CN106525936B - 一种用于检测氨基芘的双信号电化学传感器制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电化学传感器检测氨基芘技术领域，尤其是一种用于检测氨基芘的电化学传感器制备方法以及该电化学传感器及其应用，通过石墨烯纳米带、纳米金、β‑环糊精对电极进行修饰处理，使得电子传递速度加快，使得β‑环糊精作为主体分子，以罗丹明B作为探针分子，使得在没有目标分子氨基芘时，罗丹明B进入β‑环糊精的内腔，在当目标分子氨基芘存在时，与罗丹明B分子形成竞争，进入β‑环糊精的内腔，使得罗丹明B、目标分子氨基芘的电化学信号发生改变，通过将这种改变作为氨基芘分子响应信号，实现对氨基芘的双信号高灵敏检测，提高检测准确率。
Description
技术领域
本发明涉及电化学传感器检测氨基芘技术领域，尤其是一种用于检测氨基芘的双信号电化学传感器制备方法及其应用。
背景技术
多环芳烃是煤、石油、木材、烟草、有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物，具体包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物，是具有致癌高毒的多苯环类环境污染物，广泛分布在生活环境中。氨基芘是属于上述多环芳烃化合物的衍生物，其也具有极高的致癌、致突变的危害，具有电化学活性；对于环境中的氨基芘含量检测，提高检测灵敏性，成为评价和控制环境中致癌物质十分重要的技术手段。
目前，对于氨基芘的测定主要采取气相色谱法、气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用、高效液相色谱等方法，这些方法在检测过程中，不仅操作复杂、成本高，而且耗时较长；而对于电化学传感器检测方法，其具有设备简单、检测周期短、操作简单等优点，但是，对于电化学传感器在对氨基芘检测领域的应用相对较少，甚至未见有任何采用罗丹明B作为探针分子、氨基芘作为目标分子，并通过两者的电化学信号改变值作为信号，来提高对氨基芘检测灵敏度的技术文献报道。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种用于检测
具体是通过以下技术方案得以实现的：
一种用于检测氨基芘的双信号电化学传感器制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米碳管溶解于混合酸中，电磁搅拌0.5-1.5h，加入5倍重量于纳米碳管的高锰酸钾，加热到65-75℃反应1.8-2.3h，置于冰浴中终止反应，过滤、洗涤、烘干；
(2)将步骤(1)获得的产物超声分散于水中，得到浓度为2-5mg/mL的悬浮液；将悬浮液滴加到电极上，使得在电极上形成均匀分散层，自然晾干，得到预修饰电极；
(3)将步骤(2)的修饰电极置于浓度为0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中，采用电化学沉积法，控制电位为-1.4V至-1.3V，沉积处理600-900s，置于室温真空干燥，得到修饰电极；
(4)将步骤(3)的修饰电极作为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂片电极为辅助电极，构成用于检测氨基芘的电化学传感器。
所述的混合酸为浓硫酸与磷酸按照质量比为9:1混合而成的混合酸；并且混合酸的用量能够使得溶解的纳米碳管能够刚好溶解。
所述的步骤(2)，将悬浮液滴加到电极上，电极为玻碳电极、石墨电极、ITO玻璃电极、丝网印刷碳电极中的任意一种。
所述的磷酸盐缓冲溶液，其中还含有0.5-1.5mmol/L的氯金酸和0.1-0.2mg/mL的β-环糊精。
上述的用于检测氨基芘的电化学传感器，在进行工作检测时，是在PAR2273电化学综合测试系统，即就是在PAR2273电化学工作站上进行的。
上述的方法制备的用于检测氨基芘的电化学传感器的应用，包括以下步骤：
(1)建立标准曲线：将修饰电极浸泡于0.5-20umol/L的罗丹明B溶液中，浸泡30-60s，取出，淋洗干净，得到罗丹明B溶液处理的修饰电极，检测罗丹明B信号，并将该电极进入不同质量浓度的氨基芘溶液中，浸泡120-200s，并在每一种浓度中浸泡完成后，采用水淋洗干净，并在0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中采用差分脉冲法测定氨基芘与罗丹明B的信号，并将罗丹明B信号降低的绝对值以|ΔIRhB|计，将氨基芘信号增加值以ΔIAP计，并将|ΔIRhB|与ΔIAP进行叠加之后，以Y计，作为氨基芘的浓度响应信号，并得出Y值与氨基芘浓度的线性关系，在以下条件下得到良好的满足：
