0.6、0.8、2、4、6、8、20、40和60 μmol/L的对苯二酚的0.02 mol/LPBS缓冲溶液（pH=7.4），进行电化学电流检测。对苯二酚的浓度在6×10-7 ~ 6×10-5 mol/L范围内，浓度与电流强度呈良好的线性关系，其线性回归方程为：I =0.420C+17.073，线性相关系数r=0.9983。
7、水中对苯二酚含量的测定：
将取得的水样进行过滤、净化和富集后进行检测，由于水样品中未检出对苯二酚，故采用加标回收实验。设置扫描电压为- 0.2 V ~ 0.6 V，扫速为100 mV/s。根据校正曲线计算出对苯二酚的浓度C。计算回收率，结果如表1所示。
表1： 加标回收试验数据
Claims (1)
1.一种利用石墨烯/碳纳米管修饰电极检测痕量对苯二酚的方法，其特征在于具体步骤为：
（1）玻碳电极的处理：
将玻碳电极依次用1.0 ~ 0.05 μm的氧化铝粉进行表面抛光处理，然后依次在体积百分比为50 %的硝酸、无水乙醇和二次水中浸泡洗涤，取出后超声洗涤5 分钟；
（2）碳纳米管的氧化：
在圆底烧瓶中加入20~50 mg单壁碳纳米管和20 mL浓度为6 mol/L的HNO3，在65 ℃水浴内反应10 ~ 30 小时后，进行抽滤，依次用NaOH和二次水进行清洗至溶液的pH值为6 ~ 8，得到氧化后的碳纳米管；
（3）石墨烯/碳纳米管复合纳米材料的制备：
依次将步骤（2）所得氧化后的碳纳米管、石墨烯和 NaBH4加入到盛有30 ~ 70 mL无水乙醇的三口烧瓶中，超声10 分钟使其分散均匀，70 ℃加热回流0.5 ~ 2 小时后进行抽滤，得到了石墨烯/碳纳米管复合纳米材料；
（4）石墨烯/碳纳米管修饰电极的制备：
称取10 ~ 30 mg步骤（3）制得的石墨烯/碳纳米管复合纳米材料，用分析纯N，N-二甲基甲酰胺即DMF定容至10 mL，超声30 分钟，形成黑色悬浮液，取黑色悬浮液5 ~ 20 μL，滴至步骤（1）处理好的玻碳电极后，用红外灯干燥待用；
（5）检测方法：
将步骤（4）处理好的石墨烯/碳纳米管修饰电极分别置于含有浓度为0.6、0.8、2、4、6、8、20、40和60 μmol/L的对苯二酚的检测体系中，直接测定电流的强度；检测体系为：5 mL pH=7.4的0.02 mol/L的磷酸盐缓冲溶液即PBS；用CHI660c电化学工作站进行检测，扫描电位- 0.2 V ~ 0.6 V，扫速为100 mV/s；
（6）标准工作曲线的绘制：
在小烧杯中加入5 mL分别含有浓度为0.6、0.8、2、4、6、8、20、40和60 μmol/L的对苯二酚的0.02 mol/L磷酸盐缓冲溶液，磷酸盐缓冲溶液pH=7.4，进行电化学电流检测；对苯二酚的浓度在6×10-7 ~ 6×10-5 mol/L范围内，浓度与电流强度呈良好的线性关系，其线性回归方程为：I =0.420C+17.073，线性相关系数r=0.9983。
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