几种分子印迹电化学传感器的研制及应用

发布时间：2017-09-01 21:35

  本文关键词：几种分子印迹电化学传感器的研制及应用

  更多相关文章： 分子印迹 电化学传感器 原位聚合 电聚合 石墨烯

【摘要】：近年来,印迹聚合物／膜在电化学传感器的研究中受到了广泛关注,因为在这一类高度交联的聚合物/膜中具有与目标物在功能团和空间结构上相匹配的结合位点,所以它们不仅制备简单、稳定性好,可在酸、碱、高温、高压等苛刻环境中使用,而且对目标物具有构效预定性和特异识别性,因此是传感器的理想敏感材料。目前,基于分子/离子印迹聚合物/膜的电化学传感器(分子/离子印迹电化学传感器)题材已有不少报道,但其制备方法还不够丰富,灵敏度特别是直接印迹在裸电极上的印迹传感器的灵敏度还有待提高,而且很多重要的分析对象如胆固醇、抗癌活性成分青蒿素、秋水仙碱、鬼臼毒素等和环境有害且价值很高的铂族金属离子Pt(IV)、Pd(II)、Rh(III)等的印迹传感器的研究还未见报道。因此,本论文选择了青蒿素、秋水仙碱、鬼臼毒素、胆固醇和Pt(IV)、Pd(II)、Rh(III)为研究对象,通过引入纳米材料和石墨烯-纳米复合材料如石墨烯-金纳米颗粒复合物等改善传感器的导电性、比表面积等,在系统优化了分子/离子印迹材料的制备条件后,用不同的制备方法,成功地构建了一系列分子/离子印迹电化学传感器,并对这些传感器的识别机理进行了初步的探讨,对其应用进行了系统研究。论文的主要内容如下： 1.针对青蒿素重要的药用价值和因紫外吸收弱而导致的检测困难,本文以研究青蒿素的有效检测方法为目标,开展了青蒿素分子印迹电化学传感器的研究。为了提高传感器的灵敏度,实验首先将具有巨大比表面积和优异导电性能的石墨烯修饰在玻碳电极表面,制得了石墨烯修饰玻碳电极(G/GCE),然后以青蒿素(ART)为模板,在优化了印迹材料的制备条件后,选择丙烯酰胺(AM)为功能单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,固定ART、AM和EGDMA的加入摩尔比为1：4：60,采用原位聚合法,将青蒿素分子印迹敏感膜修饰在石墨烯修饰的玻碳电极表面制得了青蒿素分子印迹电化学传感器ART-MIM/G/GCE,并研究了该传感器的识别机理与应用性能。结果表明,石墨烯纳米材料的引入显著提高了传感器的灵敏度和响应电流,缩短了响应时间,降低了检出限。在优化条件下,该传感器检测ART的线性范围为1.0×10-8～4.0×l0-5mol L" 检出限(S/N=3)为2.0×10-9mol L-1,且选择性、稳定性与重现性好,用于青蒿提取液中青蒿素的检测,相对标准偏差(RSD)在3.1%以内,回收率在100.0～110.5%之间。 2.利用G/AuNPs复合材料奇特的电学性质、大的比表面积以及强的吸附能力,为秋水仙碱在电极上的氧化提供更多的反应位点,实验采用G/AuNPs复合材料和分子印迹敏感膜共同修饰玻碳电极,成功构建了一个灵敏度高、选择性好的电化学传感器。在优化了传感器的制备条件后,实验首先制备了G/AuNPs复合材料修饰的玻碳电极,然后在此电极上采用原位聚合技术,以秋水仙碱(COLC为模板,甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,固定COLC、MAA和EGDMA的摩尔比为1：4：40,制备了秋水仙碱分子印迹电化学传感器(COLC-MIM/G/AuNPs/GCE)。该传感器在1.2×10-8～1.0×10-4mol L-1浓度范围内对秋水仙碱具有良好的线性伏安响应,检出限为4.8×1O-9mol L-1,明显低于用秋水仙碱分子印迹膜直接修饰的玻碳电极(COLC-MIM/GCE)。将该传感器用于秋水仙碱药片和人血清中秋水仙碱的检测,RSD小于3.1%,加标回收率在97.5%110.0%之间。 