CN109613090B - 海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料及其制备得到的电极与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海胆型普鲁士蓝‑钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料及其制备得到的电极与应用。所述的材料的制备方法包含如下步骤：S11.将K₃Fe(CN)₆加入到混合溶液中，磁力搅拌溶解；S12.将上述溶液放入水热反应釜中置于烘箱中反应，得到普鲁士蓝；S13.取普鲁士蓝加入水中，超声分散均匀后在磁力搅拌下分别滴加PdCl₂溶液和NaBH₄溶液，即可得到海胆型普鲁士蓝‑钯核壳结构材料；S14.取制得的海胆型普鲁士蓝‑钯核壳结构材料在DMF中配成分散液，随后与氮掺杂石墨烯分散液超声混合后，离心干燥后即得所述的材料。利用该材料制备得到的电极可以用于定量检测人体尿液和兔血清中的鸟嘌呤含量，且具有检测范围宽、灵敏度高、检出限低、稳定性好和抗干扰性强等优点。

Description

海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材 料及其制备得到的电极与应用

技术领域

本发明涉及材料制备和电化学分析技术领域，具体涉及一种海胆型普鲁士蓝 -钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料及其制备得到的电极与应用。

背景技术

鸟嘌呤是构成DNA结构的基本组成部分的重要嘌呤基，其参与生物体内能量转导、代谢辅因子和细胞信号等各种过程，在遗传和代谢过程中具有重要作用。当生物体内鸟嘌呤的浓度发生不正常变化时预示着免疫系统发生缺陷。因此，开展对生物体内鸟嘌呤的定量检测能在临床诊断、疾病治疗和科学研究等领域起到重要作用。目前用于鸟嘌呤检测的测定方法有高效液相色谱法和荧光光度法等，这些检测方法需要复杂的仪器和耗时的实验程序。而电化学分析方法以简单、快速、灵敏度高、成本低而著称，采用电分析方法测定鸟嘌呤时其在电极表面进行吸附，还可以通过电化学方法检测DNA碱基电化学性质的微小变化，以便深入了解遗传信息的基本机制。目前，涉及电化学方法检测鸟嘌呤的报道中，通常利用纳米材料对电极进行修饰，以期望提高检测的电信号响应，比如以石墨烯基材料制备了几种电化学检测鸟嘌呤的修饰电极，但是这些电极在检出限、灵敏度等方面有待进一步改善。比如，现有文献公开的石墨烯/nafion修饰电极的检出限为 5.8×10^-7mol/L、灵敏度为0.038A/(mol/L)(Yin,H.,Zhou,Y.,Ma,Q.,Ai,S.,Ju,P., Zhu,L.,Lu,L.,ProcessBiochem.2010,45,1707–1712)；石墨烯/离子液体/壳聚糖修饰电极的检出限为7.5×10^{- 7}mol/L、灵敏度为0.1073A/(mol/L)(Niu,X.,Yang,W., Ren,J.,Guo,H.,Long,S.,Chen,J.,Gao,J.,Electrochim.Acta 2012,80,346–353)；羧基化石墨烯修饰电极的检出限为0.5×10^-7mol/L、灵敏度为0.0103 A/(mol/L)(Huang,K.J.,Niu,D.J.,Sun,J.Y.,Han,C.H.,Wu,Z.W.,Li,Y.L.,Xiong, X.Q.,Colloid.Surface.B 2011,82,543–549)。为克服这些问题，需要设计和制备高催化活性的电极修饰材料。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是，为了克服现有技术中用于检测鸟嘌呤的修饰电极存在检出限高和灵敏度低的问题，提供一种用于制备检测鸟嘌呤修饰电极的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料。由该材料制备得到的修饰电极对于鸟嘌呤的检测具有低的检出限和高的灵敏度。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极及其制备方法。

本发明所要解决的再一技术问题是，提供一种海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极在检测人体尿液和兔血清中的鸟嘌呤含量的应用。

