CN114858882A - 一种Ag-NG/GCE电化学传感器的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Ag‑NG/GCE电化学传感器的制备方法及应用，配制1mg·mL^‑1氧化石墨烯分散液，先后加入一定质量的甘氨酸和硝酸银，再使用NaOH溶液调节混合液的pH为9，搅拌后将其转移到反应釜中，将此反应釜放入烘箱，在130℃反应4h，得到反应混合物。将得到的反应混合物冷却后离心分离，对沉淀离心洗涤，干燥后得到负载银纳米颗粒的氨基化石墨烯(Ag‑NG)。配制Ag‑NG分散液，将Ag‑NG分散液滴至处理过的玻碳电极(GCE)表面，得到Ag‑NG/GCE电化学传感器。该电化学传感器对岩白菜素具有高灵敏的响应，可应用于实际样品中岩白菜素的快速、准确检测。

Description

一种Ag-NG/GCE电化学传感器的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及电化学分析领域，尤其涉及电化学传感器领域，具体是一种Ag-NG/GCE电化学传感器的制备方法及应用。

背景技术

近年来，石墨烯作为电化学传感材料已得到广泛应用。但石墨烯表面惰性，在多种溶剂中分散性不佳，活性位点未充分暴露，进而限制了它的应用。已有文献报道了以氧化石墨烯、氨基酸为基础原料制备氨基化石墨烯复合材料。氨基酸既是还原剂也是功能化试剂，能显著提高复合材料的分散性、增加电活性位点。与水合肼、硼氢化钠等还原剂相比，氨基酸安全、环保。如果再进一步以氨基化石墨烯复合材料为载体，负载金属纳米颗粒，则可以促进电极与待测分子之间的电子转移，提高待测分子的富集效率。因此，本工作将负载银纳米颗粒的氨基化石墨烯复合材料作为电化学传感材料，以发挥其优势。

岩白菜素是一种从虎耳草科植物岩白菜的全草提取的针状或结晶状的粉末，具有镇咳、祛痰、抗炎、抗氧化等作用。在药品检测中，有效成分含量关系着药品质量。因此，建立简单、灵敏的岩白菜素检测方法具有一定意义。岩白菜素在玻碳电极上的响应不佳，所以需要在玻碳电极表面修饰传感材料来提高其响应信号。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种Ag-NG/GCE电化学传感器的制备方法及应用，采用氧化石墨烯、甘氨酸和硝酸银制备负载银纳米颗粒的氨基化石墨烯Ag-NG复合材料，该复合材料在水中分散性、稳定性良好，可以修饰在玻碳电极表面，制备Ag-NG/GCE电化学传感器，该电化学传感器对岩白菜素具有高灵敏的响应，可用于定量检测岩白菜素。

本发明的目的之一是提供一种Ag-NG/GCE电化学传感器的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)称取一定质量的氧化石墨烯(GO)，将其加入超纯水中，形成氧化石墨烯分散液，将该分散液放入超声波处理器中超声处理1h，使其分散均匀；

(2)称取一定质量的甘氨酸加入到步骤(1)中超声处理后的氧化石墨烯分散液中，搅拌30min，得到混合液A；

(3)称取一定质量的硝酸银加入到步骤(2)中的混合液A中，继续搅拌30min，得到混合液B，使用0.5mol·L^-1的NaOH溶液调节混合液B的pH为9，得到混合液C；

(4)将步骤(3)中的混合液C搅拌1h后转移到反应釜中，将此反应釜放入烘箱，设置烘箱温度为130℃，使上述搅拌后的混合液C在此温度下反应4h，得到反应混合物；

(5)将步骤(4)得到的反应混合物冷却至室温，离心分离，弃去上层清液，得到下层沉淀物，用高纯水对沉淀物离心洗涤，再在60℃条件下真空干燥8-10h得到负载银纳米颗粒的氨基化石墨烯(Ag-NG)；

(6)称取一定质量的Ag-NG加入到超纯水中，形成Ag-NG分散液，分散液中Ag-NG的浓度为1mg·mL^-1，将该分散液放入超声波处理器中超声分散均匀；

(7)使用0.3μm的Al₂O₃粉末将玻碳电极(GCE)抛光处理至镜面，然后分别使用超纯水和乙醇对抛光处理过的玻碳电极(GCE)超声清洗；

(8)将5μL步骤(6)中超声过的Ag-NG分散液滴至步骤(7)中超声清洗过的玻碳电极(GCE)表面，将其放置在红外灯下烘干10min，得到Ag-NG/GCE电化学传感器。

