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CN106501338A - 一种基于c60复合材料检测对硝基苯酚的电化学方法 - Google Patents

一种基于c60复合材料检测对硝基苯酚的电化学方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及对硝基苯酚分析测定技术领域，特别是涉及一种以金纳米粒子普鲁士蓝富勒烯复合材料（AuNDs@PB/C60）修饰玻碳电极并利用恒电位沉积聚吡咯法固定复合材料，根据AuNDs和C60对于对硝基苯酚的催化作用检测硝基苯酚的电化学方法。该修饰电极具有好的稳定性和重现性，制作步骤少，无毒，不污染环境。

Description

一种基于C60复合材料检测对硝基苯酚的电化学方法
技术领域
本发明涉及对硝基苯酚分析测定技术领域，特别是涉及一种以金纳米粒子普鲁士蓝富勒烯复合材料（AuNDs@PB/C60）修饰玻碳电极并利用恒电位沉积聚吡咯法固定复合材料，根据AuNDs和C60对于对硝基苯酚的催化作用检测硝基苯酚的电化学方法。
背景技术
对硝基苯酚是一种严重的环境污染物，毒性大，降解难，是工业废水中常见的污染物。同时对硝基苯酚是一类重要的化工原料和中间体，也是工业生产的副产物，因此来源十分广泛，普遍用于农药，医药工业，炸药以及染料行业，具有致癌，致突变的潜在毒性，因此对其进行检测在生态环境研究中具有重要意义。硝基苯酚因其结构的苯环上连有硝基，酸性会增强，在水体中的吸附就会受到化合物分子结构的影响，因此在环境中的保留时间更长，降解更加困难。
目前对硝基苯酚的热门测定方法主要有气相色谱法、液相色谱法、紫外分光光度法等。色谱技术在目前对硝基苯酚的检测中应用比较常见，该技术具有高灵敏度、低检出限、高选择性，但对设备要求高，不便携带，价格昂贵并且需要专业技术人员在实验室进行检验，使得色谱技术大范围的推广应用受到极大限制，不适宜进行实时在线检测。电化学方法简单、快速、灵敏度高、选择性好，广泛应用于环境分析领域。因此，电化学方法测定对硝基苯酚得到极大关注。此外，本发明与之前方法比较稳定性更好并且可使用时间更长。
对硝基苯酚由于自身结构特征可以被氧化还原。富勒烯( C60 )本身具有氧化还原活性，强的电子接受能力并能形成相应的阴离子，C60已被证明是一种很有前途的电子转移介质，并且对某些有机官能团具有催化还原能力。普鲁士蓝是一种典型的混合价态过渡金属配合物，具有很好的电化学稳定性。纳米金是制备电化学传感器时经常用的一种纳米材料，纳米金不仅本身具有良好的导电性和催化作用，还增强了复合材料稳定性和兼容性。因此，制备的AuNDs@PB/C60复合物可用于催化氧化对硝基苯酚，从而实现电化学检测对硝基苯酚。
发明内容
本发明的目的是一种以金纳米粒子普鲁士蓝富勒烯复合材料（AuNDs@PB/C60）修饰玻碳电极并利用恒电位沉积聚吡咯法固定复合材料并将其用于对硝基苯酚的电化学检测。
本发明的技术方案为：
1. 一种高灵敏检测对硝基苯酚的电化学方法，利用金纳米粒子普鲁士蓝富勒烯复合材料（AuNDs@PB/C60）修饰玻碳电极并利用恒电位沉积聚吡咯法固定复合材料，电极修饰具体步骤为：
（1）通过相转移法制备PAMAM-C60；
（2）制备普鲁士蓝聚多巴胺纳米金纳米粒子：将普鲁士蓝纳米粒子离心分离，在超声条件下加入10 mL pH为6.5的PBS缓冲溶液，再加入20 mL含有30 mg多巴胺pH6.5的PBS缓冲溶液；在冰水浴中快速搅拌5 h,离心分离得到普鲁士蓝聚多巴胺纳米粒子（PB-Dopa NPs)；将制得的PB-Dopa NPs放入含有少量氯金酸的溶液中，室温下搅拌2 h后,离心分离获得普鲁士蓝聚多巴胺纳米金纳米粒子（PB-Dopa-Au)；
