一种罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极的制备方法及应用

摘要

本发明公开了一种罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极的制备方法及应用，在pH7.0罗丹明6G浓度为5.0×10

说明书

技术领域

本发明属于化学技术领域，涉及一种罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极的制备方法及应用。 

背景技术

化学修饰电极是70年代中期发展起来的一门新兴的、也是目前最活跃的电化学和电分析化学的前沿领域。化学修饰电极是在电极表面进行分子设计，构成某种微结构，将具有优良化学性质的分子、离子、聚合物设计固定在电极表面，使电极具有某种特定的化学和电化学性质。它是在传统电化学电极基础上发展起来的，在提高选择性和灵敏度方面具有独特的优越性。在19世纪末到20世纪中期，已经清楚知道很多物质能在电极表面吸附，并且开始在分子水平上进行电极修饰。80年代初中国科学院长春应化学研究所董绍俊率先领导在国内开展了化学修饰电极的系统研究。近20年来，化学修饰电极更是得到了显著发展。如今应用领域越来越广泛，如在生命科学、环境科学、分析科学、能源科学、材料科学以及电子学等诸多方面。 

许多染料都具有良好的电化学活性，染料的共轭结构特点有利于分子在电极上的吸附，而且携带的基团能促进一些分子在电极表面的电子转移过程，因此在电极修饰领域一直是人们研究的热点[10]。如果有机染料带有电子供体氨基或羟基，并且具有至少一个未取代的邻位或对位时，可以在电极上发生电化学聚合。制备染料修饰电极的方法通常包括吸附法，聚合物包埋法以及直接电聚合染料分子等方法。 

罗丹明6G，英文名称Rhodamine6G，又名玫瑰红6G，蕊香红6G，黄光碱性蕊香红。它是一种可作为生物荧光染色剂的一种由三苯甲烷衍生的染料，溶于水呈猩红色带绿色荧光；溶于醇呈红色带黄色荧光或黄红色带绿色荧光。由等重量的罗丹明B和盐酸苯胺加热至185～190℃保持1.5～2h，将所得产物用乙醇和无机酸加以酯化制得。 

过氧化氢俗称双氧水，水溶液为无色透明液体，有微弱的特殊气味。纯过氧化氢是淡蓝色的油状液体。在酸性条件下，双氧水较稳定，但在碱性条件下，则 很不稳定，能快速分解。在不同的情况下可有氧化作用或还原作用，可用作氧化剂、漂白剂、消毒剂、脱氯剂等，所以在纺织业、造纸业、电子业、食品业、环境保护等领域都有广泛的应用；另外，用酶作为分子识别元件，具有很好的选择性，现已有多种酶用于测定生物体中微量成分，其中使用氧化酶进行测定时，最终产物是过氧化氢，因此，发展灵敏、快速、低成本的H₂O₂检测方法意义重要。目前，H₂O₂检测方法包括滴定法、分光光度法、色谱法、化学发光法、及电化学法等。 

目前所研究的染料大多数为醌亚胺类染料，如亚甲蓝、亚甲绿、麦尔多拉蓝等。它们对蛋白质、细胞色素等物质有良好的催化效果。但这类电极多采用吸附法制备，电极的稳定性、重复性及使用寿命均不理想。在ITO电极上只聚合有罗丹明6G薄膜的修饰电极稳定性也较差，但当再聚合上8-羟基喹啉薄膜后修饰电极放的稳定性有了很大的提高，且能长时间保存和重复利用。过氧化氢在工业生产、环境分析等领域都有广泛的应用，它也是胆固醇氧化酶、葡萄糖氧化酶等一系列酶促反应的重要副产物。因此，发展成本低、快速、灵敏度高的H₂O₂检测方法有重要意义。 

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极的制备方法，利用罗丹明6G（Rh6G）电化学性质，制备了罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极，建立了一种对过氧化氢测定的新方法。其技术方案为： 