a、1-氨基芘的线性范围为12.2—780nmol/L，线性方程为Y＝0.0547C+0.3756，线性相关系数R2＝0.9932，检出限为7.1nmol/L；
b、4-氨基芘的线性范围为9.6—650nmol/L，线性方程为Y＝0.0454C-0.1654，线性相关系数R2＝0.9918，检出限为4.1nmol/L；
c、1，3-二氨基芘的线性范围为7.5—750nmol/L，线性方程为Y＝0.0368C+0.1427，线性相关系数R2＝0.9945，检出限为3.8nmol/L；
(2)检测待测样品：将修饰电极浸泡于0.5-20umol/L的罗丹明B溶液中，浸泡30-60s，取出，淋洗干净，得到罗丹明B溶液处理的修饰电极，检测罗丹明B信号，并将该电极进入待测样品溶液中，浸泡120-200s，取出电极淋洗干净，并在0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中采用差分脉冲法测定氨基芘与罗丹明B的信号，并将罗丹明B信号降低的绝对值以|ΔIRhB|计，将氨基芘信号增加值以ΔIAP计，并将|ΔIRhB|与ΔIAP进行叠加，获得叠加值，并将叠加值代入上述线性方程中，即可得出氨基芘含量。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
首先制备石墨烯纳米带，采用电化学沉积法一步制备β-环糊精/纳米金/石墨烯纳米带电化学传感器，石墨烯纳米带和纳米金可提高电子传递速度，可固定β-环糊精，使得β-环糊精作为主体分子，以罗丹明B作为探针分子，使得在没有目标分子氨基芘时，罗丹明B进入β-环糊精的内腔，在当目标分子氨基芘存在时，与罗丹明B分子形成竞争，进入β-环糊精的内腔，使得罗丹明B、目标分子氨基芘的电化学信号发生改变，通过将这种改变作为氨基芘分子响应信号，实现对氨基芘的双信号高灵敏检测，提高检测准确率；并且通过上述处理的电化学传感器具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好、选择性好、操作简便等优点。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
一种用于检测氨基芘的双信号电化学传感器制备方法，包括以下步骤：
(1)将纳米碳管溶解于混合酸中，电磁搅拌0.5-1.5h，加入5倍重量于纳米碳管的高锰酸钾，加热到65-75℃反应1.8-2.3h，置于冰浴中终止反应，过滤、洗涤、烘干；
(2)将步骤(1)获得的产物超声分散于水中，得到浓度为2-5mg/mL的悬浮液；将悬浮液滴加到电极上，使得在电极上形成均匀分散层，自然晾干，得到预修饰电极；
(3)将步骤(2)的修饰电极置于浓度为0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中，控制电位为-1.4V至-1.3V，沉积处理600-900s，置于室温真空干燥，得到修饰电极；
(4)将步骤(3)的修饰电极作为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂片电极为辅助电极，构成用于检测氨基芘的电化学传感器。
混合酸的用量能够使得溶解的纳米碳管能够刚好溶解。
所述的磷酸盐缓冲溶液，其中还含有0.5mmol/L的氯金酸和0.1mg/mL的β-环糊精。
实施例2
实施例1的基础上，其他均同实施例1，所述的混合酸为浓硫酸与磷酸按照质量比为9:1混合而成的混合酸；并且混合酸的用量能够使得溶解的纳米碳管能够刚好溶解。所述的步骤(2)，将悬浮液滴加到电极上，电极为玻碳电极。所述的磷酸盐缓冲溶液，其中还含有1.5mmol/L的氯金酸和0.2mg/mL的β-环糊精。
实施例3
实施例1的基础上，其他均同实施例1，所述的混合酸为浓硫酸与磷酸按照质量比为9:1混合而成的混合酸；并且混合酸的用量能够使得溶解的纳米碳管能够刚好溶解。所述的步骤(2)，将悬浮液滴加到电极上，电极为石墨电极。
所述的磷酸盐缓冲溶液，其中还含有1mmol/L的氯金酸和0.15mg/mL的β-环糊精。
实施例4
实施例1的基础上，其他均同实施例1，所述的混合酸为浓硫酸与磷酸按照质量比为9:1混合而成的混合酸；并且混合酸的用量能够使得溶解的纳米碳管能够刚好溶解。所述的步骤(2)，将悬浮液滴加到电极上，电极为石墨电极。
所述的磷酸盐缓冲溶液，其中还含有1mmol/L的氯金酸和0.2mg/mL的β-环糊精。
实施例5
对氨基芘检测的方法，其包括以下步骤：
