一种石墨炔-咪唑类离子液体复合材料、复合材料修饰电极及其制备方法和应用

摘要

本发明属于化学分析技术领域，具体涉及一种石墨炔‑咪唑类离子液体复合材料、复合材料修饰电极及其制备方法和应用。本发明提供了一种石墨炔‑咪唑类离子液体复合材料，包括石墨炔和咪唑类离子液体；所述石墨炔的质量和咪唑类离子液体的体积之比为3.8～4.2mg:200μL。在本发明中，所述石墨炔和咪唑类离子液体均具有较高的导电率，石墨炔和咪唑类离子液体复合后能够提高复合材料的整体导电率，从而提高复合材料修饰电极的界面导电性，提高检测灵敏度；同时，所使用的疏水性咪唑类离子液体能够有效减弱复合材料在待检测液中的分散性，提高复合材料的稳定性及其与基底电极表面的结合性。

说明书

技术领域

本发明属于化学分析技术领域，具体涉及一种石墨炔-咪唑类离子液体复合材料、复合材料修饰电极及其制备方法和应用。

背景技术

黄酮类化合物泛指两个苯环通过三个碳原子互相连接而成的一系列化合物。黄酮类化合物主要分布于高等植物中，具有广泛的生物活性，如槲皮素抗氧化作用，银杏总黄酮具有治疗心血管疾病作用，黄芩苷具有抗菌、抗病毒作用，水飞蓟素具有保肝作用，大豆素等异黄酮类具有雌激素样作用等。

目前对黄酮类化合物的检测主要包括毛细管电泳法或高效液相色谱法，其中高效液相色谱法是使用最广泛的一种方法，具有效率高、灵敏度高、分离效率高的有点。现有的黄酮类化合物检测的技术面临以下几个问题：仪器昂贵，不适应快速检测等。电化学传感检测技术为黄酮类分子的检测提供了一种全新途径，它具有制作简单、重现性好、成本低、选择性好和易于实现微型化等优点而被广泛应用，但是现有的电化学传感检测技术对黄酮类分子的检测灵敏度不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨炔-咪唑类离子液体复合材料、复合材料修饰电极及其制备方法和应用。本发明提供的石墨炔-咪唑类离子液体复合材料具有较高的导电性，能够提高复合材料修饰电极界面的电子转移速率进而提高检测的灵敏度。

本发明提供了一种石墨炔-咪唑类离子液体复合材料，包括石墨炔和咪唑类离子液体；所述石墨炔的质量和咪唑类离子液体的体积之比为3.8～4.2mg:200μL。

优选的，所述疏水性咪唑类离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐。

本发明还提供了一种复合材料修饰电极，包括基底电极和涂覆在所述基底电极表面的修饰层；所述修饰层的材料为上述技术方案所述石墨炔-咪唑类离子液体复合材料。

优选的，所述基底电极包括金电极或碳电极。

优选的，所述修饰层的涂覆量为0.07～0.09mg/cm

优选的，还包括保护外膜；

所述保护外膜为Nafion膜或壳聚糖膜。

本发明还提供了上述技术方案所述复合材料修饰电极的制备方法，包括以下步骤：

将石墨炔-咪唑类离子液体复合材料和溶剂混合，得到复合材料分散液；

将所述复合材料分散液涂覆在基底电极表面形成修饰层，得到所述复合材料修饰电极。

优选的，所述石墨炔-咪唑类离子液体复合材料的质量和溶剂的体积之比为0.8～1.8mg:1.0mL；

当基底电极的直径为3mm时，所述涂覆用复合材料分散液的体积为5～7μL。

优选的，将所述复合材料分散液涂覆在基底电极表面后还包括：在所述修饰层表面涂覆保护外膜溶液。

本发明还提供了上述技术方案所述复合材料修饰电极或上述技术方案所述制备方法制备得到的复合材料修饰电极在检测黄酮类分子、多巴胺或抗坏血酸中的应用。

本发明提供了一种石墨炔-咪唑类离子液体复合材料，包括石墨炔和咪唑类离子液体；所述石墨炔的质量和咪唑类离子液体的体积之比为3.8～4.2mg:200μL。在本发明中，所述石墨炔和咪唑类离子液体均具有较高的导电率，石墨炔和咪唑类离子液体复合后能够提高复合材料的整体导电性，从而提高复合材料修饰电极界面的整体导电性，提高检测灵敏度；同时，所使用的疏水性咪唑类离子液体能够有效减缓复合材料在待检测液中的分散性，提高复合材料的稳定性及其与基底电极表面的结合度。