一种罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极的制备方法，包括以下步骤： 

（1）依次将ITO电极在丙酮、无水乙醇、二次水中超声清洗2min，晾干，待用； 

（2）预处理后的电极放入5×10^-4mol/LRh6G+0.1mol/LPBS、pH=7.0+0.1mol/LNaCl体系中，接通三电极系统，利用循环伏安法进行扫描聚合罗丹明6G薄膜，扫描电位范围为-1.1～1.6V；扫描速率为50mV/s；扫描段数为20段； 

（3）完成聚合后，取出修饰好的电极，用二次蒸馏水冲洗干净，晾干，备用； 

（4）将晾干后的罗丹明6G修饰电极放入5×10^-4mol/L的8-羟基喹啉 +0.1mol/LNaCl体系中，接通三电极系统，于-0.9～1.4V电位范围内，以100mV/s扫描速率电化学聚合14段，即可制得罗丹明/8-羟基喹啉薄膜修饰电极。 

本发明所述的罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极在实际样品中过氧化氢的定量分析中的应用。 

本发明的有益效果： 

本发明制备了罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极，建立了一种对过氧化氢测定的新方法。研究了pH值、电位范围、Rh6G浓度、缓冲溶液、8-羟基喹啉薄膜厚度对测定的影响。在pH7.0罗丹明6G浓度为5.0×10^-3mol/L的溶液中利用循环伏安法将Rh6G聚合到ITO电极上，待罗丹明6G薄膜完全干后，再利用循环伏安，将8-羟基喹啉修饰到电极上，这样就制备出了表面均匀、稳定性好的罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极。然后利用差分脉冲伏安法测定罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜对过氧化氢的响应，实验结果表明，过氧化氢的浓度在5×10^-5～7.5×10^-3mol/L范围内与峰电流呈良好的线性关系，检测限可达5×10^-6mol/L，相关系数为0.9991，回收率在96.4%～104.8%之间，可用于实际样品中过氧化氢的定量分析。该修饰电极制备方法简单，稳定性好，灵敏度高，可重复使用，在过氧化氢检测方面具有一定的应用前景。 

总之，本发明与一般的过氧化氢检测方法检测相比较具有以下优势：使用的仪器易操作，试剂种类及用量少，修饰电极容易制备，修饰电极稳定性、重现性好，可长时间存放和重复利用；对过氧化氢测定的灵敏度高，干扰物质少，所以该修饰电极具有一定的实用价值。 

附图说明

图1是聚合罗丹明6G薄膜时的循环伏安图； 

图2是聚合8-羟基喹啉薄膜时的循环伏安图； 

图3是不同的修饰电极在空白溶液的电流：（a）空白电极；（b）罗丹明6G薄膜修饰电极；（c）8-羟基喹啉薄膜修饰电极；（d）罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极； 

图4是聚罗丹明6G薄膜的电极在空白溶液中的电流：（a）第一次扫描；（b）第二次扫描； 

图5是聚罗丹明6G/8羟基喹啉薄膜的电极在空白溶液中的电流：（a）第一 次扫描；（b）第二次扫描； 

图6是罗丹明/8-羟基喹啉修饰电极对过氧化氢的响应：（a）在空白中溶液中；（b）在过氧化氢溶液中； 

图7是罗丹明6G的紫外-可见吸收光谱：(a)罗丹明6G溶液的紫外-可见吸收光谱；(b)电聚合罗丹明6G修饰电极的紫外-可见吸收光谱； 

图8是不同pH时电聚合电极浸泡前后在540nm处波长的吸收度：（a）浸泡前；（b）浸泡后； 

图9是同缓冲溶液在对DPV电流峰的影响：（a）PBS；（b）磷酸氢二钠–柠檬酸缓冲液；（c）磷酸氢二钠–磷酸二氢钾缓冲液；（d）磷酸二氢钾–氢氧化钠缓冲液； 

图10是同罗丹明6G溶液浓度修饰的电极浸泡前后的在540nm处波长的吸收度：（a）浸泡前；（b）浸泡后； 

图11是8-羟基喹啉薄膜厚度对测定的影响； 

图12是罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜对过氧化氢的响应； 

图13是溶液中过氧化氢浓度与峰电流的函数关系。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。 

本发明采用电聚合的方法在ITO电极修饰罗丹明6G，因为罗丹明6G易溶于水，当修饰电极在水中长时间浸泡，薄膜会从电极上脱落，稳定性较差。而8-羟基喹啉难溶于水，且易聚合于ITO电极上，因此在聚合了罗丹明6G的电极上再聚合一层8-羟基喹啉薄膜，修饰电极的稳定性就会大大提高。测定过氧化氢时就能大大地提高结果的准确度。 