本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：

一种海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，其包含如下步骤：

S11.将0.010～0.020g K₃Fe(CN)₆加入到由1～10mL浓盐酸，1～10mL去离子水和5～20mL DMF构成的混合溶液中，磁力搅拌溶解；

S12.将上述溶液放入水热反应釜中置于70～90℃的烘箱中反应16～30h，随后静置8～16h离心，洗涤干燥后得到普鲁士蓝；

S13.取1～2mg普鲁士蓝加入1～4mg水中，超声分散均匀后在磁力搅拌下在20～40min内分别滴加1～3mL PdCl₂溶液和NaBH₄溶液；随后静置0.5～2h 后离心洗涤即可得到海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构材料；所述的PdCl₂溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL，所述NaBH₄溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL；

S14.取制得的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构材料在DMF中分散配成 0.5～1.5mg/mL的分散液，随后与0.5～1.5mg/mL的氮掺杂石墨烯分散液按照体积比为1:1～3超声混合后，离心干燥后得海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料。

优选地，步骤S11具体为：将0.016g K₃Fe(CN)₆加入到由1～5mL浓盐酸， 1～5mL去离子水和10～15mL DMF构成的混合溶液中，磁力搅拌溶解。

最优选地，步骤S11具体为：将0.016g K₃Fe(CN)₆加入到由2.5mL浓盐酸， 2.5mL去离子水和12.5mLDMF构成的混合溶液中，磁力搅拌溶解。

优选地，步骤S12具体为：将上述溶液放入水热反应釜中置于80℃的烘箱中反应24h，随后静置12h离心，洗涤干燥后得到普鲁士蓝。

优选地，步骤S13具体为：取2mg普鲁士蓝加入2mg水中，超声分散均匀后在磁力搅拌下在30min内分别滴加2mL PdCl₂溶液和NaBH₄溶液；随后静置1h后离心洗涤即可得到海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构材料；所述的PdCl₂溶液的浓度为1mg/mL，所述NaBH₄溶液的浓度为1mg/mL。

优选地，步骤S14具体为：取制得的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构材料在DMF 中分散配成1mg/mL的分散液，随后与1mg/mL的氮掺杂石墨烯分散液按照体积比为1:2超声混合后，离心干燥后得海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料。

本发明提供了一种全新的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料，利用该材料在电极表面进行修饰可以显著增强电化学检测的灵敏度并降低检出限。

在电化学检测技术领域，本领域技术人员都知道，对于使用纳米复合材料制备测定具体某种化学元素或物质含量的电极，则需要发明人根据具体待测定的化学物质的性质制备不同的纳米复合材料。制备出的电极对所要测定的物质的检出限、灵敏度、稳定性和抗干扰性等效果的好坏主要由纳米复合材料的制备方法决定。纳米复合材料的制备方法主要包括原材料的选择、原材料的配比，以及各个步骤反应条件等。对于用作电极的纳米复合材料，其制备方法中原材料的选择、配比以及各个步骤反应条件的不同都会导致后续制备得到的电极电性能的巨大差异，从而导致检出限、灵敏度、稳定性和抗干扰性等效果的巨大差异。

鸟嘌呤易于被电化学氧化，但其在未经修饰的工作电极或者单组分氮掺杂石墨烯修饰电极上存在着电化学响应信号弱、不能检测低浓度鸟嘌呤的含量等不足。

根据鸟嘌呤的特性，为得到具有低检出限和高灵敏度的鸟嘌呤检测电极，本发明发明人通过大量的实验，不断调整原料组成、配比以及制备过程中的工艺参数，得出上述海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料，用该复合材料制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极具有优异的电化学响应性能，可以显著降低样品中鸟嘌呤的检出限，以及提高检测的灵敏度、稳定性与抗干扰性。

本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料。

本发明还提供一种海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料修饰电极的制备方法，其包含如下步骤：

