基于金属纳米复合材料电化学传感器的研究及应用

发布时间：2021-03-03 04:36

　　随着生活水平的不断提高,人们开始越来越关注环境和健康问题。2,4,6-三硝基甲苯（TNT）是一类应用广泛的硝基芳香族化合物,它的爆炸残留物会对对生物和环境造成严重破坏。因此,对于爆炸现场环境中痕量TNT的残留分析很有必要。抗坏血酸（AA）是对人体健康有着巨大影响但人体自身又不能合成的一种维生素,需要从外界进行补充。当AA在人体中含量异常时,往往会导致一些身体疾病的出现。因此,对AA进行快速、准确的检测能实现对一些疾病提早发现、提早诊断和提早治疗。近年来,电化学传感技术对修饰材料的要求越来越高,为了使金属纳米材料满足所需的灵敏度和检测限等要求,因此需要对其进行改性,得到金属纳米复合材料。本论文金属纳米复合材料的制备为基础,并将其用于TNT和AA的测定。具体内容如下:（1）通过一步电化学聚合和一步电化学沉积将糠醛膜和铜纳米颗粒修饰到玻碳电极表面,并用该传感器实现了对TNT的高灵敏检测。实验探究了电化学聚合过程中聚合圈数和电化学沉积过程中沉积电位、沉积时间对修饰电极形貌和检测性能的影响。实验还探究了扫速、富集时间、富集电位和待测液p H等条件对TNT电化学响应的影响。在最佳的电极制备条件和检... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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TNT的结构式Fig.1-1ChemicalstructureofTNT

华南理工大学硕士学位论文2印迹检测、非还原间接检测和电化学还原检测。1.1.2.1分子印迹检测分子印迹法检测TNT的原理是在聚合物膜上产生大量的TNT分子识别位点，当TNT分子特异性地重新结合到识别位点时，产生能被检测到的变化的电化学信号（电流，电势等）。基于高比表面积、高电导率和聚苯胺的氧化还原特性等特点，王泽丰课题组[11]在玻碳电极表面整合了石墨烯纳米片、聚苯胺和TNT模板分子，形成分子印迹聚合物膜，从而实现了对TNT的高特异性检测，如图1-2所示。Faezeh和他的搭档[12]将分子印迹技术与适配体体识别技术相结合，MIP空腔与嵌入的适配体体由于协同作用，其对TNT的识别能力优于单独的适配体，因此该技术可用于TNT的高选择传感。图1-2分子印迹检测TNT示意图[11]Fig.1-2DiagramofmolecularimprintingdetectionofTNT[11]1.1.2.2非还原间接检测TNT的非还原间接检测的机制不是由于硝基在电极上的还原，而是由于检测物的加入而引起电极上或电解液中的其他物质的氧化还原反应产生的电化学信号变化。张柏顺课题组[13]提供了一种检测TNT的新策略。他们通过电化学聚合将聚苯胺修饰到AuNPs/CNTs/GCE表面，TNT的加入可以观察到聚苯胺氧化峰电流的减少，这主要是由于缺电子的TNT和富电子的聚苯胺的结合可以显着影响极化子在聚苯胺上的转化和迁移，而通过观测聚苯胺氧化峰电流的减少量可灵敏检测出溶液中痕量TNT的浓度。Faezeh等[2]使用如图1-3所示的电极修饰步骤，通过监测电解质溶液中芦丁的电化学

第一章绪论3信号变化，达到超灵敏检测TNT的目的，检测限低至0.33fmol·L-1。图1-3非还原间接检测TNT示意图[2]Fig.1-3Diagramofnon-reductionindirectdetectionofTNT[2]1.1.2.3电化学还原检测TNT的电化学还原检测机理是基于将TNT苯环上的硝基电化学还原成氨基或羟氨基，从而产生可被检测的电流变化。这种类型的传感器的传感性能的优劣主要取决于电极修饰材料，该类电极修饰材料通常具有粘附硝基炸药，吸附大量TNT分子或对TNT具有良好的电化学还原能力的优点。Sopha等人[14]通过在玻璃碳糊基板上镀一层铋膜，利用铋膜对TNT良好粘附性的特点，通过吸附阴极溶出伏安法测定TNT浓度，在对工作条件进行优化后，修饰电极表现出优异的线性范围和检测限。Seah等人[15]通过滴涂法将石墨烯和氢化石墨烯沉积到玻碳电极表面，他们发现石墨烯修饰的玻碳电极比氢化石墨烯修饰的玻碳电极具有更高的灵敏度，文中对该现象产生的原因进行了分析，他们认为这可能是由于石墨烯比氢化石墨烯拥有更多的芳环，从而石墨烯对TNT分子有更大的吸附量，最终导致石墨烯作为电极修饰材料时检测性能更好，这些发现对于将石墨烯基碳材料用于爆炸物检测具有重要意义。曾伟[16]等人通过一锅法合成了负载有钯纳米花的碳纳米管-石墨烯纳米片纳米复合材料，并将其修饰到丝网印刷电极表面，用于检测TNT，如图1-4所示。钯纳米花的引入显著提高了修饰电极的对TNT的电化

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本文编号：3060616