CHI660b电化学工作站(上海辰华仪器公司；三电极工作体系：ITO为工作电极，铂电极为辅助电极，Ag/AgCl为参比电极)；Cary紫外分光光度计(美国UARIAN)；KAWH9050超声清洗器；8S-1型磁力搅拌器。 

罗丹明6G(汕头市西陇化工有限公司，AR)，配制成2.5×10^-3mol/L水溶液；8-羟基喹啉（AR），在1:1的乙醇水溶液中配制成2.5×10^-3mol/L的溶液；氯化钠（西陇化工有限公司，AR)；30%过氧化氢（AR），配制成5×10^-2mol/L标准储备液；丙酮；无水乙醇；抗坏血酸(汕头市西陇化工有限公司)；葡萄糖(西陇化工有限公司，AR)；氢氧化钠(广东光华化学厂有限公司)；柠檬酸；磷酸氢二钠、磷 酸二氢钠(西陇化工有限公司，AR)，将两试剂分别配制成pH=5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0的2mol/LNaH₂PO₄-Na₂HPO₄缓冲溶液（PBS）；其他试剂均由分析纯试剂配制而成，实验过程全部采用二次蒸馏水。 

1ITO电极预处理 

依次将ITO电极在丙酮、无水乙醇、二次水中超声清洗2min，晾干，待用。 

罗丹明/8-羟基喹啉薄膜的制备 

预处理后的电极放入5×10^-4mol/LRh6G+0.1mol/LPBS（pH=7.0）+0.1mol/LNaCl体系中，接通三电极系统，利用循环伏安法进行扫描聚合罗丹明6G薄膜。扫描电位范围为-1.1～1.6V；扫描速率为50mV/s；扫描段数为20段。完成聚合后，取出修饰好的电极，用二次蒸馏水冲洗干净，晾干，备用。图1为电聚合罗丹明6G时的循环伏安图，从图中可看出罗丹明6G已聚合到ITO电极上。 

将晾干后的罗丹明6G修饰电极放入5×10^-4mol/L的8-羟基喹啉+0.1mol/LNaCl体系中，接通三电极系统，于-0.9～1.4V电位范围内；以100mV/s扫描速率电化学聚合14段，即可制得罗丹明/8-羟基喹啉薄膜修饰电极，取出电极用二次蒸馏水洗干净，在pH=7.0的PBS中浸泡4小时后，备用。图2为电聚合8-羟基喹啉时的循环伏安图，从图中可看出8-羟基喹啉已聚合到ITO电极上。 

电化学测定 

在0.1mol/LNaCl+5mL0.2mol/LPBS体系中，以罗丹明/8-羟基喹啉薄膜修饰ITO电极作为工作电极，铂电极为辅助电极，Ag/AgCl为参比电极，进行差分脉冲伏安（DPV）扫描。扫描电位范围：0～-1.1V；电位增量：0.01v，振幅：0.05V，静置时间：15s。待峰电流稳定后在溶液中依次加入20、40、60、80、100、120、140μL0.1mol/L过氧化氢标准储备液，记录每次扫描的峰电流值。为了使溶液均匀，每次扫描前都利用磁力搅拌器搅拌5秒钟。 