将上述海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料用 DMF超声分散得到0.5～1.5mg/mL分散液；

取分散液滴加在预处理好的玻碳电极表面，干燥后即得海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极。

优选地，所述玻碳电极的预处理方法为：取直径为3mm的玻碳电极，先在粒径为0.3μm铝粉上粗磨5～10min，然后在0.05μm的铝粉上细磨5～10min，然后分别用稀硝酸、丙酮和去离子水超声洗涤，晾干后得预处理好的玻碳电极。

优选地，将所述的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料用DMF超声分散10min得到1mg/mL分散液。

优选地，取6.0μL分散液滴加在处理好的玻碳电极表面，干燥后即得海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极。

本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极。

本发明还提供一种上述海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极在检测人体尿液和兔血清中的鸟嘌呤含量的应用。

优选地，所述的应用，采用差分脉冲伏安法进行测定，具体包含如下步骤：

以海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极为工作电极、铂电极为对电极、SCE电极为参比电极构成三电极体系，将三电极体系连接至电化学工作站；

配置待测样品溶液；

用差分脉冲伏安法测定待测样品溶液中鸟嘌呤的氧化峰电流值，根据线性方程换算出鸟嘌呤浓度，进而得出样品中鸟嘌呤的含量；

在1.0×10^-8～2.4×10^-6mol/L时，线性方程为：i_p＝1.8748C+8.3956×10^-7，R²＝0.9964；在2.4×10^-6～8.5×10^-5mol/L时，线性方程为：i_p＝0.2152C+3.9226×10^-5， R²＝0.9960；方程中c为鸟嘌呤浓度，单位为mol/L；i_p为差分脉冲伏安法得到氧化峰电流值，单位为A；

所述的差分脉冲伏安法的检测条件为：pH为5.32的磷酸缓冲液为支持电解质；电位范围0.2～1.4V、电位增量4mV、振幅50mV、一次脉冲宽度0.2s、二次脉冲宽度0.05s、测样宽度0.0167s、脉冲周期0.5s。

有益效果：(1)本发明解决了高效液相色谱法和荧光光度法等方法在鸟嘌呤测定过程中存在着的仪器设备复杂、实验程序耗时长等问题，提供了一种全新的用于制备修饰电极的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料；(2)利用该材料制备得到的电极可以用于定量检测人体尿液和兔血清中的鸟嘌呤，且具有检出限低、灵敏度高、稳定性好和抗干扰性强等优点；(3)实施例数据表明，该电极对鸟嘌呤的检出限计算为2.6×10^–9mol/L，灵敏度为1.8748 A/(mol/L)，比现有技术报道的石墨烯基电极的检出限和灵敏度有较大改进；(4) 该电极在室温条件保存一个月内再使用，峰电流可达初测值的92％，证明其保存稳定性良好；(5)该电极在10倍浓度的L-半胱氨酸、叶酸、胸腺嘧啶、腺嘌呤、胞核嘧啶和L-酪氨酸等外来物条件下对鸟嘌呤的检测无明显干扰。

附图说明

图1为海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的X射线粉末衍射(A)、红外光谱(B)和光电子能谱图(C)。

图2为氮掺杂石墨烯(A)、普鲁士蓝-氮掺杂石墨烯(B)、钯-氮掺杂石墨烯 (C、D)和海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合材料(E、F)透射电镜图。

图3为玻碳电极(a)、氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极(b)、普鲁士蓝-氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极(c)、钯-氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极(d)和海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极(e)在5.0×10^-3mol/L mol/L K₃[Fe(CN)₆]溶液(A)和1.0×10^{- 4}mol/L鸟嘌呤溶液中(B)的循环伏安图。

图4为1.0×10^-4mol/L鸟嘌呤在海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极上于不同pH值条件下的差分脉冲伏安曲线图(曲线a～j的pH 值为2.30～10.19)。

