苯酚分子印迹电化学传感器的制备及其应用研究

摘要

苯酚因带有剧毒且难降解已经成为了废水污染物中的一个典型。因此，开拓与发展快速、高效、灵敏的检测出苯酚的新型传感器，对于确保人们的生命安全，具有十分重要的科学意义与环保价值。虽然目前已有的电化学传感器具有快速、灵敏的特点，但是缺乏专一识别性，容易受其它物质的干扰。为解决该问题，人们逐渐开始寻找新的材料来制备具有专一识别性的电化学传感器。
　　分子印迹技术是“精心裁制”具有特异选择性材料的一种重要方法。通过该技术合成的分子印迹聚合物（(Molecularly Imprinting Polymer, MIP）分布有大量颗粒尺寸与立体形状一定，且官能团排列顺序也一定的空穴，这些空穴与目标分子高度匹配。因此，对目标分子结构具有记忆功能，可以选择性地识别与结合目标分子。本文中，以分子印迹材料作为传感器的识别元件，碳纳米管为增敏材料，制备了具有专一识别性的分子印迹电化学传感器，并采用红外光谱法（IR）、紫外光谱法（UV）、循环伏安法（CV）、差分脉冲伏安法（DPV）、X射线衍射（XRD）等，研究了分子印迹电化学传感器的结构、选择识别性、重复使用性、灵敏度、检出限。
　　本论文分为五章，各章节介绍如下：
　　第一章前言详细介绍了苯酚的危害，分子印迹材料与常见传感器增敏材料的研究进展，以及本课题选题的意义与主要研究内容。
　　第二章简单介绍了实验中所需的仪器、试剂，实验步骤和样品的表征方法。
　　第三章阐述了多壁碳纳米管羧基化的处理方法，采用蘸涂法制备MWNTs-COOH/GCE修饰电极，通过CV研究苯酚在修饰电极表面的电化学氧化机理，结果发现苯酚在电极表面的氧化受扩散和吸附共同控制，电化学氧化的反应历程为：苯酚?对苯二醌（邻苯二醌）?对苯二酚（邻苯二酚），测试过程中的中间产物邻苯二酚和对苯二酚的浓度是随着扫描圈数的增加而增加，若在测量过程中只考虑0.7 V处的氧化峰，并将其用作绘制苯酚与浓度的标准曲线的参照，将导致在测量的过程中由于测量时间的不同，会引起不同程度的误差，最大误差值为17.5％。同时，若溶液中本身就存在邻苯二酚或对苯二酚，也会对苯酚浓度的测定产生干扰，浓度越大，干扰越大。
　　第四章采用接枝聚合法，以聚乙烯亚胺（PEI）为功能单体，苯酚为模板，乙二醇二缩水甘油醚为交联剂，制备了基于纳米SiO2的表面分子印迹材料，通过酸刻蚀的方法除去 SiO2，得到分子印迹材料（ MIP），并将其用于构建MIP/MWNTs-COOH/GCE型传感器。通过 CV和 DPV测试，发现 MIP/ MWNTs-COOH/GCE电极在对苯酚有专一识别性，测试过程不受邻苯二酚和对苯二酚等酚类物质的干扰。对苯酚有较好的响应性，在1×10-8 M到4×10-7 M的范围内，峰电流大小与苯酚浓度有良好的线性关系，相关系数为0.985，检出限为3.4×10-8 M。
　　第五章对本论文进行总结，并对发展前景进行展望。

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第一章 引 言

1.1苯酚的检测技术

1.2 分子印迹技术

1.3 传感器的增敏材料

1.4 论文的选题和主要研究内容

1.5 论文创新点

第二章 实验部分

2.1试剂和仪器

2.2 实验内容

2.3 表征测试方法

2.4 本章小结

第三章 苯酚在碳纳米管修饰玻碳电极表面的电氧化机理研究

3.1 碳纳米管的羧基化处理

3.2 苯酚在碳纳米管修饰玻碳电极表面的电氧化机理研究

3.3 本章小结

第四章 表面分子印迹电化学传感器的制备与性能研究

4.1 表面分子印迹材料制备过程中条件的探索

4.2 表面分子印迹电化学传感器的性能测试

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

攻读学位期间取得研究成果

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