电聚合罗丹明6G薄膜修饰电极的光学特性 

在5×10-4mol/LRh6G+0.1mol/LPBS（pH=7.0）+0.1mol/LNaCl体系中，以ITO电极作为工作电极，用循环伏安法进行扫描。扫描电位范围为-1.1～1.6V；扫描速率为500mV/s；扫描段数为20段。用二次蒸馏水冲洗干净，晾干。再采用Cary紫外分光光度计在300～800nM的波长范围内进行扫描。与Rh6G溶液的紫外-可 见吸收光谱图进行对比。 

差分脉冲对修饰电极的表征 

图3.分别为空白电极、罗丹明6G薄膜修饰ITO电极、8-羟基喹啉薄膜修饰ITO电极、罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰ITO电极在空白溶液中的差分脉冲伏安图。仅有罗丹明6G薄膜的修饰电极在-0.3～0.3V没有电流峰，而8-羟基喹啉薄膜修饰电极和罗丹明6G/8-羟基喹啉薄膜修饰电极在-0.3～0.3V之间有两小电流峰，由此可知8-羟基喹啉已聚合到罗丹明6G薄膜修饰电极上。图4是只聚合有罗丹明6G薄膜的电极在空白溶液中第一次扫描和第五次扫描差分脉冲的电流图，图5为聚合罗丹明/8-羟基喹啉薄膜的电极在空白溶液中第一次扫描和第五次扫描差分脉冲的电流图，比较两图可以得出结论，在罗丹明薄膜上再聚合有8-羟基喹啉的电极要比只有罗丹明薄膜的电极的电流要稳定得多。图6为罗丹明/8-羟基喹啉修饰电极对过氧化氢的响应，由图可看出过氧化氢的存在会导致罗丹明的还原峰电流发生变化，随着过氧化氢浓度增加，峰电流逐渐减小。 

紫外-可见吸收光谱对罗丹明6G修饰电极的表征 

从图7紫外-可见吸收光谱图可以看出，经过电聚合在ITO电极表面的罗丹明6G的吸收峰(b)与罗丹明6G溶液的紫外-可见吸收光谱峰(a)相比发生了红移。这表明ITO电极上的罗丹明发生了电聚合，聚罗丹明6G由于分子内双键共轭程度增加，导致最大吸收峰红移。 

电聚合罗丹明6G薄膜时pH值的优化 

分别在5×10^-4mol/LRh6G+0.1mol/LNaCl+0.1mol/L不同的pH的PBS体系中电聚合罗丹明6G薄膜，聚合完成后的薄膜先测定紫外-可见吸收光谱，然后在二次蒸馏水中浸泡4小时后再测定一次紫外-可见吸收光谱，以此考察不同pH值对罗丹明薄膜稳定性的影响。由图8可知溶液中PBS的pH值为7.0时聚合出的罗丹明6G薄膜最稳定。 

不同缓冲溶液对聚罗丹明6G/8-羟基喹啉修饰电极DPV电流峰的影响 

分别在5×10^-4mol/LRh6G+0.1mol/LNaCl+0.1mol/LpH=7.0的不同缓冲体系(磷酸盐缓冲溶液（PBS）、磷酸氢二钠–柠檬酸缓冲液、磷酸氢二钠–磷酸二氢钾缓冲液、磷酸二氢钾–氢氧化钠缓冲液)中，以ITO电极为工作电极聚合罗丹明6G薄膜。待罗丹明6G薄膜干后，再在5×10^-4mol/L8-羟基喹啉+0.1mol/LNaCl 体系中聚合8-羟基喹啉薄膜。以修饰好的电极为工作电极分别在聚合罗丹明薄膜时的缓冲溶液中扫描差分脉冲伏安。如图9，修饰电极在磷酸氢二钠–柠檬酸缓冲液、磷酸氢二钠–磷酸二氢钾缓冲液、磷酸二氢钾–氢氧化钠缓冲液中的DPV电流峰的峰形都不如在PBS中的峰形好。 

聚合罗丹明薄膜电位范围 

用循环伏安法制备聚合物薄膜修饰电极时，扫描电位范围对聚合物膜的形成和性质均有较大影响。实验结果表明，当电位低于-1.1V时，在PBS缓冲溶液中电极会被损坏，当电位增加到1.7V时，在1.3～1.5V间出现一个峰，峰电流随着聚合圈数的增加而减小，当电位上限控制为1.6～1.8V时，可进行稳定聚合，因此，电聚合时循环扫描电位范围选择为-1.1～1.6V较为合适，文中所用罗丹明6G薄膜均在此电位范围内电聚合制备而成。 