图5为海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极在不同浓度鸟嘌呤中的差分脉冲伏安曲线图(A)以及鸟嘌呤浓度与其氧化峰电流的线性关系图(B)。

图6为1.0×10^-4mol/L鸟嘌呤在海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极上于10倍浓度干扰物条件下的差分脉冲伏安曲线图。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。

实施例1海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备

S11.将0.016g K₃Fe(CN)₆加入到2.5mL浓盐酸，2.5mL去离子水和12.5 mL DMF构成的混合溶液中，磁力搅拌溶解；

S12.将上述溶液放入水热反应釜中置于80℃的烘箱中反应24h，随后静置 12h离心，洗涤干燥后得到普鲁士蓝；

S13.取2mg普鲁士蓝加入2mg水中，超声分散均匀后在磁力搅拌下在 30min内分别滴加2mL PdCl₂溶液(1mg/mL)和NaBH₄溶液(1mg/mL)；随后静置1h后离心洗涤即可得到海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构材料；

S14.取制得的普鲁士蓝-钯核壳结构材料在DMF中分散配成1mg/mL的分散液，随后与1mg/mL的氮掺杂石墨烯分散液按照体积比为1:2超声混合后，离心干燥后得海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料。

本实施例制备的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的光学特征和组成如下所示：图1A、B和C分别为海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的X射线粉末衍射、红外光谱和光电子能谱图。从图1A可以看出，X射线粉末衍射在17.6°、24.8°、35.4°、39.8°、50.7°、 54.2°和57.8°出现了普鲁士蓝的(200)、(220)、(400)、(420)、(440)、(600)和(620) 平面的衍射峰；在40.1°、46.6°和68.8°出现了钯的(111)、(200)和(220)面的衍射峰。图1B中可以看出，红外光谱在2080.7cm^-1(Fe^II–CN–Fe^III)和503.0cm^-1 (M–CN–M^/)出现普鲁士蓝的特征峰。图1C的XPS中可以看出本实施例制备的材料中含有C、O、N、Fe和Pd元素，其原子百分比含量分别为68.43％、22.07％、6.23％、2.09％和1.18％。以上三种表征方法证实了普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的成功制备。

本实施例制备的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的形貌和结构特征如下所示：图2为氮掺杂石墨烯(A)、普鲁士蓝-氮掺杂石墨烯(B)、钯-氮掺杂石墨烯(C、D)和海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合材料(E、F)透射电镜图。从图2A可观察到氮掺杂石墨烯具有典型的褶皱、透明薄纱层结构。图2B可清楚地观察到大量的钯纳米粒子(粒径为 5–20nm)附着在氮掺杂石墨烯上，但是钯纳米粒子出现了明显的团聚现象。图 2C和D可见微球状普鲁士蓝附着在氮掺杂石墨烯上，微球的边缘出现了微小的晶须状结构。图2E和F可清楚看出本实施例制备的普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合材料外形类似海胆状，且钯负载在普鲁士蓝的表壳上形成明显的核壳结构，且钯颗粒大小较为均为、粒径为5–10nm；这种新颖结构有利于增强修饰电极的表面积和增强钯的负载性、分散性和利用率，有利于提高所设计制备的电极对鸟嘌呤的检测性能。

实施例2海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料修饰电极的制备

S21.取直径为3mm的玻碳电极，先在粒径为0.3μm铝粉上粗磨8min，然后在0.05μm的铝粉上细磨8min，然后分别用稀硝酸、丙酮和去离子水超声洗涤，晾干后得预处理好的玻碳电极；

S22.将实施例1所述的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料用DMF超声分散10min得到1mg/mL分散液；

S23.取6.0μL分散液滴加在预处理好的玻碳电极表面，干燥后即得海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极。

实施例3海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极的检测性能

本实施例以实施例2制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极作为实验对象，将其与铂片辅助电极、SCE参比电极构成三电极体系，连接CHI660电化学工作站(上海晨华仪器有限公司)进行电化学性能检测。

