纳米材料修饰电化学传感器及其在有害物质检测中的应用研究

【摘要】随着工业的快速发展,在全球范围内都不同程度地出现了环境污染问题,如大气污染、海洋污染、城市环境问题等。就我国的国情而言,主要的环境问题有以下几个方面：一是以大气颗粒物为主的城市空气污染,二是以有机物和重金属污染为主的水质污染,三是工业有毒的废弃物和生活垃圾对水、大气和土地的污染。要解决上述环境问题,对各种污染物进行分析和检测显然是必不可少的。因此,对污染物进行灵敏的检测引起了世界各国的普遍关注,也越来越为我国环保部门所重视。电化学分析方法具有操作简便、价格便宜、灵敏、快速、绿色环保以及易于微型化等优点,极大地引起了人们的兴趣并被广泛地应用于环境污染物的检测,如水质监测、药物分析和环境监测等方面。本论文基于电化学分析技术高效、快速、灵敏、方便的优势,建立新的实验体系对苏丹红Ⅰ、苯酚、亚硫酸根、亚硝酸根、重金属离子等物质进行检测,并且实际检测了水、食品、中草药等,具体研究内容如下：1.多壁碳纳米管/壳聚糖复合材料修饰玻碳电极的研制及苏丹红Ⅰ的检测研制了多壁碳纳米管／壳聚糖复合材料修饰玻碳电极用于苏丹红Ⅰ的电化学检测。利用多壁碳纳米管和壳聚糖修饰玻碳电极,用循环伏安法和差分脉冲伏安法检测苏丹红Ⅰ；对实验条件进行了优化,如pH值、扫描速率、壳聚糖与多壁碳纳米管的质量比；在最佳的实验条件下,采用差分脉冲伏安法确定其线性范围,检出限达到10-8mol/L数量级。将其用于辣椒中苏丹红Ⅰ的含量的测定,得到了令人满意的结果。2.石墨烯/多壁碳纳米管/BMIMPF6纳米复合材料修饰电极的研制及对苯二酚和邻苯二酚的同时检测研制了GR/MWCNTs/BMIMPF6/GCE修饰电极用于同时测定对苯二酚和邻苯二酚。在该电极中一维的多壁碳纳米管和二维的石墨烯共同构成了一个三维的结构,不仅增强了石墨烯复合材料的利用率,BMIMPF6的加入也提高了电极的分散性和稳定性,从而实现了对苯二酚和邻苯二酚的同时测定。数据分析显示,该修饰电极降低了氧化过电位并显著地提高了峰值电流,表现出对HQ和CT具有高的电催化活性。修饰电极GR/MWCNTs/BMIMPF6/GCE检出限低,HQ和CT的检出限分别为0.1μM和0.06μM。该方法可以用于进一步开发其他酚类化合物的电化学传感器。3.石墨烯-壳聚糖/金纳米粒子修饰电极的研制及亚硫酸根和亚硝酸根离子的同时检测研制了GR-CS/AuNPsGCE电化学传感器用于同时测定SO32-和NO2。采用透射电子显微镜(TEM)分别对GR和GR-CS/AuNPsGCE进行了表征。用循环伏安法研究了S032-和N02-在GR-CS/AuNPsGCE上的电化学行为。结果表明,该修饰电极对S032-和N02-有较好的电催化活性,并能实现对两种离子的同时测定,S032-和NO2-在该修饰电极上的线性范围分别为5μmol/L-0.41mmol/L、1μmol/L-0.38mmol/L,检出限分别为1μmol/L、0.25μmol/L(S/N=3).GR-CS/AuNPsGCE具有很好的稳定性、重现性和灵敏度。该电极用于实际水样的SO32-和NO2-的含量测定,回收率为97.2-102.6%。4.石墨烯/铋复合材料修饰玻碳电极的研制及中草药中铅和镉的同时检测研制了石墨烯/铋复合材料修饰玻碳电极‘并运用于中草药中铅和镉的同时检测。首先采用滴涂法得到石墨烯(GR)修饰的玻碳电极(GCE),再采用电沉积的方法制得GR/BiGCE修饰电极。用方波溶出伏安法研究了Cd2+和Pb2+在GR/BiGCE上的电化学行为。结果表明,此修饰电极对Cd2+和Pb2+均有较好的电催化活性作用,并且能实现对两种离子的同时测定。