一种鲁米诺-苯胺共聚修饰电极及其制备方法

摘要

本发明公开了一种鲁米诺-苯胺共聚修饰电极的制备方法，包括如下步骤：(a)以ITO玻璃板作为基础电极，在其导电面上铺设绝缘材料；在ITO玻璃板的一端设置电极区域，另一端设置连接区域；洗净、干燥，得到ITO电极；(b)将含有鲁米诺的NaOH溶液和苯胺在搅拌条件下溶于H

说明书

技术领域

本发明涉及一种鲁米诺-苯胺共聚修饰电极及其制备方法，该电极可以作为工作电极应用于电化学发光分析装置中。

背景技术

电化学发光，或称电致化学发光(Electrochemiluminescence，简称ECL) 是指在电极表面进行的电子转移反应生成的物质的激发态跃迁回基态以发光形式释放能量的现象。电化学发光分析方法是直接利用电化学反应形成激发态发光体而发光或通过电解产物之间、电解产物与体系中某组分之间进行化学反应产生光辐射而实现待分析物测定的发光分析技术，是电化学与化学发光相结合的产物。电化学发光分析法因具有灵敏度高、检出限低和线性范围宽等优点已成为重要的分析方法之一。其中，鲁米诺的电化学发光分析法是该研究领域的一个重要分支。

在传统的电化学发光分析中，鲁米诺作为一种发光试剂一般溶解于测试溶液中或经由管路输入至测试溶液中，试剂消耗量大，同时了造成了测定装置的结构比较复杂，需多流路配置，造成控制等单元的复杂化，而且多流路混合过程中也会造成待测物质的稀释而降低测定灵敏度。因此，实现鲁米诺在电极表面的固定化具有非常重要的意义。

现有技术中，在电极表面聚合鲁米诺以实现发光试剂的固定化已有报道，但是这些方法很难将发光试剂稳定地固定到电极表面，导致发光强度会随着时间而快速衰减。此外，由于电极表面固定鲁米诺的量是非常有限的，这就使得发光电极的发光强度较低，检测的灵敏度较低，重现性亦较差，难以真正应用。

聚苯胺因具有原料易得、合成简单、环境稳定性好、导电范围宽、形貌易于控制和独特的酸碱掺杂机制等特性，成为了最具实际应用前景的导电聚合物之一。

因此，开发一种稳定性好、发光强度高、重现性好的修饰电极，具有积极的现实意义。

发明内容

本发明目的是提供一种鲁米诺-苯胺共聚修饰电极及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种鲁米诺-苯胺共聚修饰电极的制备方法，包括如下步骤：

(a) 以ITO玻璃板作为基础电极，在其导电面上铺设绝缘材料；在ITO玻璃板的一端设置电极区域，另一端设置连接区域；洗净、干燥，得到ITO电极；

(b) 将含有鲁米诺的NaOH溶液和苯胺在搅拌条件下溶于H₂SO₄中，得到混合液；

(c) 采用循环伏安法，以饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，步骤(a)中的ITO电极为工作电极，在搅拌条件下，在步骤(b)中的混合液中进行电化学共聚反应；反应结束后，取出ITO电极，洗净、晾干之后，即可得到鲁米诺-苯胺共聚修饰电极。

上文中，所述苯胺为无色透明油状液体，含量>99%。

上述技术方案中，所述步骤(a)中，在ITO玻璃板一端的绝缘材料上开设窗口，形成所述电极区域；所述窗口位于绝缘材料的内部。

上述技术方案中，所述步骤(a)中的洗净、干燥步骤为：将ITO基础电极依次在超纯水、丙酮、混合溶液、超纯水中各超声清洗10~20min，然后在室温下N₂吹干；所述混合溶液为无水乙醇和1mol/L的NaOH溶液的混合液，两者的体积比为1：1~2。

上述技术方案中，所述步骤(b)的混合液中鲁米诺的摩尔浓度为10^-9~10^-3mol/L。

上述技术方案中，所述步骤(b)的混合液中鲁米诺与苯胺的摩尔浓度比为1:1~60。

上述技术方案中，所述步骤(c)中循环伏安法的扫描电位范围为0~1.0V，扫描速度为20~250mv/s，扫描圈数为5~50圈。

本发明同时请求保护由上述制备方法得到的鲁米诺-苯胺共聚修饰电极。

现有的工作电极一般采用Pt电极或玻碳电极，这两种电极成本较高，且电极的固体表面需经常进行预处理和清洗，无论电极是否进行化学修饰，经一段时间使用性能会下降，需重新制备，而重新制备所得电极往往很难有良好的重现性。因此，本发明采用ITO玻璃作为基础电极，其成本低廉，适合于批量制备，易于更换，可作为一次性使用的电极。而且当其应用于电化学发光分析时不仅具有电极的作用，还可以同时作为电化学发光池的光窗，有效面积大，解决了以往电化学发光池死体积过大的问题，提高了电化学发光检测的灵敏度。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1．本发明开发了一种新的鲁米诺-苯胺共聚修饰电极，通过在电化学聚合过程中加入苯胺，把发光试剂鲁米诺固定到ITO电极表面，实现了发光物质的固定化，同时使鲁米诺与电极表面电子传递更直接，因而发光强度大，光强稳定，检测灵敏度更高，实验证明：与现有的聚鲁米诺修饰电极相比，本发明的修饰电极在发光强度上提高了10倍左右；对原花青素的检出限降低了4倍左右，取得了意想不到的技术效果。

