基于纳米复合材料电化学传感器的构建及其在中药有害物质分析中的应用研究

发布时间：2020-04-03 19:36

【摘要】：电化学传感器凭借响应快、便捷、灵敏、低成本、前处理简单、应用于在线分析等优势成为了分析检测领域中非常重要的技术。目前,电化学传感器技术主要被应用于食品药品安全、环境保护、医疗监测等方面。近年来,化学修饰电极在传感器领域中被广泛使用。而纳米材料则作为发展化学修饰电极的关键支撑点,已展现了优越的性能。如石墨烯、碳纳米管、金属类等纳米材料已在诸多领域成为研究热点和趋势。这些材料无疑都具备着独特的空间结构和良好的电催化能力,因此,构建新颖的纳米复合材料修饰电极是目前电化学传感器领域的研究趋势。本论文基于一些材料的特性,研制了几种纳米复合材料修饰的电极传感器并将其应用于中药材中有害物质的准确、灵敏检测分析。本论文的研究和考察内容主要可概括为以下三个部分。1)Mg-Al-LDH-p-m-ABSA修饰玻碳电极的研制及对甲基对硫磷和杀螟硫磷的电化学行为研究实验基于脉冲电位电聚合法制备得到聚间氨基苯磺酸膜修饰的玻碳电极(p-m-ABSA/GCE),并将适量的镁-铝双金属氢氧化物(Mg-Al-LDH)滴涂到修饰的电极表面结合p-m-ABSA得到复合材料修饰电极(Mg-Al-LDH/p-m-ABSA/GCE)。通过扫描电镜(SEM)、能谱技术和电化学方法对传感器电极表面形态学和有效面积进行了表征和考察,优化了间氨基苯磺酸聚合时间、Mg-Al-LDH修饰浓度、扫描速率、缓冲液pH等实验条件,并研究了农药甲基对硫磷(MP)和杀螟硫磷(FNT)在Mg-Al-LDH/p-m-ABSA/GCE上的电化学行为。研究表明:制得的Mg-Al-LDH/p-m-ABSA/GCE对甲基对硫磷和杀螟硫磷有良好的电催化性能。对实验条件进行了优化,在最佳条件下,甲基对硫磷的氧化峰电流与其浓度在0.1~20.0μM的范围内呈现出良好的线性关系,r为-0.9983,检出限LOD为33.0 nM(S/N=3);杀螟硫磷的氧化峰电流和其浓度分别在0.01~5.0μM和5.0~60.0μM的范围内呈现出良好的线性关系,r分别为-0.9936和-0.9927;还原峰电流和其浓度在5.0~60.0μM的范围内呈现出良好的线性关系,r为-0.9881,杀螟硫磷所得检出限3.5 nM(S/N=3)。修饰的电极可成功用于中药样品厚朴和黄芩中甲基对硫磷和杀螟硫磷的分析检测,结果满意。2)Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)、Hg~(2+)在ILS-Mg-Al-LDH修饰活化玻碳电极上的阳极溶出电化学行为及同时分析检测实验利用离子液体(ILS)对镁-铝双金属氢氧化物(Mg-Al-LDH)进行性能优化,得到ILS-Mg-Al-LDH分散液,并将ILS-Mg-Al-LDH修饰到由稀硫酸活化后的裸玻碳电极上制得ILS-Mg-Al-LDH/GCE。该修饰电极可应用于四种常见重金属离子Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)、Hg~(2+)的同时测定。实验优化了影响Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)、Hg~(2+)分析检测效果的实验条件如修饰浓度、沉积时间、沉积电压、缓冲液pH等。在最佳条件下同时分析四种重金属离子,Pb~(2+)和Cu~(2+)的溶出峰电流在0.05~4.0μg·L~(-1)范围内呈现出良好的线性关系,r分别为0.9956和0.9933,检出限LOD分别为16.0 ng·L~(-1)和25.0ng·L~(-1)(S/N=3);Cd~(2+)和Hg~(2+)的溶出峰电流在0.5~50.0μg·L~(-1)范围内呈现出良好的线性关系,r为分别为0.9967和0.9982检测限LOD分别为0.25μg·L~(-1)和0.18μg·L~(-1)(S/N=3)。实验结果表明,ILS-Mg-Al-LDH/GCE对Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)、Hg~(2+)实现了低浓度下的同时检测并且实现了较好的分离。该方法实现了陈皮和茶叶样品中Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)、Hg~(2+)的准确同时测定。3)电聚合L-半胱氨酸-β-环糊精修饰的玻碳电极分析测定紫草和甘草中的多菌灵实验制备了聚L-半胱氨酸-β-环糊精修饰的玻碳电极(p-L-Cysteine-β-CD/GCE),经扫描电镜和能谱进行表面形态学表征,并且研究了多菌灵在该修饰电极上的电化学行为。实验考察了聚L-半胱氨酸-β-环糊精的聚合圈数、扫描速率、缓冲液pH等条件。结果表明,聚L-半胱氨酸-β-环糊精具备优秀的电催化能力,能够显著提高多菌灵的峰电流,促进电极表面电化学响应。对影响多菌灵的各实验条件进行了优化后,在最佳实验条件下,多菌灵还原峰电流分别在0.05~10.0μM和10.0~75.0μM的范围内呈现出良好的线性关系,r分别为0.9976和0.9931检出限LOD为18.0nM(S/N=3),该方法可成功应用于紫草和甘草中多菌灵的检测分析。
【图文】：

原理图,电化学传感器,原理图

传输至计算机后为分析提供数据，最后以图谱的形式展现。如图 1感元件选择性地和待测物发生作用产生出电信号，转换元件作为接统将信号放大。所以敏感元件的开发是传感器研究和创新的关键一饰物或者修饰方法的提高，能有效提高电化学传感器对待测物目标、检测限。

金属纳米材料

结合修饰到电极表面。金属氧化物[53，66-68]和金属氢氧O2、COxOy、NixOy、AlXMgy(OH)Z、MnOX、CoXNiy(OH)Z、F成方法的多样性，有多种氧化形态，，如图 1-3 可知，从物有非常强的可创造性。很多金属类材料制备的电化学传感性、快速响应的优点。
【学位授予单位】：广东药科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;R284.1

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