聚合罗丹明薄膜Rh6G浓度 

分别在0.1mol/LNaCl+0.1mol/LPBS(pH=7.0)+不同浓度Rh6G（1.25×10^-4～7.5×10^-4mol/L）体系中制备罗丹明6G薄膜，聚合完成后的薄膜先测定紫外-可见吸收光谱，然后在二次水中浸泡4小时后再测定一次紫外-可见吸收光谱，以此考察不同浓度Rh6G对罗丹明薄膜的影响。由图10可知溶液中罗丹明溶液浓度为5×10^-4mol/L时聚合的罗丹明薄膜最厚也最稳定。 

8-羟基喹啉薄膜厚度 

8-羟基喹啉薄膜的厚度由扫描段数来控制，所以以聚合段数来考察8-羟基喹啉厚度对测定过氧化氢的影响。分别在8-羟基喹啉浓度为5×10^-3mol/L溶液中，以NaCl为支持电解质，修饰好罗丹明薄膜的电极为工作电极，在电位为-0.9～1.4V，速度为0.05V/s，扫描不同的段数。聚合完成后的修饰电极在pH=7.0的缓冲溶液中浸泡4小时后分别测定过氧化氢的标准溶液。由图11可知聚合8-羟基喹啉的段数在14段时测定过氧化氢标准溶液的校正曲线斜率最大，以此判断灵敏度最大，所以最终选择聚合8-羟基喹啉的段数为14段。 

基体电极的选择 

在同样的实验方法、步骤和条件下，以玻碳电极为工作电极，在玻碳电极上聚合罗丹明/8-羟基喹啉薄膜。实验结果证明，在ITO电极上聚合的比在玻碳电极上聚合的罗丹明/8-羟基喹啉薄膜对过氧化氢测定的灵敏度要高。所以实验最 

终选择的基体电极为ITO电极。 

H₂O₂浓度对修饰电极DPV峰电流的影响 

图12是罗丹明/8-羟基喹啉修饰电极在扫描电位范围为0～-1.1V时，与含有不同浓度H₂O₂的PBS（pH7.0，0.1mol/LNaCl）中的差分脉冲伏安图。在该测试体系中罗丹明/8-羟基喹啉薄膜对H₂O₂有强烈的响应，罗丹明的还原峰电流随均随H₂O₂的浓度增大而减小。当H₂O₂的浓度在5×10^-5mol/L～7.5×10^-3mol/L范围内时，其还原峰电流与浓度有良好的线性关系，线性回归方程及相关系数分别y=0.0137x-6.1663，R=0.9991。 

干扰试验 

在优化的试验条件下，对5×10^-4mol/L过氧化氢溶液进行测定，当相对误差为±5%时，50倍的尿酸、葡萄糖、乙醇及其他常见的无机离子如钾、钠、镁、钙等均对测定无影响。抗坏血酸存在一定的干扰，根据抗坏血酸在碱性条件下的不稳定性，在测定前将样品溶液的酸度调节致碱性，放置一段时间，待抗坏血酸分解后再进行测定，可消除抗坏血酸的干扰。 

回收率实验 

将罗丹明/8-羟基喹啉薄膜修饰电极置于测定体系中，测定过氧化氢标准溶液，绘出标准曲线，然后平行测定5份合成样品及合成样与标样的混合样，利用加标法计算回收率。结果见表，回收率在96.4～104.8%之间。合成样的配制：H₂O₂（4×10^-3mol/L）+KCl（10^-3mol/L）+MgCl₂（10^-3mol/L）+葡萄糖（10^-3mol/L）+尿酸（5×10^-3mol/L）+抗坏血酸（5×10^-3mol/L）。 

表1样品分析与回收率(n=5) 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。