(1)不同电极的电化学性能表征

以K₃[Fe(CN)₆]为探针利用循环伏安考察了不同修饰电极的电化学性能。图 3A表示探针离子在玻碳电极(a)、氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极(b)、普鲁士蓝- 氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极(c)、钯-氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极(d)和海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极(e)的伏安行为。从图 3A可见，探针离子在海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极上的氧化峰电流最大(97μA)；说明本发明制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极有更好的电子转移性能。这是由于海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯，有效地增加了复合材料比表面积，增加了钯纳米粒子的分散性和利用率，从而优化了本发明所制备的复合材料修饰电极的综合电化学性能。

所述的循环伏安法设置的操作条件为：扫速0.05V/s；电位范围-0.2～0.6V。

(2)不同电极对鸟嘌呤的电催化性能对比

为更加直观地体现出本发明所制备的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯对鸟嘌呤的电催化性能，将玻碳电极(a)、氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极 (b)、普鲁士蓝-氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极(c)、钯-氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极(d)和海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极(e) 五种不同电极分别置于1.0×10^-4mol/L的鸟嘌呤溶液中，测量其循环伏安图。如图3B所示，相同浓度的鸟嘌呤在氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极、普鲁士蓝-氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极、钯-氮掺杂石墨烯修饰玻碳电极和本发明制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极上的氧化峰电流分别为5μA、20μA、22μA和39μA，氧化峰电位分别为1.10V、0.93V、0.90V和 0.88V；通过上述数据比较发现本发明制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极对鸟嘌呤表现出最佳的电化学响应信号，说明了本发明制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极上能有效地提高电化学检测的灵敏度。

所述的循环伏安法设置的操作条件为：扫速0.05V/s；电位范围0.5～1.2V。

(3)本发明制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极上在不同pH值条件下对鸟嘌呤的电化学响应性能

以本实施例2制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极为工作电极的三电极体系中以差分脉冲伏安法考察了鸟嘌呤在不同pH值支持电解液中的氧化峰电流变化情况，结果表明(图4)在pH值为 2.30～10.19范围内均出现较明显的峰，峰电流先随着pH的增加逐渐变大，直到 pH＝5.32时，峰电流达到其最大值；随后当pH值继续增加时，峰电流出现减小趋势，说明本发明制备的电极在pH值为5.32的条件下对鸟嘌呤有最好的电化学测试效果。

所述的差分脉冲伏安法设置的操作条件为：电位范围0.2～1.4V、电位增量4 mV、振幅50mV、一次脉冲宽度0.2s、二次脉冲宽度0.05s、测样宽度0.0167s、脉冲周期0.5s。

(4)本发明制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极上对鸟嘌呤的电化学检测性能

以本实施例2制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极为工作电极的三电极体系中，以pH为5.32的磷酸缓冲液为支持电解质，富集时间为100s、富集电位为0.1V的条件下对一系列浓度的鸟嘌呤溶液进行差分脉冲伏安法扫描，结果表明(见图5)鸟嘌呤的氧化峰电流随其浓度增加而增大，在1.0×10^-8～2.4×10^-6mol/L和2.4×10^-6～8.5×10^-5mol/L两段浓度范围内出现良好的线性关系，线性方程分别为：i_p(A)＝1.8748C(mol/L)+8.3956×10^-7 (R²＝0.9964)和i_p(A)＝0.2152C(mol/L)+3.9226×10^-5(R²＝0.9960)；检出限计算为2.6×10^-9mol/L，低浓度检测区间的灵敏度为1.8748A/(mol/L)。说明所制备电传感器具有良好的线性关系、高的灵敏度和低的检出限。