(1)建立标准曲线：将修饰电极浸泡于0.5-20umol/L的罗丹明B溶液中，浸泡30-60s，取出，淋洗干净，得到罗丹明B溶液处理的修饰电极，检测罗丹明B信号，并将该电极进入不同质量浓度的氨基芘溶液中，浸泡120-200s，并在每一种浓度中浸泡完成后，采用水淋洗干净，并在0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中采用差分脉冲法测定氨基芘与罗丹明B的信号，并将罗丹明B信号降低的绝对值以|ΔIRhB|计，将氨基芘信号增加值以ΔIAP计，并将|ΔIRhB|与ΔIAP进行叠加之后，以Y计，作为氨基芘的浓度响应信号，并得出Y值与氨基芘浓度的线性关系，在以下条件下得到良好的满足：
a、1-氨基芘的线性范围为12.2—780nmol/L，线性方程为Y＝0.0547C+0.3756，线性相关系数R2＝0.9932，检出限为7.1nmol/L；
b、4-氨基芘的线性范围为9.6—650nmol/L，线性方程为Y＝0.0454C-0.1654，线性相关系数R2＝0.9918，检出限为4.1nmol/L；
c、1，3-二氨基芘的线性范围为7.5—750nmol/L，线性方程为Y＝0.0368C+0.1427，线性相关系数R2＝0.9945，检出限为3.8nmol/L；
(2)检测待测样品：将修饰电极浸泡于0.5-20umol/L的罗丹明B溶液中，浸泡30-60s，取出，淋洗干净，得到罗丹明B溶液处理的修饰电极，检测罗丹明B信号，并将该电极进入待测样品溶液中，浸泡120-200s，取出电极淋洗干净，并在0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中采用差分脉冲法测定氨基芘与罗丹明B的信号，并将罗丹明B信号降低的绝对值以|ΔIRhB|计，将氨基芘信号增加值以ΔIAP计，并将|ΔIRhB|与ΔIAP进行叠加，获得叠加值，并将叠加值代入上述线性方程中，即可得出氨基芘含量。
实施例6
将少壁纳米碳管溶解于混合酸中，电磁搅拌0.5-1h，加入5倍重量于纳米碳管的高锰酸钾，加热到65-75℃反应2.0h，置于冰浴中终止反应，过滤、洗涤、烘干；
(2)将步骤(1)获得的产物超声分散于水中，得到浓度为3mg/mL的悬浮液；将悬浮液滴加到玻碳电极上，使得在电极上形成均匀分散层，自然晾干，得到预修饰电极；
(3)将步骤(2)的修饰电极置于浓度为0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中，控制电位为-1.4V，沉积处理600s，置于室温真空干燥，得到修饰电极；
(4)将步骤(3)的修饰电极作为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂片电极为辅助电极，构成用于检测氨基芘的电化学传感器。
混合酸的用量能够使得溶解的纳米碳管能够刚好溶解。
所述的磷酸盐缓冲溶液，其中还含有0.5mmol/L的氯金酸和0.1mg/mL的β-环糊精。
(5)建立标准曲线：将(4)制备的修饰电极浸泡于10umol/L的罗丹明B溶液中，浸泡60s，取出，淋洗干净，得到罗丹明B溶液处理的修饰电极，检测罗丹明B信号，并将该电极进入不同质量浓度的氨基芘溶液中，浸泡200s，并在每一种浓度中浸泡完成后，采用水淋洗干净，并在0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中采用差分脉冲法测定氨基芘与罗丹明B的信号，并将罗丹明B信号降低的绝对值以|ΔIRhB|计，将氨基芘信号增加值以ΔIAP计，并将|ΔIRhB|与ΔIAP进行叠加之后，以Y计，作为1-氨基芘的浓度响应信号，并得出Y值与1-氨基芘浓度的线性关系，在以下条件下得到良好的满足：
1-氨基芘的线性范围为12.2—780nmol/L，线性方程为Y＝0.0547C+0.3756，线性相关系数R2＝0.9932，检出限为7.1nmol/L；
(2)检测湘江河水及某工厂废水中1-氨基芘的含量：将修饰电极浸泡于10umol/L的罗丹明B溶液中，浸泡60s，取出，淋洗干净，得到罗丹明B溶液处理的修饰电极，检测罗丹明B信号，并将该电极进入湘江河水及某工厂废水待测样品溶液中，浸泡200s，取出电极淋洗干净，并在0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中采用差分脉冲法测定1-氨基芘与罗丹明B的信号，并将罗丹明B信号降低的绝对值以|ΔIRhB|计，将氨基芘信号增加值以ΔIAP计，并将|ΔIRhB|与ΔIAP进行叠加，获得叠加值，并将叠加值代入上述线性方程中，可得出湘江河水中1-氨基芘的含量为0，某工厂废水中1-氨基芘含量为14.7nmol/L，向两种样品中分别加入20nmol/L的1-氨基芘标准品，加标回收率分别为99.3％和99.7％，说明该方法用于水样中1-氨基芘的测定，准确性高。