2．本发明采用循环伏安法，在聚合鲁米诺过程中加入苯胺，控制共聚的扫描电位范围、扫描速度、扫描圈数等参数来实现鲁米诺在电极上的固定化；通过这种方法使得在ITO表面形成了疏松、网状多孔的鲁米诺-苯胺共聚修饰层，电子传递速率高，不仅提高了修饰电极的发光稳定性，也提高了发光电极的发光背景强度，为发光电极的实际应用奠定了基础。

3．本发明的制备方法简单快捷，并具有良好的重现性，为批量生产一次性、廉价的电化学发光电极提供了实用的技术。

4．本发明的鲁米诺-苯胺共聚修饰电极在检测过程中不再需要在溶液中添加发光试剂或通过管路输送发光试剂，对流动注射分析而言实现了单流路测量，因而可以简化分析装置的流路部件及混合装置部件，简化流动注射电化学发光分析装置，同时也便于工作电极的更换。

5．本发明的修饰电极不仅可以应用于流动注射电化学发光分析装置，也可以应用于一般的ECL测定，即采用普通烧杯或比色皿等作为检测池，配上Pt辅助电极和甘汞电极即可使用，因而具有良好的通用性。

附图说明

图1是本发明实施例一中ITO电极的俯视图；

图2是本发明实施例一中的鲁米诺-苯胺共聚修饰电极与聚鲁米诺修饰电极的发光强度的对比图；

其中，a、鲁米诺-苯胺共聚修饰电极；b、聚鲁米诺修饰电极；

图3是本发明实施例一中鲁米诺-苯胺共聚修饰电极修饰层的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一

参见图1~3所示，一种鲁米诺-苯胺共聚修饰电极的制备方法，包括如下步骤：

(1) 采用ITO玻璃板作为基础电极，ITO玻璃板为1cm×5cm的长条，在其导电面上铺设绝缘材料，在ITO玻璃板的一端设置电极区域，典型的为0.5cm直径的圆孔，另一端设置连接区域，所述电极区域位于所述绝缘材料内部，参见图1所示；依次用超纯水、丙酮、无水乙醇和1mol/L NaOH的1：1（体积比）混合溶液、超纯水中各超声15min洗净，室温下N₂吹干；得到ITO电极；

(2) 将含鲁米诺的NaOH （其pH为12.0）溶液和苯胺溶解于0.5mol/L的H₂SO₄溶液中，配置成含鲁米诺浓度为1mmol/L，苯胺浓度为10mmol/L的混合液；

(3) 采用循环伏安法，以饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极，在室温磁力搅拌下，在步骤(b)中的混合液中进行电化学共聚反应，将鲁米诺-苯胺共聚到ITO电极表面的电极区域；循环伏安法的扫描电压范围为0~1.0V，扫描速度为100mv/s，扫描圈数为30圈；完成后用二次去离子水冲洗，室温下晾干，即可得到鲁米诺-苯胺共聚修饰电极。

 

将上述制备得到的鲁米诺-苯胺共聚修饰电极安装进流动注射检测装置中，Pt电极为辅助电极，Ag电极为参比电极，控制载液流速为0.18ml/min，脉冲周期为3s，占空比为10%，上限电位为1.0V，下限电位为0V，在pH 10.0的磷酸盐缓冲溶液中测定电化学发光。并在相同条件下与聚鲁米诺修饰电极的发光强度进行比较，结果参见图2所示，由图可见，本发明实施例一的电极发光强度a较聚鲁米诺修饰电极b高10倍左右。

图3为鲁米诺-苯胺共聚修饰电极修饰层的扫描电镜图，从图中可以看出：通过本发明的方法将鲁米诺和苯胺共聚修饰到ITO电极表面，形成了网状多孔结构，紧密贴合于基础电极表面。

 

发光电极连续7个脉冲或重复7次测定所得发光强度数据的相对标准偏差（RSD）分别为1.4%和3.0%，表现出良好的重现性。

 

本发明的发光电极提供了优异的电化学发光背景信号，因而可用于分析测定，以测定原花青素为例，同时在相同条件下与聚鲁米诺修饰电极进行比较，结果如附图2所示。

本实施例一的鲁米诺-苯胺共聚修饰电极上的电化学发光强度随原花青素浓度在10mg/L至50mg/L 范围内有良好的线性响应（回归方程ΔI=0.1419 +0.0090C，线性相关系数r=0.998），检测限为8.0mg/L(S/N=3)。

而现有的聚鲁米诺修饰电极上的电化学发光强度随原花青素浓度在50mg/L至200mg/L范围内有线性响应（回归方程ΔI=-0.1025 +0.0027C，线性相关系数r=0.98），检测限为34.6mg/L(S/N=3)；

综上可见，与现有的聚鲁米诺修饰电极相比，本发明的修饰电极在发光强度上提高了10倍左右；对原花青素的检出限降低了4倍左右，且重现性改善，取得了意想不到的技术效果。