3.鬼臼毒素(PPT)是常用的抗肿瘤药物的主要成分。基于电聚合法简单、膜层厚度完全可控等优点,以及聚邻苯二胺(PoPD)具有均质性和高耐热性,能有效提高印迹聚合物的物理和化学性质的事实,本实验采用分子印迹技术,以邻苯二胺(o-PD)为功能单体,抗癌活性成分鬼臼毒素(PPT)为模板分子,在pH5.2的醋酸盐缓冲溶液中,利用循环伏安法在玻碳电极表面电聚合形成分子印迹膜,制备了鬼臼毒素分子印迹传感器(PPT-MIM/GCE)。该传感器检测PPT的线性范围为4×10-8-3.2×10-5mol L-1,检出限为2.0×10-8mol L-1,且选择性、稳定性与重现性好,将其用于桃儿七和人血清样品中PPT的检测,RSD小于4.0%,加标回收率在92.9～100.0%之间。 4.以苯酚为功能单体,胆固醇(ChO)为模板分子,在系统优化了电聚合条件的基础上,采用循环伏安法在石墨烯修饰的玻碳电极表面电聚合具有识别胆固醇分子的敏感膜,制备了胆固醇分子印迹敏感膜电化学传感器。采用扫描电镜、循环伏安、差分脉冲伏安法研究了印迹膜的结构、性能和分子印迹效应,比较了传感器对不同结构化合物的响应性能,发现该传感器对胆固醇的响应具有良好的选择性。胆固醇浓度在8.0×10-8～2.0x10-4mol L-1的范围内与峰电流的变化呈线性关系,检测下限为5.6×10-8mol L-1。该传感器具有洗脱容易、响应时间短和选择性高等优点,用于血清样品中胆固醇的测定,RSD在2.9%以内,加标回收率在99.8～102.0%之间。 5.实验建立了一种在复杂的矩阵中简便、灵敏地测定铂的方法。在对功能单体的种类、用量以及交联剂EGDMA的用量等条件进行了优化后,实验选择以PtCl62-为模板,烯丙基脲(NAU)为功能单体,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在PtCl62-.NAU与EGDMA的摩尔比为1：4：40的条件下,采用原位聚合法在玻碳电极(GCE)表面制备得到了铂离子印迹电化学传感器(Pt(IV) MIM/GCE).该传感器重复使用80次后的响应效果不低于初始响应的90%,而且对其它贵金属离子和一些常见金属离子基本没有响应。在优化后的测定条件下,用该传感器采用安培计时法测定Pt(Ⅳ)的线性范围为2.0×10-8mol L-1～2.5×10-4mol L-1,检出限(S/N=3)为4.0×10-9mol L-1,用其检测催化剂和植物样品中铂的含量,RSD不高于3.0%,加标回收率在97.8-103.6%之间。 6.为了构建钯离子印迹传感器用于钯的快速、简单、灵敏和选择性分析,实验通过一步电化学还原法,将氧化石墨烯在玻碳电极表面还原成石墨烯,制得了石墨烯修饰电极,再以此电极为基质,烯丙基脲(NAU)为功能单体,PdCl42-为模板离子,采用原位热引发聚合,制备了基于石墨烯修饰的钯离子印迹电化学传感器(Pd(II)-MIM/G/GCE).经性能测试与应用研究发现,修饰了石墨烯的传感器(Pd(II)-MIM/G/GCE)的灵敏度是未修饰石墨烯传感器(Pd(II)-MIM/GCE)的10倍。在优化后的测定条件下,用该传感器采用安培计时法测定Pd(Ⅱ)的线性范围为2.0×10-8-2.0×10-4cmol L-1,检出限(S/N=3)为6.4×10-9mol L-1,用于催化剂和植物样品中钯的测定,RSD不高于3.3%,加标回收率在99.2-106.5%之间。 7.在用紫外光谱法研究了Rh(Ⅲ)与丙烯酰胺(AM)、a-甲基丙烯酸(MAA)、烯丙基脲(NAU)和2-乙酰氨基丙烯酸(AAA)的相互作用基础上,选择了AM为功能单体,用沉淀聚合法合成了一种Rh(Ⅲ)离子印迹聚合物(IIP),并将其与石墨粉按0.01g/0.04g的质量比进行掺杂,制备了一种测定Rh(Ⅲ)的离子印迹掺杂碳糊电极(IIP-CPE),并采用多种方法对电极的性能进行了研究。结果表明,Rh(Ⅲ)的浓度位于1.0×10-8～3.0×10-5mol L-1范围内与IIP-CPE的还原峰电流具有良好的线性关系,最低检出限(S/N=3)为6.0nmol L-1。该传感器除灵敏度高,选择性好外,突出的优点是表面易于更新,将其用于植物样品和废催化剂中痕量铑的测定,RSD在3.3%以内,加标回收率在95.5-102.5%之间。