Cd2+和Pb2+在该修饰电极上的线性范围分别均为0.01-85μM,检出限均为0.01μM。GR/BiGCE具有很好的稳定性、重现性和灵敏度。此电极用于中草药中Cd2+和Pb2+的含量测定,结果令人满意。5.钯纳米粒子/石墨烯/壳聚糖修饰电极的研制及抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时检测制备了钯纳米粒子/石墨烯/壳聚糖修饰电极(PdNPs/GR/CSGCE),并用于抗坏血酸、多巴胺和尿酸的同时检测。相对于裸玻碳电极、钯纳米粒子修饰电极、石墨烯/壳聚糖修饰电极,该电极在循环伏安法和微分脉冲伏安法中,对抗坏血酸、多巴胺、尿酸表现出更好的电化学催化活性。微分脉冲伏安法用于同时检测混合物中的抗坏血酸、多巴胺和尿酸,三者的峰电位分别为252mv,144mv和396mv。抗坏血酸、多巴胺和尿酸的检测下限分别为20gm,0.1μm和0.17μm。这一钯纳米粒子/石墨烯/壳聚糖修饰电极在稳定性、灵敏度、设备简单性和经济方面都表现出许多优点。
【作者】吴敏；
【导师】王清江；何品刚；方禹之；
【作者基本信息】华东师范大学，分析化学，2014，博士
【关键词】电化学传感器；石墨烯；苏丹红Ⅰ；对苯二酚；邻苯二酚；亚硫酸根；亚硝酸根；重金属离子；

【参考文献】
[1]范璐璐.安徽都市报健康传播与受众认知研究[D].安徽大学,新闻学,2013,硕士.
[2]刘超.微创外科治疗高血压性脑出血及其疗效观察[D].吉林大学,神经外科学,2004,硕士.
[3]夏兰叶.软玻璃微结构光纤中的中红外超连续谱产生研究[D].湖南大学,信息与通信工程,2011,硕士.
[4]瞿懿.新形势下高职院校学生管理存在的问题和对策[D].山东师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[5]赵允杉.680例结直肠癌临床分析[D].中国人民解放军医学院,外科学,2013,硕士.
[6]包彦宇.从三九看企业的广义培训[D].清华大学,工商管理,2002,硕士.
[7]王昌国.NOR1在人肺动脉平滑肌细胞增殖中的作用[D].苏州大学,呼吸病学,2013,硕士.
[8]李传辉.含吡嗪金属冠醚的合成、晶体结构及其性质的研究[D].华侨大学,高分子化学与物理,2014,硕士.
[9]吕林海.数学理解性学习与教学研究[D].华东师范大学,2005.
[10]刘体颜.达托霉素生物合成基因簇异源表达及调控机制初步研究[D].安徽大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[11]王海杰.变分不等式问题的EFG方法及其收敛性分析[D].苏州大学,计算数学,2013,硕士.
[12]李洪英.法国日本荷兰高等教育投资绩效评价制度的启示[D].东北大学,教育经济与管理,2010,硕士.
[13]杨紫华.网络银行信息安全问题研究[D].浙江大学,2013.
[14]翁晓霞.超临界水中煤热解及催化气化机理研究[D].天津大学,化学工程,2013,硕士.
[15]宁艳红.黑河学院党务信息管理系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.
[16]王慧.多校区大学学生教育管理研究[D].河海大学,高等教育学,2004,硕士.
[17]傅国强,杨文鹏.智能化网络管理方案的研究[J].西安工程科技学院学报,2005,01:89-92.
[18]何希勤,张大庆,张庆灵.广义区间动力系统的能控性[J].自动化学报,2004,05:763-771.
[19]胡平.某印染厂印染废水处理工程改造研究[D].南京农业大学,环境工程,2011,硕士.