具体本发明创造是：根据氨基芘出峰位置不同来判断1-氨基芘、4-氨基芘和1，3-二氨基芘。
Claims (6)
1.一种用于检测氨基芘的双信号电化学传感器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纳米碳管溶解于混合酸中，电磁搅拌0.5-1.5h，加入5倍重量于纳米碳管的高锰酸钾，加热到65-75℃反应1.8-2.3h，置于冰浴中终止反应，过滤、洗涤、烘干；
(2)将步骤(1)获得的产物超声分散于水中，得到浓度为2-5mg/mL的悬浮液；将悬浮液滴加到电极上，使得在电极上形成均匀分散层，自然晾干，得到预修饰电极；
(3)将步骤(2)的修饰电极置于浓度为0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中，采用电化学沉积法，沉积电位为-1.4V～-1.3V，沉积时间为600-900s，置于室温真空干燥，得到预修饰电极；
(4)将步骤(3)的修饰电极作为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂片电极为辅助电极，构成用于检测氨基芘的电化学传感器；
所述的磷酸盐缓冲溶液，其中还含有0.5-1.5mmol/L的氯金酸和0.1-0.2mg/mL的β-环糊精。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的混合酸为浓硫酸与磷酸按照质量比为9:1混合而成的混合酸；并且混合酸的用量能够使得溶解的纳米碳管能够刚好溶解。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤(2)，将悬浮液滴加到电极上，电极为玻碳电极、石墨电极、ITO玻璃电极、丝网印刷碳电极中的任意一种。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法制备的用于检测氨基芘的电化学传感器。
5.如权利要求4所述的用于检测氨基芘的电化学传感器，其特征在于，在进行工作检测时，是在PAR2273电化学综合测试系统，即就是在PAR2273电化学工作站上进行的。
6.如权利要求1-3任一所述的方法制备的用于检测氨基芘的双信号电化学传感器的应用，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立标准曲线：将修饰电极浸泡于0.5-20umol/L的罗丹明B溶液中，浸泡30-60s，取出，淋洗干净，得到罗丹明B溶液处理的修饰电极，检测罗丹明B信号，并将该电极浸入不同质量浓度的氨基芘溶液中，浸泡120-200s，并在每一种浓度中浸泡完成后，采用水淋洗干净，并在0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中采用差分脉冲法测定氨基芘与罗丹明B的信号，并将罗丹明B信号降低的绝对值以|ΔI RhB|计，将氨基芘信号增加值以ΔI AP计，并将|ΔIRhB|与ΔI AP进行叠加之后，以Y计，作为氨基芘的浓度响应信号，并得出Y值与氨基芘浓度的线性关系，在以下条件下得到良好的满足：
a、1-氨基芘的线性范围为12.2—780nmol/L，线性方程为Y＝0.0547C+0.3756，线性相关系数R2＝0.9932，检出限为7.1nmol/L；
b、4-氨基芘的线性范围为9.6—650nmol/L，线性方程为Y＝0.0454C-0.1654，线性相关系数R2＝0.9918，检出限为4.1nmol/L；
c、1，3-二氨基芘的线性范围为7.5—750nmol/L，线性方程为Y＝0.0368C+0.1427，线性相关系数R2＝0.9945，检出限为3.8nmol/L；
(2)检测待测样品：将修饰电极浸泡于0.5-20umol/L的罗丹明B溶液中，浸泡30-60s，取出，淋洗干净，得到罗丹明B溶液处理的修饰电极，检测罗丹明B信号，并将该电极浸入待测样品溶液中，浸泡120-200s，取出电极淋洗干净，并在0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液中采用差分脉冲法测定氨基芘与罗丹明B的信号，并将罗丹明B信号降低的绝对值以|ΔI RhB|计，将氨基芘信号增加值以ΔI AP计，并将|ΔI RhB|与ΔI AP进行叠加，获得叠加值，并将叠加值代入上述线性方程中，即可得出氨基芘含量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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