贵金属(Au,Ag,Pd)纳米粒子在可视化传感及电分析化学中的应用研究

摘要

化学法功能化的金纳米粒子具有特殊的光电性质,这就使其在可视化测定系统中具有很重要的作用,特别是对于重金属离子的测定方面。为了确保测定的灵敏性和选择性高,纳米粒子的表面需要修饰上一些特别的试剂,这些试剂对某些金属离子有非常强的和专一性的亲和性。银、钯纳米粒子具有纳米粒子的通性,具有很好的电催化活性。碳纳米管具有独特的化学、机械和电学特性,奇特的电子特性使碳纳米管被修饰在电极表面后,能够促进电化学反应的电子转移,因此碳纳米管在材料、医药、物理、化学等多个领域具有巨大的应用潜力。本文利用金纳米粒子的特性可视化测定了水相中的Cr3+,并且进一步研究了银和钯纳米粒子与碳纳米管相结合修饰的玻碳电极的应用。
　　 一、半胱氨酸修饰的金纳米粒子用于检测水相中的Cr3+一直以来对于铬的测定研究都是非常受重视的,特别是探索研究新的具有高选择性和高灵敏度的试验方法来检测痕量的铬显得尤其有意义。目前的文献报道中也出现了几种方法来检测Cr3+,但是这些方法一般要求有机溶剂,而且检测限都相对较高。这里提出采用功能化的AuNPs来可视化检测溶液中的Cr3+,这种方法能排除包括Cr(Ⅵ)在内的另外17种金属离子的干扰。因为金纳米粒子具有一些特殊的光学和电学性质,例如依赖纳米粒子大小、形状和粒子之间距离的表面等离子共振性,因此金纳米粒子已经被广泛应用于各种研究和工业应用中。功能化的AuNPs在Cr3+存在时会发生凝聚,从而导致颜色发生变化,从而可以利用光谱进行测定,这就提供了一种有效的、方便的在水溶液中检测Cr3+的方法。
　　 二、AgNPs／MWNTs修饰玻碳电极用于电化学检测亚硝酸盐本文提供了一种用银纳米粒子(AgNPs)修饰玻碳电极上的多壁碳纳米管(MWNTs)用于电化学检测亚硝酸盐的方法。采用计时电流法把AgNPs沉积到吸附在电极上的MWNTs上,修饰电极可以写作AgNPs／MWNTs／GC。本研究表明,AgNPs／MWNTs／GC电极有效提高了亚硝酸盐在电极表面的催化氧化。计时电流法研究进一步证明,该方法响应迅速、稳定、灵敏,并且亚硝酸根浓度在71.3到1550μM范围内有很好的线性关系,检测限为8.0μmol／L。AgNPs／MWNTs复合物为纳米结构的电化学传感器或生物传感器提供了一个有利的发展平台。
　　 三、PdNPs／MWNT修饰玻碳电极用于电化学检测色氨酸本论文提出一种高灵敏度的利用电化学法检测色氨酸的方法。该方法采用电化学沉积法把PdNPs固定到MWNTs修饰的玻碳电极上,形成了PdNPs／MWNTs／GCE电极。电极的表面利用循环伏安法(CV)进行了分析,结果显示,杂化的纳米材料有效降低了色氨酸在电极上氧化还原时的超电势,提高了色氨酸在电极上的电催化氧化活性。在pH为7.4的磷酸缓冲溶液(PBS)中,色氨酸在电极上的响应最好。差示脉冲伏安法(DPV)的峰电流与色氨酸的浓度呈现良好的线性关系,线性范围为2.5×10-5mol／L～1.7×10-4mol／L,检测限为0.41μmol／L(S／N=3)。另外,该修饰电极用于药物中色氨酸的检测,取得了较理想的效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 金纳米粒子

1.1.1 历史回顾

1.1.2 基本背景:量子尺寸效应和单电子跃迁

1.1.3 合成和组装

1.1.4 纳米粒子的表征

1.1.5 金纳米粒子的应用

1.2 碳纳米管简介

1.2.1 碳纳米管的制备

1.2.2 碳纳米管的纯化

1.2.3 碳纳米管的改性

1.2.4 碳纳米管在电极上的应用

1.3 本论文的目的及意义

第二章 半胱氨酸修饰的金纳米粒子用于检测水相中的Cr3+

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 主要试剂

2.2.2 主要仪器

2.2.3 方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 半胱氨酸修饰的AuNPs对Cr3+的选择性

2.3.2 线性和检测限

2.3.3 实验条件的优化

2.4 结论

第三章 AgNPs/MWNTs修饰玻碳电极用于电化学检测亚硝酸盐

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 主要试剂

3.2.2 主要仪器

3.2.3 修饰电极的制备方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 亚硝酸根在修饰电极上的电化学行为

3.3.2 电极层层修饰的表征

3.3.3 MWNTs用量的选择

3.3.4 不同底液的选择

3.3.5 峰电流与扫速的关系

3.3.6 线性范围、检测限及电极稳定性

3.3.7 离子干扰

3.3.8 实际样品分析

3.4 结论

第四章 PdNPs/MWNTs修饰玻碳电极用于电化学检测色氨酸

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 主要仪器

4.2.2 主要试剂

4.2.3 修饰电极的制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 色氨酸在修饰电极上的电化学行为

4.3.2 修饰电极的表征

4.3.3 条件选择

4.3.4 峰电流与扫速的关系

4.3.5 线性范围、检测限及电极稳定性

4.3.6 实际样品分析

4.4 结论

参考文献

致谢

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文