本发明还提供了一种复合材料修饰电极，包括基底电极和涂覆在基底电极表面的修饰层；所述修饰层材料为上述技术方案所述石墨炔-咪唑类离子液体复合材料。本发明提供的复合材料修饰电极具有较高的界面导电率和较强的表面吸附能力，提高界面电子转移速率和待测物质的界面浓度，进而提高了检测的灵敏度。

附图说明

图1为制备石墨炔-咪唑类离子液体复合材料修饰金电极的示意图以及利用制备得到的电极检测芦丁的原理，其中m为制备石墨炔-咪唑类离子液体复合材料的示意图，n为制备复合材料修饰金电极的示意图以及芦丁电化学检测工作原理；

图2为石墨炔和实施例1制备得到的石墨炔-咪唑类离子液体复合材料的电镜图，其中A为石墨炔的SEM图，B、C为实施例1制备得到的石墨炔-咪唑类离子液体复合材料在不同放大倍数下的SEM图，D为石墨炔的TEM图；

图3为实施例1和对比例1～3的电极的伏安曲线，其中a为对比例2的伏安曲线，b为对比例1的伏安曲线，c为对比例3的伏安曲线，d为实施例1的伏安曲线；

图4为实施例1和对比例1电极伏安曲线，其中e为实施例1电极、芦丁浓度为0的伏安曲线，f为对比例1电极、芦丁浓度为1.0×10

具体实施方式

本发明提供了一种石墨炔-咪唑类离子液体复合材料，包括石墨炔和咪唑类离子液体；所述石墨炔的质量和咪唑类离子液体的体积之比为3.8～4.2mg:200μL，优选为4.0mg:200μL。

在本发明中，所述咪唑类离子液体(IL)优选包括1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸盐、1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，更优选为1-丁基-3甲基-咪唑六氟磷酸盐。在本发明中，所述石墨炔优选为石墨炔纳米片；所述石墨炔纳米片的片径优选为40～100nm；厚度优选为3～4nm。

在本发明中，所述石墨炔-咪唑类离子液体复合材料的制备方法，优选包括以下步骤：

将石墨炔和咪唑类离子液体进行研磨，得到所述石墨炔-咪唑类离子液体复合材料。

在本发明中，所述石墨炔的质量和咪唑类离子液体的体积之比优选为3.5～4.5mg:200μL，更优选为3.8～4.2mg:200μL。在本发明中，所述研磨优选在研钵中手工研磨，研磨时间优选为35～45min，更优时间为40min。

本发明还提供了一种复合材料修饰电极，包括基底电极和涂覆在基底电极表面的修饰层；所述修饰层的材料为上述技术方案所述石墨炔-咪唑类离子液体复合材料。

在本发明中，所述基底电极优选包括金电极或碳电极，更优选为金电极；所述碳电极优选包括玻碳电极、碳糊电极或石墨电极。在本发明中，所述金电极具有较高的导电性，有助于提高复合材料修饰电极的界面电子传递速率，从而进一步提高检测灵敏度。在本发明中，所述修饰层中的修饰材料均匀分布在基底电极表面，所述涂覆的涂覆量优选为0.07～0.09mg/cm

在本发明中，所述复合材料修饰电极还优选包括保护外膜，所述保护外膜涂覆在修饰层表面。在本发明中，所述保护外膜优选为Nafion膜或壳聚糖膜，更优选为Nafion膜。本发明对所述保护外膜的涂覆量无特殊限定，只要能够均匀覆盖在修饰层表面即可。在本发明中，所述保护外膜能够避免修饰层直接与待检测液接触，提高复合材料的稳定性及其与基底电极表面的结合性，延长复合材料修饰电极的使用寿命。