优选的，步骤(1)中氧化石墨烯(GO)的质量为40mg，氧化石墨烯分散液的浓度为1mg·mL^-1。

优选的，步骤(2)中加入甘氨酸的质量为120-200mg。

优选的，步骤(3)中加入硝酸银的质量为3-12mg。

本发明的目的还在于提供一种按照上述方法制备的Ag-NG/GCE电化学传感器以及该Ag-NG/GCE电化学传感器在检测岩白菜素中的应用，选择线性扫描伏安法作为分析方法，电化学传感器Ag-NG/GCE检测岩白菜素的具体参数为：选用pH＝7.0的PBS作为缓冲溶液，电位窗口为0.25～0.80V，扫描速度为0.05V·s^-1，富集时间为200s；每次测量后，将传感器置于物质的量浓度为0.1mol·L^-1、pH＝8.0的PBS中，利用循环伏安法在0.25～0.80V电位范围内扫描两周进行更新。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明使用一步水热法合成了负载银纳米颗粒的氨基化石墨烯(Ag-NG)复合材料，制备过程简单、绿色环保、成本低。该复合材料在水中分散性、稳定性良好，可以修饰在玻碳电极表面，制备Ag-NG/GCE电化学传感器。使用该复合材料制备的Ag-NG/GCE电化学传感器对岩白菜素具有高灵敏的响应。该电化学传感器对岩白菜素响应的线性范围是1.0×10^-8mol·L^-1～1.4×10^-6mol·L^-1，检出限为3×10^-9mol L^-1(S/N＝3)。

(2)本发明构筑了一种新型的检测岩白菜素的电化学传感器。在测定岩白菜素时，该传感器表现出了灵敏度高、选择性好等优点，可应用于实际样品中岩白菜素的快速、准确检测。

附图说明

图1为常温下存放2周的实施例3所得Ag-NG分散液；

图2为实施例3所得Ag-NG复合材料的透射电镜图；

图3为GO和实施例3所得Ag-NG的XRD图谱；

图4为GO和实施例3所得Ag-NG的FT-IR图谱；

图5为实施例3所得岩白菜素(1.0×10^-4mol·L^-1)在电化学传感器表面响应的循环伏安曲线，其中a对应GCE，b对应NG/GCE,c对应Ag-NG/GCE。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的内容，下面将结合具体实施例和附图来进一步阐述本发明。以下实施例以本发明的技术为基础实施，给出了详细的实施方式和操作步骤，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1：

1)称取40mg的GO，将其加入40mL超纯水中，形成浓度为1mg·mL^-1的氧化石墨烯分散液，将该分散液放入超声波处理器中超声处理1h，使其分散均匀；

2)称取120mg甘氨酸加入到步骤(1)中超声处理后的氧化石墨烯分散液中，搅拌30min，得到混合液A；

3)称取3mg硝酸银加入到步骤(2)中的混合液A中，继续搅拌30min，得到混合液B，使用0.5mol·L^-1的NaOH溶液调节混合液B的pH为9，得到混合液C；

4)将步骤(3)中的混合液C搅拌1h后转移到反应釜中，将此反应釜放入烘箱，设置烘箱温度为130℃，使上述搅拌后的混合液C反应4h，得到反应混合物；

5)将步骤(4)得到的反应混合物冷却至室温，离心分离，弃去上层清液，得到下层沉淀物，用高纯水对沉淀离心洗涤，再在60℃条件下真空干燥8-10h得到负载银纳米颗粒的氨基化石墨烯(Ag-NG)；

6)称取一定质量的Ag-NG加入到超纯水中，形成Ag-NG分散液，将该分散液放入超声波处理器中超声分散至浓度为1mg·mL^-1；

7)使用0.3μm的Al₂O₃粉末将玻碳电极(GCE)抛光处理至镜面，然后分别使用超纯水和乙醇对抛光处理过的玻碳电极(GCE)超声清洗；

8)将5μL步骤6)中超声过的Ag-NG分散液滴至步骤(7)中超声清洗过的玻碳电极(GCE)表面，将其放置在红外灯下烘干10min，得到Ag-NG/GCE电化学传感器。