[20]高安定.Sox2在乳腺癌浸润转移中的作用分析[D].福建医科大学,临床检验诊断学,2014,硕士.
[21]黄雯.土地出让金与地方经济发展的关系研究[D].中国政法大学,经济史,2013,硕士.
[22]张杰群.肾茶及迷迭香酸对三聚氰胺和三聚氰酸联合致小鼠肾结石的作用[D].福建医科大学,内科学,2014,硕士.
[23]李振春,岳玉波,郭朝斌,郭恺.高斯波束共角度保幅深度偏移[J].石油地球物理勘探,2010,03:360-365+472+313.
[24]郭建亮.细长轴类工件车削加工的研究[D].哈尔滨工业大学,2006.
[25]任杰.脊髓小脑性共济失调3型临床异质性及基因诊断[D].华中科技大学,遗传学,2013,硕士.
[26]张建强.大鼠肾移植慢性排斥模型中外周血清间α胰蛋白酶抑制剂水平的意义探讨[D].南方医科大学,泌尿外科,2012,硕士.
[27]马曌玄.医务社会工作嵌入性发展初期的路径分析[D].吉林大学,社会工作,2014,硕士.
[28]张龙朝.论新进公务员行政人格的培养[D].湖南师范大学,行政管理,2013,硕士.
[29]吴琳.中小商业银行操作风险控制研究[D].山东大学,会计学,2012,硕士.
[30]穆慧秋.推土机单手柄转向制动电液比例控制系统的研究[D].吉林大学,机械电子工程,2004,硕士.
[31]阎博,藏玉清,江道灼,吴兆麟,甘德强.限流式统一潮流控制器的动态分析与实验[J].电力系统自动化,2012,13:101-105.
[32]吴韵格.基于RFID的门禁与定位监控管理系统研究与实现[D].西安科技大学,计算机技术,2014,硕士.
[33]刘瀚泽.营销渠道中高价值客户的分析与评价研究[D].重庆大学,2005.
[34]胡成龙.基于DC-DC开关变换器的LED驱动技术研究[D].杭州电子科技大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[35]孟祥琦.基于ArcGIS的龙门山地质地球物理建模[D].成都理工大学,地质工程,2013,硕士.
[36]孟江东.我国农民市民化面临的三大变迁问题研究[D].山西财经大学,马克思主义中国化研究,2014,硕士.
[37]安效民,胥伟,徐敏.非线性壁板颤振分析[J].航空学报.
[38]胡珂.我国房地产经纪业的现状分析和对策研究[D].重庆大学,管理科学与工程,2003,硕士.
[39]刘芳.基于定价机制的网络资源分配技术研究[D].中国科学院研究生院（计算技术研究所）,2003.
[40]杨溯.空间数据质量控制方法在土地变更遥感监测项目上的应用[D].成都理工大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[41]李和平.Ti基功能陶瓷纳米纤维的电纺丝法制备与性能[D].清华大学,2013.
[42]赵联祥.基于以太网的工业控制系统的研究与应用[D].浙江大学,2004.
[43]王妹.农民工职业安全行为影响因素的实证研究[D].河北经贸大学,社会保障,2012,硕士.
[44]邵杨.城轨车辆品牌视觉形象设计方法及其应用研究[D].西南交通大学,工业设计,2013,硕士.
[45]张天序,王新赛,王岳环.红外海面目标图像序列兴趣点的自动识别算法研究[J].自动化学报,2002,03:477-480.
[46]赵传卿.焦家金矿矿床优化开采研究[D].北京科技大学,2003.
[47]阮建武.基于地物波谱数据库的分类识别研究[D].吉林大学,2004.
[48]张伊娜.数据挖掘在中央广播电视大学学生流失分析中的应用[D].西安电子科技大学,计算机技术,2011,硕士.
[49]刘振明.中国男子少年网球运动员专项选材指标模型研究[D].山东体育学院,体育教学,2011,硕士.
[50]任超展.热补针法对RA模型家兔尿液代谢物谱表达调节的研究[D].甘肃中医学院,针灸推拿学,2014,硕士.