本发明还提供了上述技术方案所述复合材料修饰电极的制备方法，包括以下步骤：

将石墨炔-咪唑类离子液体复合材料和溶剂混合，得到复合材料分散液；

将所述复合材料分散液涂覆在基底电极表面，得到所述复合材料修饰电极。

本发明将石墨炔-咪唑类离子液体复合材料和溶剂混合，得到复合材料分散液。在本发明中，所述溶剂优选为异丙醇的水溶液，异丙醇和水的体积比优选为0.8～1.2:1，更优选为1:1。在本发明中，所述石墨炔-咪唑类离子液体复合材料的质量和溶剂的体积之比优选为0.8～1.8mg:1.0mL，更优选为1.0～1.5mg:1.0mL。在本发明中，所述混合优选在超声的条件下进行，所述超声的功率优选为88～92W，更优选为90W；时间优选为35～45min，更优选为40～43min。本发明在超声的条件下混合，能够使石墨炔-咪唑类离子液体复合材料更加均匀分散于溶剂中。

得到复合材料分散液后，本发明将所述复合材料分散液涂覆在基底电极表面，得到所述复合材料修饰电极。在本发明中，当所述基底电极为金电极时，所述涂覆前还优选包括：将所述金电极进行预处理，所述预处理优选包括以下步骤：

将所述金电极进行抛光；

将抛光后的金电极进行清洗。

本发明将所述金电极进行抛光。在本发明中，所述抛光用材料优选为氧化铝浆。在本发明中，所述氧化铝浆中的氧化铝的直径优选为48～52nm，更优选为50nm。本发明对所述抛光的方式无特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。

抛光后，本发明将抛光后的金电极进行清洗。在本发明中，所述清洗优选包括以下步骤：

将抛光后的金电极依次进行超声清洗、浸泡和电化学清洗。

在本发明中，所述超声清洗用溶剂优选为硫酸和双氧水的混合溶液，所述硫酸和双氧水的体积比优选为2.8～3.2:1，更优选为3:1。本发明对所述超声清洗的功率和时间无特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。在本发明中，所述浸泡优选包括依次在无水乙醇和超纯水中浸泡，所述浸泡的时间独立的为9～11min，更优选为10min。在本发明中，所述电化学清洗用溶剂优选为硫酸水溶液，所述硫酸水溶液的摩尔浓度优选为0.8～1.2mol/L，更优选为1mol/L；所述电化学清洗的电位优选为0～1.7V。本发明对电化学清洗的时间无特殊限定，只要能够得到可重复的循环伏安图即可。

在本发明中，当基底电极的直径为3mm时，所述涂覆用复合材料分散液的体积优选为5～7μL，更优选为6μL。

在本发明中，将所述复合材料分散液涂覆在基底电极表面后还优选包括将涂覆有复合材料分散液的基底电极进行干燥，在基底电极表面形成修饰层。在本发明中，所述干燥优选为室温晾干。

在基底电极表面得到修饰层后优选在所述修饰层表面涂覆保护外膜溶液；将涂覆有保护外膜溶液的电极进行干燥，得到复合材料修饰电极。在本发明中，所述涂覆优选为滴涂。在本发明中，所述保护外膜溶液优选包括Nafion溶液或壳聚糖溶液，更优选为Nafion溶液。在本发明中，所述保护外膜溶液的质量浓度优选为0.48～0.52％，更优选为0.50％。本发明对所述涂覆的涂覆量无特殊限定，只要能够将复合材料的表面完全覆盖即可。在本发明中，所述干燥优选为在室温晾干。

本发明还提供了上述技术方案所述复合材料修饰电极或上述技术方案所述制备方法制备得到的复合材料修饰电极在检测黄酮类分子、多巴胺或抗坏血酸中的应用。在本发明中，所述黄酮类分子优选包括芦丁。

在本发明中，所述检测的方法，优选包括以下步骤：

以所述复合材料修饰电极为工作电极，采用三电极体系，利用微分脉冲伏安法检测待检测液，得到氧化峰电流；

将所述氧化峰电流代入工作曲线，得到待检测物的浓度，所述工作曲线为待测物标准品浓度与氧化峰电流的线性关系曲线。

本发明以所述复合材料修饰电极为工作电极，采用三电极体系，利用微分脉冲伏安法检测待检测液，得到氧化峰电流。在本发明中，所述三电极体系中的辅助电极优选为银/氯化银电极或甘汞电极，更优选为银/氯化银电极参比电极优选为铂丝电极或铂片电极，更优选为铂丝电极。利用本发明提供的复合材料修饰电极检测待检测液时，具有较低的检出限。以检测芦丁为例，检测芦丁的检出限优选为2.7×10

