CN104267078A - 一种快速检测三聚氰胺的电化学传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖改性电极的电化学传感器及其制备方法，并用于快速检测三聚氰胺。本发明用碳纳米管、壳聚糖与二价三价铁盐制备出磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)，并用其对玻璃碳电极改性，并以此来构建Fe3O4/MWCNTs/CHIT电化学传感器，用于快速检测三聚氰胺。本发明涉及的电化学传感器在测量食品中三聚氰胺的过程中，具有操作简单、稳定性好、响应快速、灵敏度高、检测限低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及电化学传感器领域，尤其涉及一种基于磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖改性电极的电化学传感器及其制备方法，并用于三聚氰胺的检测。
背景技术
三聚氰胺是一种用途广泛的基本有机化工中间产品，由于三聚氰胺分子中氮原子的质量分数高达66％，且价格低廉，近年来，一些不法商贩将其掺入食品或饲料中提高氮含量以冒充蛋白质。人体长期摄入三聚氰胺会造成生殖、泌尿系统的损害，膀胱、肾部结石，并可进一步诱发膀胱癌。三聚氰胺进入人体后，发生取代反应(水解)，生成三聚氰酸，三聚氰酸和三聚氰胺形成大的网状结构，造成结石。所以检测饮用水及食品中的三聚氰胺成为一个重要的课题。
目前检测三聚氰胺的方法主要有：高效液相色谱(HPLC)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、液相色谱-质谱联用(LC-MS)和毛细管电泳-质谱联用(CE-MS)等，这些传统方法通常需要复杂的预处理或者贵重的检验设备，导致检验的时间延长和检测费用增加、不便于常规检测。近年来比色法和荧光法检测三聚氰胺得到了应用，但涉及到贵重电极与较贵的荧光材料的使用。因此，需要制备一种快速、高灵敏度、高选择性、造价低、利用微型化和集成化的传感器以检测三聚氰胺。
发明内容
本发明提供一种快速检测三聚氰胺的电化学传感器，其步骤如下：
(1)碳纳米管的羧酸化：
将原始多壁碳纳米管(p-MWCNTs)置于锥形瓶中，加入浓硫酸和浓硝酸的混合酸加热，保持60～80℃恒温，超声反应5～8h，形成均匀的溶液，将溶液调整至中性，产物在80～100℃真空烘箱中干燥8～24h，得到羧酸基化的碳纳米管(f-MWCNTs)；
所述混合酸中浓硫酸与浓硝酸的体积比为1～3：1，所述多壁碳纳米管与混合酸的质量体积比(g/mL)为1：400～1000；
(2)磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)的制备：
将壳聚糖粉末溶解于1％(质量分数)的乙酸溶液中，超声波处理30min，形成壳聚糖溶液；将羧基化碳纳米管溶解于去离子水中，配制成0.01～0.05mg/mL的溶液，将其加入壳聚糖溶液，加入二价铁盐(FeCl2·4H2O)和三价铁盐(FeCl3·6H2O)，加入25％的氨水(NH3·H2O)，在恒温离心搅拌机内以1500～2000r/min的速度搅拌4～6h，温度保持在80～90℃；最后经离心分离，用1％的乙酸溶液洗去未反应的壳聚糖，用去离子水清洗至pH中性，在40～60℃真空干燥7～12h，即制得磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)；
所述壳聚糖、羧基化碳纳米管水溶液与乙酸溶液的质量体积比(g/mL/mL)为：1：50：100～250；
所述乙酸溶液可以添加1％～2.5％的乳化剂，所述乳化剂为吐温80和/或司盘80；
所述二价铁盐、三价铁盐与壳聚糖溶液、氨水的质量体积比(g/g/mL/mL)为：1：3：100～300：25～50；
(3)玻璃电极的改性：
将制得的磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)分散至无水乙醇中，超声分散15～30min，得到均匀的Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液，取Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液1～5μL，滴加到用氧化铝抛光的玻璃碳电极的表面，放在真空干燥器中干燥12～36h，即得到Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性的电极；
(4)传感器的制备：
以步骤(3)制备的Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性电极为工作电极，铂丝为辅助电极，饱和甘汞电极(SEC)为参比电极制作成电化学传感器。
本发明制备的基于磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)改性电极的电化学传感器，在测量食品中三聚氰胺的过程中，具有操作简单、稳定性好、响应快速、灵敏度高、检测限低的特点。
具体实施方式
下面通过具体实施例，进一步对本发明的技术方案进行具体说明。应该理解，下面的实施例只是作为具体说明，而不限制本发明的范围，同时本领域的技术人员根据本发明所做的显而易见的改变和修饰也包含在本发明范围之内。
实施例1
本发明提供一种快速检测三聚氰胺的电化学传感器，其步骤如下：