(5)本发明制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极的抗干扰能力和稳定性。

以本实施例2制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极为工作电极的三电极体系中，以pH为5.32的磷酸缓冲液为支持电解质，富集时间为100s、富集电位为0.1V的条件下，利用差分脉冲伏安法考察了常见干扰物质对1.0×10^{- 4}mol/L的鸟嘌呤的氧化峰电流影响。结果表明(见图6) 以本发明制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极在10倍浓度的L-半胱氨酸、叶酸、胸腺嘧啶、腺嘌呤、胞核嘧啶和L-酪氨酸等外来物质干扰下对鸟嘌呤的氧化峰电流无明显影响；从而证实本发明制备的电极具有优异的选择性，能用于实际样品中鸟嘌呤的检测。

以差分脉冲伏安法考察海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯复合膜修饰电极的稳定性。先将所制备的电极与铂片电极、SCE电极构成的三电极体系连接电化学工作站，在pH为5.32的磷酸缓冲液为支持电解质，富集时间为 100s、富集电位为0.1V的条件下，测得1.0×10^-4mol/L鸟嘌呤的氧化峰电流初始值。将该电极在室温条件下保存一个月内再用同样条件对于同一浓度的鸟嘌呤进行测定，结果发现其峰电流值可达初测值的92％，证实了本发明制备的电极具有良好的保存稳定性。

实施例6人体尿液和兔血清中的鸟嘌呤含量的测定方法

S31.以海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极为工作电极、铂电极为对电极、SCE电极为参比电极构成三电极体系，将三电极体系连接至电化学工作站；

S32.配置待测样品溶液；

S33.用差分脉冲伏安法测定待测样品溶液中鸟嘌呤的氧化峰电流值，根据线性方程换算出鸟嘌呤浓度，进而得出样品中鸟嘌呤的含量；

在1.0×10^-8～2.4×10^-6mol/L时，线性方程为：i_p＝1.8748C+8.3956×10^-7， R²＝0.9964；在2.4×10^-6～8.5×10^-5mol/L时，线性方程为：i_p＝0.2152C+3.9226× 10^-5，R²＝0.9960；方程中c为鸟嘌呤浓度，单位为mol/L；i_p为差分脉冲伏安法得到氧化峰电流值，单位为A；

所述的差分脉冲伏安法的检测条件为：pH为5.32的磷酸缓冲液为支持电解质；电位范围0.2～1.4V、电位增量4mV、振幅50mV、一次脉冲宽度0.2s、二次脉冲宽度0.05s、测样宽度0.0167s、脉冲周期0.5s。

实施例6实际样品检测

取人体尿液和兔血清样品，兔血清以2000rpm离心15min后取上层清液使用，人体尿液直接使用。实际取滤液1mL，用pH为5.32的磷酸溶液定容至100 mL作为实测样品。以海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极为工作电极、铂电极为对电极、SCE电极为参比电极构成三电极体系，将三电极体系连接至电化学工作站；利用差分脉冲伏安法测定上述样品中鸟嘌呤的含量。差分脉冲伏安法设置的操作条件为：电位范围0.2～1.4V、电位增量4mV、振幅50mV、一次脉冲宽度0.2s、二次脉冲宽度0.05s、测样宽度0.0167s、脉冲周期0.5s。具体测试方法是，取上述实测样品10mL，依次取5.0×10^-6mol/L,10.0×10^-6mol/L和20.0×10^-6mol/L鸟嘌呤标准溶液，调节底液pH为5.32，以富集时间为100s、富集电位0.1V通过差分脉冲伏安法测定鸟嘌呤的氧化峰电流值，根据实施例4得到的线性关系找到对应的鸟嘌呤浓度值。根据上述方法得到两种实际样品中鸟嘌呤的检测回收率在97.0–104.0％之间，标准偏差为2.1–4.3％。

Claims (11)