本发明优选按照如下方法制备得到待检测液。当待检测物为药物芦丁片时，本发明优选将药物芦丁片研磨后溶解于无水乙醇中，得到药物芦丁片样品液；将所述药物芦丁片样品液和磷酸盐(PBS)缓冲溶液混合，得到待检测液。本发明对所述研磨无特殊限定，只要能够保证完全溶解即可。在本发明中，所述磷酸盐(PBS)缓冲溶液的pH值优选为2～8，更优选为3～4。当待检测物为蔬菜时，优选为洋葱或芦笋等含有芦丁的蔬菜；本发明优选将蔬菜捣碎后与乙醇混合，得到悬浊液；将所述悬浊液离心，得到蔬菜样品液；将所述蔬菜样品液和磷酸盐(PBS)缓冲溶液混合，得到待检测液。所述混合优选在超声的条件下进行，所述超声的功率优选为48～52W，更优选为50W；时间优选为35～45min，更优选为40min。在本发明中，所述离心的转速优选为7800～8200r/min，更优选为8000r/min；时间优选为8～12min，更优选为10min。在本发明中，所述磷酸盐(PBS)缓冲溶液的pH值优选为2～8，更优选为3～4。

本发明将样品液和磷酸盐(PBS)缓冲溶液混合能够获得较好的氧化峰，利于获得精确的检测结果。

得到氧化峰电流后，本发明将所述氧化峰电流代入工作曲线，得到待检测物的浓度，所述工作曲线为芦丁浓度与氧化峰电流的线性关系曲线。本发明利用微分脉冲伏安法(DPV)建立芦丁标准溶液的工作曲线。本发明对建立工作曲线的方法无特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。在本发明中，当所述检测物质为芦丁时，以DPV为检测方法，线性范围为0.08～2.0μmol/L时的工作曲线为Ipa(μA)＝0.668C(μmol/L)+1.86(n＝7,γ＝0.998)，线性范围为6.0～150.0μmol/L时的工作曲线为Ipa(μA)＝0.055C(μmol/L)+3.72(n＝7,γ＝0.995)。

利用本发明提供的复合材料修饰电极检测黄酮类分子、多巴胺或抗坏血酸具有较宽的检测范围、较低的检出限和较高的灵敏度。

图1为制备石墨炔-咪唑类离子液体复合材料修饰金电极的示意图以及利用制备得到的电极检测芦丁的原理，其中m为制备石墨炔-咪唑类离子液体复合材料的示意图，n为制备复合材料修饰金电极的示意图以及芦丁电化学检测工作原理。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将4.0mg片径为40～100nm，厚度为3～4nm的石墨炔纳米片和200μL 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐混合后在研钵中研磨40min，得到石墨炔-咪唑类离子液体复合材料；

将所述石墨炔-咪唑类离子液体复合材料和4.0mL异丙醇水溶液(异丙醇和水的体积比为1:1)以90W超声40min，得到复合材料分散液；

利用氧化铝直径为50nm的氧化铝浆对金电极(直径为3mm)进行抛光后在体积比为3:1的硫酸和双氧水的溶剂中进行超声清洗；将超声清洗的金电极在无水乙醇中浸泡10min后在超纯水中浸泡10min；将浸泡后的金电极利用摩尔浓度为1mol/L的硫酸水溶液进行电化学清洗(电位窗口为0～1.7V)，得到预处理后的金电极；

在预处理后的金电极表面滴涂6μL复合材料分散液后在室温条件下晾干；在晾干的修饰层表面滴涂0.5％Nafion溶液后在室温条件下晾干，得到复合材料修饰金电极。

实施例2

根据实施例1的方法制备复合材料修饰金电极，不同之处在于，复合分散液的涂覆量为4μL。

对比例1

以未修饰的金电极为对比电极。

对比例2

按照实施例1的方法对金电极进行预处理，得到预处理后的金电极；

在预处理后的金电极表面滴涂0.5％Nafion溶液后在室温条件下晾干，得到修饰金电极。

对比例3

按照实施例1的方法对金电极进行预处理，得到预处理后的金电极；

在预处理后的金电极表面滴涂6μL石墨炔分散液(1.0mg/mL)后在室温条件下晾干；在晾干的涂层表面滴涂0.5％Nafion溶液后在室温条件下晾干，得到修饰金电极。