【关键词】：分子印迹 电化学传感器 原位聚合 电聚合 石墨烯
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O657.1;TP212
【目录】：

• 摘要3-7
• Abstract7-12
• 目录12-19
• 第一章 绪论19-52
• 1 分子印迹技术20-26
• 1.1 分子印迹技术的原理及特点21
• 1.2 影响分子印迹聚合物印迹效果的几个因素21-26
• 1.2.1 模板分子22-23
• 1.2.2 功能单体23-25
• 1.2.3 交联剂25-26
• 2 分子印迹电化学传感器26-35
• 2.1 分子印迹传感器的工作原理26-27
• 2.2 分子印迹电化学传感器的制备方法与性能参数27-31
• 2.2.1 分子印迹电化学传感器的制备方法27-30
• 2.2.2 影响分子印迹电化学传感器性能的因素30-31
• 2.3 分子印迹电化学传感器的分类31-35
• 2.3.1 电位型传感器31-32
• 2.3.2 电流型传感器32-33
• 2.3.3 电容型传感器33-34
• 2.3.4 电导型传感器34-35
• 3 新技术与新材料在分子印迹电化学传感器中的应用35-39
• 3.1 纳米材料35-37
• 3.2 溶胶-凝胶(sol-gel)无机膜37-38
• 3.3 自组装技术38-39
• 4 分子印迹电化学传感器现存问题与发展趋势39-40
• 5 论文研究目的和内容40-43
• 参考文献43-52
• 第二章 基于石墨烯修饰的青蒿素分子印迹传感器的研制与应用52-71
• 1 前言52-54
• 2 实验部分54-56
• 2.1 主要仪器与试剂54
• 2.2 样品溶液的制备54-55
• 2.3 石墨烯的制备55
• 2.4 石墨烯修饰电极(G/GCE)的制备55
• 2.5 分子印迹及非印迹敏感膜修饰电极的制备55-56
• 2.6 电化学检测条件及实验方法56
• 3 结果与讨论56-66
• 3.1 MIM/G/GCE制备条件的优化56-60
• 3.1.1 功能单体的选择56-58
• 3.1.2 模板、功能单体和交联剂用量的优化58-59
• 3.1.3 洗脱液和洗脱时间的优化59-60
• 3.2 石墨烯及ART印迹膜的表征60-61
• 3.3 ART-MIM/G/GCE的电化学性能61-62
• 3.4 平衡时间的选择62-63
• 3.5 MIM/G/GCE电极的线性范围与检出限63-65
• 3.6 电极的选择性、重现性与稳定性65-66
• 3.7 实际样品分析66
• 4 结论66-67
• 参考文献67-71
• 第三章 基于石墨烯/纳米金颗粒修饰的秋水仙碱分子印迹传感器的研制与应用71-91
• 1 前言71-72
• 2 实验部分72-75
• 2.1 主要仪器与试剂72-73
• 2.2 金纳米颗粒的制备73
• 2.3 石墨烯/Au纳米颗粒修饰电极的制备73
• 2.4 分子印迹及非印迹敏感膜修饰电极的制备73-74
• 2.5 电化学检测条件及实验方法74
• 2.6 样品溶液的制备74-75
• 3 结果与讨论75-87
• 3.1 石墨烯/金纳米颗粒及COLC印迹膜的表征75-76