1.一种海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

S11.将0.010～0.020g K₃Fe(CN)₆加入到由1～10mL浓盐酸，1～10mL去离子水和5～20mL DMF构成的混合溶液中，磁力搅拌溶解；

S12.将上述溶液放入水热反应釜中置于70～90℃的烘箱中反应16～30h，随后静置8～16h离心，洗涤干燥后得到普鲁士蓝；

S13.取1～2mg普鲁士蓝加入1～4mg水中，超声分散均匀后在磁力搅拌下在20～40min内分别滴加1～3mL PdCl₂溶液和NaBH₄溶液；随后静置0.5～2h后离心洗涤即可得到海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构材料；所述的PdCl₂溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL，所述NaBH₄溶液的浓度为0.5～1.5mg/mL；

S14.取制得的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构材料在DMF中分散配成0.5～1.5mg/mL的分散液，随后与0.5～1.5mg/mL的氮掺杂石墨烯分散液按照体积比为1:1～3超声混合后，离心干燥后得海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料。

2.根据权利要求1所述的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S11具体为：将0.016g K₃Fe(CN)₆加入到由1～5mL浓盐酸，1～5mL去离子水和10～15mL DMF构成的混合溶液中，磁力搅拌溶解。

3.根据权利要求2所述的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S11具体为：将0.016g K₃Fe(CN)₆加入到由2.5mL浓盐酸，2.5mL去离子水和12.5mL DMF构成的混合溶液中，磁力搅拌溶解。

4.根据权利要求1所述的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S12具体为：将上述溶液放入水热反应釜中置于80℃的烘箱中反应24h，随后静置12h离心，洗涤干燥后得到普鲁士蓝。

5.根据权利要求1所述的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S13具体为：取2mg普鲁士蓝加入2mg水中，超声分散均匀后在磁力搅拌下在30min内分别滴加2mL PdCl₂溶液和NaBH₄溶液；随后静置1h后离心洗涤即可得到海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构材料；所述的PdCl₂溶液的浓度为1mg/mL，所述NaBH₄溶液的浓度为1mg/mL。

6.根据权利要求1所述的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S14具体为：取制得的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构材料在DMF中分散配成1mg/mL的分散液，随后与1mg/mL的氮掺杂石墨烯分散液按照体积比为1:2超声混合后，离心干燥后得海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料。

7.权利要求1～6任一项所述的制备方法制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料。

8.一种海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料修饰电极的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

将权利要求7所述的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合材料用DMF超声分散得到0.5～1.5mg/mL分散液；

取分散液滴加在预处理好的玻碳电极表面，干燥后即得海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极。

9.权利要求8所述的制备方法制备得到的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极。

10.权利要求9所述的海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极在检测人体尿液和兔血清中的鸟嘌呤含量的应用。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，采用差分脉冲伏安法进行测定，具体包含如下步骤：

以海胆型普鲁士蓝-钯核壳结构负载氮掺杂石墨烯纳米复合膜修饰电极为工作电极、铂电极为对电极、SCE电极为参比电极构成三电极体系，将三电极体系连接至电化学工作站；

配置待测样品溶液；

用差分脉冲伏安法测定待测样品溶液中鸟嘌呤的氧化峰电流值，根据线性方程换算出鸟嘌呤浓度，进而得出样品中鸟嘌呤的含量；

在1.0×10^-8～2.4×10^-6mol/L时，线性方程为：i_p＝1.8748C+8.3956×10^-7，R²＝0.9964；在2.4×10^-6～8.5×10^-5mol/L时，线性方程为：i_p＝0.2152C+3.9226×10^-5，R²＝0.9960；方程中c为鸟嘌呤浓度，单位为mol/L；i_p为差分脉冲伏安法得到氧化峰电流值，单位为A；

所述的差分脉冲伏安法的检测条件为：pH为5.32的磷酸缓冲液为支持电解质；电位范围0.2～1.4V、电位增量4mV、振幅50mV、一次脉冲宽度0.2s、二次脉冲宽度0.05s、测样宽度0.0167s、脉冲周期0.5s。

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