(1)碳纳米管的羧酸化：
将原始多壁碳纳米管(p-MWCNTs)0.8g置于锥形瓶中，加入450mL浓硫酸和浓硝酸(浓硫酸与浓硝酸的体积比为2：1)的混合酸加热，保持73℃恒温，超声反应7h，形成均匀的溶液，将溶液调整至中性，产物在90℃真空烘箱中干燥16h，得到羧酸基化的碳纳米管(f-MWCNTs)；
(2)磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)的制备：
将1g壳聚糖粉末溶解于180mL1％(质量分数)的乙酸溶液(含1.7％的司盘80)中，超声波处理30min，形成壳聚糖溶液，将羧基化碳纳米管溶解于去离子水中，配制成0.03mg/mL的溶液，取50mL加入壳聚糖溶液，再加入1g二价铁盐(FeCl2·4H2O)和3g三价铁盐(FeCl3·6H2O)，再加入42mL25％的氨水(NH3·H2O)，在恒温离心搅拌机内以1700r/min的速度搅拌5h，温度保持在85℃；最后经离心分离，用1％的乙酸溶液洗去未反应的壳聚糖，用去离子水清洗至pH中性，在55℃真空干燥9h，即制得磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)；
(3)玻璃电极的改性：
将制得的磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)分散至无水乙醇中，超声分散25min，得到均匀的Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液，取Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液3μL，滴加到用氧化铝抛光的玻璃碳电极的表面，放在真空干燥器中干燥24h，即得到Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性的电极；
(4)传感器的制备：
以步骤(3)制备的Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性电极为工作电极，铂丝为辅助电极，饱和甘汞电极(SEC)为参比电极制作成电化学传感器。
实施例2
本发明提供一种快速检测三聚氰胺的电化学传感器，其步骤如下：
(1)碳纳米管的羧酸化：
将原始多壁碳纳米管(p-MWCNTs)0.5g置于锥形瓶中，加入200mL浓硫酸和浓硝酸的混合酸(浓硫酸与浓硝酸的体积比为1：1)加热，保持60℃恒温，超声反应8h，形成均匀的溶液，将溶液调整至中性，产物在80℃真空烘箱中干燥24h，得到羧酸基化的碳纳米管(f-MWCNTs)；
(2)磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)的制备：
将0.5g壳聚糖粉末溶解于50mL1％(质量分数)的乙酸溶液中，超声波处理30min，形成壳聚糖溶液，将羧基化碳纳米管溶解于去离子水中，配制成0.01mg/mL的溶液，取25mL加入到壳聚糖溶液中，再加入0.5g二价铁盐(FeCl2·4H2O)和1.5g三价铁盐(FeCl3·6H2O)，再加入12.5mL25％的氨水(NH3·H2O)，在恒温离心搅拌机内以1500r/min的速度搅拌6h，温度保持在80℃；最后经离心分离，用1％的乙酸溶液洗去未反应的壳聚糖，用去离子水清洗至pH中性，在40℃真空干燥12h，即制得磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)；
(3)玻璃电极的改性：
将制得的磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)分散至无水乙醇中，超声分散15min，得到均匀的Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液，取Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液1μL，滴加到用氧化铝抛光的玻璃碳电极的表面，放在真空干燥器中干燥12h，即得到Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性的电极；
(4)传感器的制备：
以步骤(3)制备的Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性电极为工作电极，铂丝为辅助电极，饱和甘汞电极(SEC)为参比电极制作成电化学传感器。
实施例3
本发明提供一种快速检测三聚氰胺的电化学传感器，其步骤如下：
(1)碳纳米管的羧酸化：
将原始多壁碳纳米管(p-MWCNTs)0.2g置于锥形瓶中，加入200mL浓硫酸和浓硝酸的混合酸(浓硫酸与浓硝酸的体积比为3：1)加热，保持80℃恒温，超声反应5h，形成均匀的溶液，将溶液调整至中性，产物在100℃真空烘箱中干燥8h，得到羧酸基化的碳纳米管(f-MWCNTs)；
(2)磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)的制备：
将2g壳聚糖粉末溶解于500mL1％(质量分数)的乙酸溶液中，超声波处理30min，形成壳聚糖溶液，将羧基化碳纳米管溶解于去离子水中，配制成0.05mg/mL的溶液，取100mL加入壳聚糖溶液，再加入2g二价铁盐(FeCl2·4H2O)和6g三价铁盐(FeCl3·6H2O)，再加入25％的氨水(NH3·H2O)100mL，在恒温离心搅拌机内以2000r/min的速度搅拌4h，温度保持在90℃；最后经离心分离，用1％的乙酸溶液洗去未反应的壳聚糖，用去离子水清洗至pH中性，在60℃真空干燥7h，即制得磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)；