• 3.2 COLC-MIM/G/AuNPs/GCE的电化学性能76-77
• 3.3 COLC在修饰电极上的电化学行为77-79
• 3.4 实验条件的优化79-83
• 3.4.1 功能单体的选择79-80
• 3.4.2 功能单体和交联剂用量的优化80-81
• 3.4.3 洗脱液和洗脱时间的优化81-82
• 3.4.4 支持电解液和平衡时间的选择82-83
• 3.5 MIM/G/AuNPs/GCE的线性范围与检出限83-85
• 3.6 电极的选择性、重现性与稳定性85-86
• 3.7 实际样品分析86-87
• 4 结论87
• 参考文献87-91
• 第四章 鬼臼毒素分子印迹电化学传感器的研制及应用91-109
• 1 前言91-92
• 2 实验部分92-94
• 2.1 仪器与试剂92
• 2.2 分子印迹膜和非印迹膜修饰电极的制备92-93
• 2.3 电化学检测条件及实验方法93
• 2.4 样品溶液的制备93-94
• 3 结果与讨论94-105
• 3.1 传感器制备条件的选择94-99
• 3.1.1 电聚合功能单体的优化94-95
• 3.1.2 电聚合圈数的优化95-97
• 3.1.3 电聚合体系pH值的优化97-98
• 3.1.4 单体用量的优化98-99
• 3.1.5 洗脱时间的优化99
• 3.2 MIM/GCE的电化学性能99-101
• 3.3 MIM/GCE测定条件的优化101-102
• 3.4 MIM/GCE的线性范围与检出限102-103
• 3.5 电极的选择性、重现性与稳定性103-104
• 3.6 实际样品分析104-105
• 4 结论105-106
• 参考文献106-109
• 第五章 胆固醇分子印迹电化学传感器的研制及应用109-128
• 1 前言109-110
• 2 实验部分110-112
• 2.1 主要仪器与试剂110-111
• 2.2 石墨烯修饰电极的制备111
• 2.3 分子印迹膜和非印迹膜修饰电极的制备111
• 2.4 电化学检测条件及实验方法111-112
• 3 结果与讨论112-125
• 3.1 分子印迹聚合膜的伏安行为112-113
• 3.2 分子印迹膜的形貌与结构表征113-114
• 3.3 ChO-MIM/G/GCE的电化学性能114-116
• 3.4 印迹电极制备及应用条件116-121
• 3.4.1 电沉积过程中扫描速度的优化116
• 3.4.2 电沉积过程中扫描圈数的优化116-117
• 3.4.3 单体用量的优化117-118
• 3.4.4 洗脱时间的优化118-119
• 3.4.5 测定体系缓冲溶液pH值的优化119-120
• 3.4.6 测定过程中平衡时间的优化120-121
• 3.5 MIM/G/GCE的线性范围与检出限121-123
• 3.6 电极的选择性、重现性与稳定性123-124
• 3.7 实际样品分析124-125
• 4 结论125
• 参考文献125-128
• 第六章 原位聚合法制备离子印迹电化学传感器用于环境样中铂的测定128-149
• 1 前言128-129
• 2 实验部分129-132
• 2.1 主要仪器与试剂129-130
• 2.2 样品溶液的制备130-131
• 2.3 离子印迹及非印迹电极的制备131
• 2.4 电化学检测条件及实验方法131-132
• 3 结果与讨论132-144
• 3.1 Pt(Ⅳ)-IIM/GCE制备条件的优化132-135
• 3.1.1 功能单体种类的优化132-133
• 3.1.2 功能单体用量的优化133
• 3.1.3 交联剂用量的优化133-134
• 3.1.4 洗脱液和洗脱时间的优化134-135
• 3.2 Pt(Ⅳ)离子印迹聚合膜及Pt(Ⅳ)-IIM/GCE的表征135-139