在pH＝7.0的PBS缓冲溶液中，依次加入不同浓度的岩白菜素标准溶液，电位窗口为0.25～0.80V，扫描速度为0.05V·s^-1，选择富集时间为200s，记录不同浓度下传感器响应峰电流。每次测量后，将传感器置于物质的量浓度为0.1mol·L^-1、pH＝8.0的PBS中，利用循环伏安法在0.25～0.80V电位范围内扫描两周进行更新。在浓度范围8.0×10^-8mol·L^-1～1.4×10^-6mol·L^-1内，峰电流值与岩白菜素的浓度呈线性关系，该方法检出限为3.0×10^{- 8}mol·L^-1。

取3片复方岩白菜素片，用研钵研磨至粉末。称取0.04g，加入10mL甲醇，超声处理30min，离心分离。以上超声、离心步骤重复2次，将每次所得上层清液合并，用超纯水稀释至50mL。做实际样品检测时，取3uL上述稀释过的上层清液加入至0.1mol·L^-1PBS(pH＝7.0)中，作为待测溶液，使用Ag-NG/GCE电化学传感器进行测量，测定结果为每片药片的岩白菜素含量为124.10mg，与药品包装标示量125.00mg基本一致。进行加标回收实验，岩白菜素的回收率在96.4％-103.2％之间。

实施例2：

1)称取40mg的GO，将其加入40mL超纯水中，形成浓度为1mg·mL^-1的氧化石墨烯分散液，将该分散液放入超声波处理器中超声处理1h，使其分散均匀；

2)称取200mg甘氨酸加入到步骤(1)中超声处理后的氧化石墨烯分散液中，搅拌30min，得到混合液A；

3)称取12mg硝酸银加入到步骤(2)中的混合液A中，继续搅拌30min，得到混合液B，使用0.5mol·L^-1的NaOH溶液调节混合液B的pH为9，得到混合液C；

4)将步骤(3)中的混合液C搅拌1h后转移到反应釜中，将此反应釜放入烘箱，设置烘箱温度为130℃，使上述搅拌后的混合液C反应4h，得到反应混合物；

5)将步骤(4)得到的反应混合物冷却至室温，离心分离，弃去上层清液，得到下层沉淀物，用高纯水对沉淀离心洗涤，再在60℃条件下真空干燥8-10h得到负载银纳米颗粒的氨基化石墨烯(Ag-NG)；

6)称取一定质量的Ag-NG加入到超纯水中，形成Ag-NG分散液，将该分散液放入超声波处理器中超声分散至浓度为1mg·mL^-1；

7)使用0.3μm的Al₂O₃粉末将玻碳电极(GCE)抛光处理至镜面，然后分别使用超纯水和乙醇对抛光处理过的玻碳电极(GCE)超声清洗；

8)将5μL步骤6)中超声过的Ag-NG分散液滴至步骤(7)中超声清洗过的玻碳电极(GCE)表面，将其放置在红外灯下烘干10min，得到Ag-NG/GCE电化学传感器。

在pH＝7.0的PBS缓冲溶液中，依次加入不同浓度的岩白菜素标准溶液，电位窗口为0.25～0.80V，扫描速度为0.05V·s^-1，选择富集时间为200s，记录不同浓度下传感器响应峰电流。每次测量后，将传感器置于物质的量浓度为0.1mol·L^-1、pH＝8.0的PBS中，利用循环伏安法在0.25～0.80V电位范围内扫描两周进行更新。在浓度范围4.0×10^-8mol·L^-1～1.0×10^-6mol·L^-1内，峰电流值与岩白菜素的浓度呈线性关系，该方法检出限为1.0×10^{- 8}mol·L^-1。