测试例

石墨炔-咪唑类离子液体复合材料的结构检测：

对石墨炔和实施例1制备得到的石墨炔-咪唑类离子液体复合材料进行扫描电镜检测；对石墨炔进行透射电镜检测，得到图2。其中A为石墨炔的SEM图，B、C为实施例1制备得到的石墨炔-咪唑类离子液体复合材料在不同放大倍数下的SEM图，D为石墨炔的TEM图。由图2可知，石墨炔-咪唑类离子液体复合材料中的石墨炔基本保持了其原有的片状形态，没有因为复合改变自身的形貌。

电极性能的检测：

以1.0mmol/L K

表1利用实施例1和对比例1～3的电极进行伏安扫描的电流值和电位值

其中，Ipa为氧化峰电流；Ipc为还原峰电流；Epa为氧化峰电位；Epc为还原峰电位；ΔE为峰电位差，E

结合图3和表1的数据可知，实施例1制备得到的复合材料修饰金电极上的电化学反应具有较高的氧化还原电流，说明修饰电极具有极高的界面导电性；且实施例1制备得到的复合材料修饰金电极的氧化峰电流和还原峰电流的比值接近1，说明该电极反应体系具有较好的可逆程度。

根据如下公式计算得到修饰电极的有效面积：Ip(A)＝2.69×10

电极表面芦丁电化学行为的检测：

利用循环伏安法检测芦丁在实施例1和对比例1电极表面的电化学行为，得到的伏安曲线如图4所示，其中e为实施例1电极芦丁浓度为0的伏安曲线，f为对比例1电极芦丁浓度为1.0×10

表2实施例1和对比例1检测芦丁的电流和电位值

曲线f和g分别出现了氧化还原峰，表明芦丁在实施例1和对比例1的电极表面发生了氧化还原反应。根据表2中数据比较实施例1电极和对比例1电极的电位差可知，实施例1电极具有较高的导电能力；比较实施例1和对比例1电极的电流可知，实施例1电极的氧化峰电流较对比例1电极有显著的增加，实施例1电极具有较高的电化学响应和电子传递速率。对比实施例1电极在芦丁浓度为0的溶液中无明显的氧化还原反应，进一步说明实施例1中芦丁分子为具有电活性的物质。

按照如下方法利用实施例1制备得到的电极检测洋葱提取液、芦笋提取液和药物芦丁片(090904)中芦丁的含量，其结果列于表3中。

将5.0g洋葱捣碎后与50mL乙醇混合，得到悬浊液；将所述悬浊液在8000r/min离心10min，得到上清液；将1.0mL上清液和pH值为3的PBS缓冲液混合定容至10mL，得到洋葱提取液；

按照上述方法，制备芦笋提取液；

取1片药物芦丁片于玛瑙研钵内研磨粉碎后，用无水乙醇溶解并定容至10mL作为药物芦丁片溶液，随后将0.1mL药物芦丁片溶液稀释至100mL作为芦丁检测液；

利用实施例1制备的电极进行伏安检测，将得到的氧化峰电流代入工作曲线得到样品溶液中芦丁的浓度。

利用标准加入法检测回收率，并计算相对标准偏差，其结果列于表3。

表3检测不同样品溶液的结果数据

根据表3中的数据可知，利用本发明提供的复合材料修饰金电极检测待测液中芦丁含量的回收率在96.40％～99.87％之间，且相对标准偏差为1.57％～3.34％，说明利用本发明提供的复合材料修饰金电极能够很好的检测待测样品液中芦丁的含量，且具有较高的精确度。

检测复合材料修饰电极的稳定性：

采用多扫循环伏安法对5根按照实施例1制备方法制备得到的修饰电极进行循环伏安测试，循环50圈，其电流值列于表5中。在室温下放置7天后利用电极检测待测液(芦丁实际浓度为1.0×10

表5实施例1制备得到的复合材料修饰电极的稳定性数据

由表5中的数据可知，本发明提供的复合材料修饰电极具有较高的稳定性。

尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。