• 3.2.1 Pt(Ⅳ)离子印迹聚合膜形貌与结构表征135-138
• 3.2.2 IIM/GCE的电化学表征138-139
• 3.3 Pt(Ⅳ)-IIM/GCE测量条件的优化139-141
• 3.4 IIM/GCE的分析特性141-143
• 3.4.1 i-t曲线、工作曲线与检出限141-142
• 3.4.2 电极的选择性、重现性与稳定性142-143
• 3.5 实际样品分析143-144
• 4 结论144
• 参考文献144-149
• 第七章 基于石墨烯修饰的钯离子印迹聚合膜电化学传感器的研制及应用149-169
• 1 前言149-150
• 2 实验部分150-152
• 2.1 主要仪器与试剂150
• 2.2 样品溶液的制备150-151
• 2.3 石墨烯修饰电极的制备(G/GCE)151
• 2.4 离子印迹及非印迹聚合膜修饰电极的制备(Pd(Ⅱ)-IIM/G/GCE)151
• 2.5 电化学检测条件及实验方法151-152
• 3 结果与讨论152-165
• 3.1 石墨烯修饰电极的制备与表征152-154
• 3.1.1 石墨烯修饰电极(G/GCE)的制备152-153
• 3.1.2 石墨烯修饰玻碳电极的表征153-154
• 3.2 IIM/G/GCE制备条件的优化154-158
• 3.2.1 功能单体种类的优化154-156
• 3.2.2 功能单体用量的优化156-157
• 3.2.3 交联剂用量的优化157-158
• 3.2.4 洗脱液和洗脱时间的优化158
• 3.3 Pd(Ⅱ)离子印迹聚合膜及Pd(Ⅱ)-IIM/G/GCE的表征158-160
• 3.3.1 Pd(Ⅱ)离子印迹聚合膜形貌与结构表征158-159
• 3.3.2 Pd(Ⅱ)-IIM/G/GCE的电化学表征159-160
• 3.4 Pd(Ⅱ)-IIM/G/GCE测量条件的优化160-162
• 3.5 IIM/G/GCE的分析特性162-164
• 3.5.1 计时曲线(i-t)、工作曲线与检出限162-163
• 3.5.2 电极的选择性、重现性与稳定性163-164
• 3.6 实际样品分析164-165
• 4 结论165-166
• 参考文献166-169
• 第八章 铑离子印迹聚合物修饰碳糊电极的制备及应用169-186
• 1 引言169-170
• 2 实验部分170-172
• 2.1 仪器和试剂170
• 2.2 离子印迹及非印迹聚合物的制备170-171
• 2.3 离子印迹及非印迹聚合物修饰碳糊电极的制备171
• 2.4 电化学检测条件及实验方法171
• 2.5 样品溶液的制备171-172
• 3 结果与讨论172-182
• 3.1 铑离子印迹聚合物制备条件的优化172-174
• 3.1.1 聚合单体种类及用量的选择172-173
• 3.1.2 交联剂用量的优化173-174
• 3.2 IIP用量的优化174-175
• 3.3 Rh(Ⅲ)离子印迹聚合物及IIP-CPE的表征175-178
• 3.3.1 Rh(Ⅲ)离子印迹聚合物的表征175-176
• 3.3.2 IIP-CPE的电化学表征176-178
• 3.4 IIP-CPE应用条件的优化178-179
• 3.5 IIP-CPE的分析特性179-181
• 3.5.1 计时曲线、工作曲线与检出限179-180
• 3.5.2 电极的选择性、重现性与稳定性180-181
• 3.6 实际样品分析181-182
• 4 结论182
• 参考文献182-186
• 论文发表情况186-187
• 致谢187

【参考文献】

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