取3片复方岩白菜素片，用研钵研磨至粉末。称取0.04g，加入10mL甲醇，超声处理30min，离心分离。以上超声、离心步骤重复2次，将每次所得上层清液合并，用超纯水稀释至50mL。做实际样品检测时，取3uL上述稀释过的上层清液加入至0.1mol·L^-1PBS(pH＝7.0)中)，作为待测溶液，使用Ag-NG/GCE电化学传感器进行测量，测定结果为每片药片的岩白菜素含量为124.37mg，与药品包装标示量125.00mg基本一致。进行加标回收实验，岩白菜素的回收率在97.6％-104.0％之间。

实施例3：

1)称取40mg的GO，将其加入40mL超纯水中，形成浓度为1mg·mL^-1的氧化石墨烯分散液，将该分散液放入超声波处理器中超声处理1h，使其分散均匀；

2)称取160mg甘氨酸加入到步骤(1)中超声处理后的氧化石墨烯分散液中，搅拌30min，得到混合液A；

3)称取6mg硝酸银加入到步骤(2)中的混合液A中，继续搅拌30min，得到混合液B，使用0.5mol·L^-1的NaOH溶液调节混合液B的pH为9，得到混合液C；

4)将步骤(3)中的混合液C搅拌1h后转移到反应釜中，将此反应釜放入烘箱，设置烘箱温度为130℃，使上述搅拌后的混合液C反应4h，得到反应混合物；

5)将步骤(4)得到的反应混合物冷却至室温，离心分离，弃去上层清液，得到下层沉淀物，用高纯水对沉淀离心洗涤，再在60℃条件下真空干燥8-10h得到负载银纳米颗粒的氨基化石墨烯(Ag-NG)；

6)称取一定质量的Ag-NG加入到超纯水中，形成Ag-NG分散液，将该分散液放入超声波处理器中超声分散至浓度为1mg·mL^-1；

7)使用0.3μm的Al₂O₃粉末将玻碳电极(GCE)抛光处理至镜面，然后分别使用超纯水和乙醇对抛光处理过的玻碳电极(GCE)超声清洗；

8)将5μL步骤6)中超声过的Ag-NG分散液滴至步骤(7)中超声清洗过的玻碳电极(GCE)表面，将其放置在红外灯下烘干10min，得到Ag-NG/GCE电化学传感器。

在pH＝7.0的PBS缓冲溶液中，依次加入不同浓度的岩白菜素标准溶液，电位窗口为0.25～0.80V，扫描速度为0.05V·s^-1，选择富集时间为200s，记录不同浓度下传感器响应峰电流。每次测量后，将传感器置于物质的量浓度为0.1mol·L^-1、pH＝8.0的PBS中，利用循环伏安法在0.25～0.80V电位范围内扫描两周进行更新。在浓度范围1.0×10^-8mol·L^-1～1.0×10^-6mol·L^-1内，峰电流值与岩白菜素的浓度呈线性关系，该方法检出限为3.0×10^{- 9}mol·L^-1。

取3片复方岩白菜素片，用研钵研磨至粉末。称取0.04g，加入10mL甲醇，超声处理30min，离心分离。以上超声、离心步骤重复2次，将每次所得上层清液合并，用超纯水稀释至50mL。做实际样品检测时，取3uL上述稀释过的上层清液加入至0.1mol·L^-1PBS(pH＝7.0)中)，作为待测溶液，使用Ag-NG/GCE电化学传感器进行测量，测定结果为每片药片的岩白菜素含量为125.23mg，与药品包装标示量125.00mg基本一致。进行加标回收实验，岩白菜素的回收率在99.0％-101.9％之间。

图1为常温下存放2周的本实施例所得的Ag-NG分散液。可以看出，分散液仍然保持均匀质地，未发生固体沉降现象，说明制备的复合材料分散性、稳定性良好。

图2为本实施例所得Ag-NG复合材料的透射电镜图。从图中可看到，硝酸银被还原为银纳米颗粒，较均匀的分散在石墨烯片层结构表面。

图3为GO和本实施例所得Ag-NG的XRD图谱。GO的特征衍射峰出现在2θ＝10°，对应(002)晶面。Ag-NG的这个衍射峰向更大角度偏移(约在24°)，证明GO被甘氨酸所还原。Ag-NG的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)峰与JCPDS卡(04-0783)匹配，可以说明银纳米颗粒为面心立方结构。

