三种新型石墨纸基化学传感器的制备及应用

摘要

化学传感器由于操作简单、灵敏度高、应用范围广等优点，一直以来被广泛应用于各种目标物的分析测定中。其中电化学传感器和光化学传感器是两种最常见的化学传感器，目前已经达到商业化阶段，并且在环境监测、食品安全以及临床医学等领域有着广泛的应用。石墨纸材料由于处理简单、比表面积大、导电性好、价格低廉等优点，被视为传感器基底材料的良好候选。通过在上面修饰不同物质，如纳米粒子、导电聚合物、分子印迹聚合物(MIP)等，可以实现对目标物质的选择性灵敏检测。基于以上，本文以柔性多层的石墨纸作为基底材料，结合不同修饰物和传感策略，构建了三种不同类型的石墨纸基化学传感器，用于对目标物质的特异性识别，具体工作如下：　　1.我们以剥离后的石墨纸(EGP)作为基底电极，先后在其表面修饰一层普鲁士蓝(PB)和金纳米粒子(AuNPs)，用于对过氧化氢(H2O2)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)进行灵敏检测。实验结果表明该传感器在最优条件下对H2O2和NADH检测的线性范围可达5.0×10-8–1.0×10-3mol/L和5.0×10-7–1.0×10-3mol/L，检出限为4.8×10-9mol/L和2.1×10-7mol/L。　　2.通过水热法在EGP表面原位生长Fe3O4颗粒，然后以芦荟大黄素(AE)作为模板分子，吡咯作为功能单体在其表面电聚合MIP，构建了一种新型电化学/比色双模式传感器。由于MIP的特异性识别能力，使得传感器具有良好的选择性，EGP大的比表面积和良好的导电性大大提高了传感器的灵敏度，从而在电化学传感模式中实现了对AE的选择性灵敏检测(线性范围为5.0×10-8–1.0×10-4mol/L)。此外，Fe3O4作为过氧化物模拟酶能够在H2O2存在下将TMB催化氧化成oxTMB，使溶液颜色由无色变为蓝色。当传感器再结合AE后，由于AE阻碍了部分印迹孔穴，降低了Fe3O4的催化能力，使得溶液蓝色变浅。根据颜色的变化，该传感器可在5.0×10-8–1.0×10-3mol/L的范围内对AE进行准确测定。　　3.据报道，MOFs材料不仅具有明显的过氧化物酶活性，而且能作为载体与不同的功能客体相结合，有效保护功能客体并提高其物理化学性能。因此本实验中我们通过水热法在EGP表面原位生长具有过氧化物模拟酶性质的金属有机框架MIL-101(Cr)，制备了MIL-101(Cr)/EGP传感器。为提高传感器的灵敏度，我们将同样表现出过氧化物模拟酶性质的PB结合到MIL-101(Cr)/EGP中，制备出一种新型MIL-101(Cr)@PB/EGP纳米模拟酶比色传感器。同时为了提高传感器的选择性，我们以土霉素(OTC)作为模板分子，吡咯作为功能单体，在MIL-101(Cr)@PB/EGP表面电聚合MIP，构建了一种新型石墨纸基印迹比色传感器，用于OTC的选择性灵敏检测。在最优条件下，该传感器实现了对OTC的灵敏检测，线性范围为8.0×10-8–1.0×10-5mol/L，检出限为2.7×10-8mol/L。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 化学传感器简介

1.1.1 化学传感器的发展

1.1.2 化学传感器的分类

1.1.3光化学传感器

1.1.4 电化学传感器

1.2.1 石墨纸材料概述

1.2.2 石墨纸基传感器发展现状

1.3 论文设想

参考文献

第二章 石墨纸基电化学传感器对H2O2和NADH的同时灵敏检测

2.1引言

2.2 实验部分

2.2.1 仪器与试剂

2.2.2 PB/EGP修饰电极的制备

2.2.3 AuNPs/PB/EGP 修饰电极的制备

2.3 结果与讨论

2.3.1 传感器的性质表征

2.3.2 传感器制备条件的优化

2.3.3 AuNPs/PB/EGP 对NADH的电化学传感

2.3.4 AuNPs/PB/EGP 对H2O2的电化学传感

2.3.5 传感器的重复性和稳定性

2.3.6 实际样品的检测

2.4 结论

参考文献

第三章 石墨纸基传感界面对芦荟大黄素的电化学/比色双模式检测

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 仪器与试剂

3.2.2 Fe3O4/EGP的制备

3.2.3 MIP/Fe3O4/EGP 的制备

3.2.4 实际样品的处理

3.3 结果与讨论

3.3.1 修饰电极的形貌表征

3.3.2 MIP/Fe3O4/EGP 的电化学传感

3.3.3 MIP/Fe3O4/EGP 的比色传感

3.4 结论

参考文献

第四章 石墨纸基印迹比色传感器对土霉素的选择性灵敏检测

4.1引言

4.2 实验部分

4.2.1 试剂和仪器

4.2.2 MIL-101(Cr)/EGP 的制备

4.2.3 MIL-101(Cr)@PB/EGP的制备

4.2.4 MIP/MIL-101(Cr)@PB/EGP的制备

4.2.5 实际样品的预处理

4.3 结果与讨论

4.3.1 传感器的形貌表征

4.3.2 传感器的紫外表征

4.3.3 条件优化

4.3.4 MIP/MIL-101(Cr)@PB/EGP对OTC的比色检测

4.3.5传感器的选择性

4.3.6传感器的重现性与稳定性

4.3.7实际样品检测

4.4 结论

参考文献

第五章 本论文的创新之处及工作展望

5.1 论文创新之处

5.2 工作展望

附录 本人研究生期间成果

致谢