(3)玻璃电极的改性：
将制得的磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)分散至无水乙醇中，超声分散30min，得到均匀的Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液，取Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液5μL，滴加到用氧化铝抛光的玻璃碳电极的表面，放在真空干燥器中干燥36h，即得到Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性的电极；
(4)传感器的制备：
以步骤(3)制备的Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性电极为工作电极，铂丝为辅助电极，饱和甘汞电极(SEC)为参比电极制作成电化学传感器。
Claims (6)
1.一种快速检测三聚氰胺的电化学传感器的制备方法，其步骤如下：
(1)碳纳米管的羧酸化：
将原始多壁碳纳米管(p-MWCNTs)置于锥形瓶中，加入浓硫酸和浓硝酸的混合酸加热，保持60～80℃恒温，超声反应5～8h，形成均匀的溶液，将溶液调整至中性，产物在80～100℃真空烘箱中干燥8～24h，得到羧酸基化的碳纳米管(f-MWCNTs)；
所述混合酸中浓硫酸与浓硝酸的体积比为1～3：1，所述多壁碳纳米管与混合酸的质量体积比(g/mL)为1：400～1000；
(2)磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)的制备：
将壳聚糖粉末溶解于1％(质量分数)的乙酸溶液中，超声波处理30min，形成壳聚糖溶液，将羧基化碳纳米管溶解于去离子水中，配制成0.01～0.05mg/mL的溶液，将其加入壳聚糖溶液，加入二价铁盐(FeCl2·4H2O)和三价铁盐(FeCl3·6H2O)，加入25％的氨水(NH3·H2O)，在恒温离心搅拌机内以1500～2000r/min的速度搅拌4～6h，温度保持在80～90℃；最后经离心分离，用1％的乙酸溶液洗去未反应的壳聚糖，用去离子水清洗至pH中性，在40～60℃下真空干燥7～12h，即制得磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)；
所述壳聚糖、羧基化碳纳米管水溶液与乙酸溶液的质量体积比(g/mL/mL)为：1：50：100～250；
所述乙酸溶液可以添加1％～2.5％的乳化剂，所述乳化剂为吐温80和/或司盘80；
所述二价铁盐、三价铁盐与壳聚糖溶液、氨水的质量体积比(g/g/mL/mL)为：1：3：100～300：25～50；
(3)玻璃电极的改性：
将制得的磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)分散至无水乙醇中，超声分散15～30min，得到均匀的Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液，取Fe3O4/MWCNTs/CHIT悬浮液1～5μL，滴加到用氧化铝抛光的玻璃碳电极的表面，放在真空干燥器中干燥12～36h，即得到Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性的电极；
(4)传感器的制备：
以步骤(3)制备的Fe3O4/MWCNTs/CHIT改性电极为工作电极，铂丝为辅助电极，饱和甘汞电极(SEC)为参比电极制作成电化学传感器。
2.根据权利要求1所述电化学传感器的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述混合酸中浓硫酸与浓硝酸的体积比为2：1，所述多壁碳纳米管与混合酸的质量体积比(g/mL)为1：562.5。
3.根据权利要求1所述电化学传感器的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述壳聚糖、羧基化碳纳米管水溶液与乙酸溶液的质量体积比(g/mL/mL)为：1：50：180；所述二价铁盐、三价铁盐与壳聚糖溶液、氨水的质量体积比(g/g/mL/mL)为：1：3：180：42。
4.根据权利要求1所述电化学传感器的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述乙酸溶液添加了1％～2.5％的乳化剂，所述乳化剂为吐温80和/或司盘80。
5.一种基于磁性粒子/碳纳米管/壳聚糖(Fe3O4/MWCNTs/CHIT)改性电极的电化学传感器，其特征在于：所述电化学传感器是采用权利要求1～4所述任一制备方法来制备的。
6.一种基于权利要求5所述的电化学传感器的用途，其特征在于：所述电化学传感器用于检测食品中的三聚氰胺含量。
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| CN104267078B (zh) | 2016-08-24 |
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