图4为GO和本实施例所得Ag-NG的FT-IR图谱。GO的曲线中出现了一系列的含氧基团特征峰：C＝O(1735cm^-1)，C-O-H(1395cm^-1)，C-O-C(1204cm^-1)，C-O(1058cm^-1)。在Ag-NG的曲线中，这些峰消失与减弱表明GO被还原。同时，1502cm^-1处出现的吸收峰是由N–H的弯曲振动所引起，1249～1332cm^-1范围内出现的吸收峰归属于C–N的伸缩振动，由此说明石墨烯表面氨基基团的形成。

图5为本实施例所得岩白菜素在不同电化学传感器表面响应的循环伏安曲线。从图5可知，岩白菜素在这些传感器表面均只出现氧化峰，在GCE、NG/GCE、Ag-NG/GCE表面响应的峰电流分别为1.3μA、36.6μA、53.9μA。由此说明，氧化石墨烯被甘氨酸还原后，电子传递速率加快，进一步负载上银纳米颗粒后，材料比表面积增加，对岩白菜素分子的富集效率提高，伏安响应信号也随之升高。

以上所述仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明还可以根据以上结构和功能具有其它形式的实施例，不再一一列举。因此，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种Ag-NG/GCE电化学传感器的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：

(1)称取一定质量的氧化石墨烯，将其加入超纯水中，形成氧化石墨烯分散液，将该分散液放入超声波处理器中超声处理1h，使其分散均匀；

(2)称取一定质量的甘氨酸加入到超声处理后的氧化石墨烯分散液中，搅拌30min，得到混合液A；

(3)称取一定质量的硝酸银加入混合液A中，继续搅拌30min，得到混合液B，使用0.5mol·L^-1的NaOH溶液调节混合液B的pH为9，得到混合液C；

(4)将混合液C搅拌1h后转移到反应釜中，将此反应釜放入烘箱，设置烘箱温度为130℃，使上述搅拌后的混合液C在此温度下反应4h，得到反应混合物；

(5)将得到的反应混合物冷却至室温，离心分离，弃去上层清液，得到下层沉淀物，用高纯水对沉淀物离心洗涤，再在60℃条件下真空干燥8-10h得到负载银纳米颗粒的氨基化石墨烯Ag-NG；

(6)称取一定质量的Ag-NG加入到超纯水中，形成Ag-NG分散液，分散液中Ag-NG的浓度为1mg·mL^-1，将该分散液放入超声波处理器中超声分散均匀；

(7)使用0.3μm的Al₂O₃粉末将玻碳电极GCE抛光处理至镜面，然后分别使用超纯水和乙醇对抛光处理过的玻碳电极GCE超声清洗；

(8)将5μL超声过的Ag-NG分散液滴至超声清洗过的玻碳电极GCE表面，将其放置在红外灯下烘干10min，得到Ag-NG/GCE电化学传感器。

2.如权利要求1所述的Ag-NG/GCE电化学传感器的制备方法，其特征在于步骤(1)中氧化石墨烯GO的质量为40mg，氧化石墨烯分散液的浓度为1mg·mL^-1。

3.如权利要求1所述的Ag-NG/GCE电化学传感器的制备方法，其特征在于步骤(2)中加入甘氨酸的质量为120-200mg。

4.如权利要求所述的Ag-NG/GCE电化学传感器的制备方法，其特征在于步骤(3)中加入硝酸银的质量为3-12mg。

5.一种如权利要求1～4任一项所述制备方法制得的Ag-NG/GCE电化学传感器。

6.如权利要求5所述的Ag-NG/GCE电化学传感器在检测岩白菜素中的应用。

7.如权利要求6所述的Ag-NG/GCE电化学传感器在检测岩白菜素中的应用，选择线性扫描伏安法作为分析方法，其特征在于电化学传感器Ag-NG/GCE检测岩白菜素的具体参数为：采用pH＝7.0的PBS作为缓冲溶液，电位窗口：0.25～0.80V，扫描速度0.05V·s^-1，富集时间200s。

8.如权利要求7所述的Ag-NG/GCE电化学传感器在检测岩白菜素中的应用，其特征在于：Ag-NG/GCE传感器对岩白菜素响应的线性范围是1.0×10^-8mol·L^-1～1.4×10^-6mol·L^-1，检出限为3×10^-9mol L^-1(S/N＝3)。

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