（3）制备Au@PBNPs/C60 复合材料：取2 mL PAMAM-C60NPS 溶液加4 mL PB-Dopa-Au溶液，室温下搅拌8 h，离心分离，用超纯水洗涤，得到Au@PBNPs/C60 复合材料;
（4）玻碳电极(d = 4 mm)经0.05 μm的A12O3粉抛光后用超纯水冲洗干净,再分别用乙醇，超纯水超声洗涤2 min,清洗后的电极置于室温下晾干，取制备好的5 μL AuNDs@PB/C60复合材料滴涂到处理好的玻碳电极表面，自然晾干，得复合材料修饰的玻碳电极（AuNDs@PB/C60/GCE）；
（5）取5 mL纯水和6.9 μL吡咯加入5mL 0.5 mol/L硫酸溶液中 ,磁力搅拌10 min，溶液通氮气10 min；以AuNDs@PB/C60/GCE为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，采用恒电位0.7 V聚合，聚合5min后取出电极用超纯水洗涤，制得PPy/AuNDs@PB/C60/GCE。
2. 利用所述的修饰电极PPy/AuNDs@PB/C60/GCE分析测定对硝基苯酚，其具体步骤为：
①将一定量的对硝基苯酚溶液准确加入含有10 mL pH 6.5的PBS缓冲溶液的电解池中，以权利要求1所述电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极；在CHI625B电化学综合测试仪上进行实验，实验数据的采集和处理利用其附属的计算机软件，进行差分脉冲扫描的电位范围设定为-1.2～0.8 V，记录稳定的示差脉冲伏安图，测量氧化峰电流值Ip；
②按此方法，加入不同浓度的对硝基苯酚标准溶液，即可得到相应的峰电流值Ip，峰电流值Ip与对硝基苯酚浓度呈现良好的线性关系，对硝基苯酚的线性范围为5.0×10-8～7.0×10-5 mol/L，线性方程为Ip（μA）=7+ 0.1c（μmol/L），c是浓度，单位是μmol/L，峰电流Ip单位是μA,线性相关系数r=0.9998，检出限为1.0×10-8 mol/L；
③利用上述线性方程，测定未知浓度的对硝基苯酚，计算对硝基苯酚的浓度：在含有10mL PH6.5的PBS溶液的电解池中，以修饰电极PPy/AuNDs@PB/C60/GCE为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极；实验在CHI842C电化学综合测试仪上进行，其附属的计算机软件供作实验数据的采集和处理；加入一定量的待测溶液，在-1.2～0.8 V电位范围内进行差分脉冲扫描，记录示差脉冲伏安图，得到峰电流值Ip，将Ip带入上述方程，可计算出待测溶液中对硝基苯酚的浓度。
本发明的有益效果为：
(1)本发明首次利用金纳米粒子普鲁士蓝富勒烯复合材料（AuNDs@PB/C60）修饰玻碳电极并利用恒电位沉积聚吡咯法固定复合材料，用于对硝基苯酚的电化学检测。金纳米粒子一方面增加电极的导电性，另一方面增加电极表面积，使电极与目标物充分接触，从而增加电极的灵敏度；
(2)本发明合成修饰电极（PPy/AuNDs@PB/C60/GCE），稳定性好，可使用时间长，且合成步骤简单；
(3)本发明制备的PPy/AuNDs@PB/C60/GCE用于对硝基苯酚的分析测定，具有简易的操作步骤，较低检出限，可以简单、快速、高灵敏地分析测定对硝基苯酚。
附图说明：
图1所示为对硝基苯酚在裸玻碳电极和修饰玻碳电极(PPy/AuNDs@PB/C60/GCE)上的循环伏安图。
图2所示为不同浓度的对硝基苯酚在修饰电极上的示差脉冲伏安图。
其中图1中，1表示对硝基苯酚在修饰电极上的循环伏安图，2表示对硝基苯酚在裸电极上的循环伏安图。
图2中从1到5分别表示含16种多环芳烃的标准样品的浓度(1) 2×10-5 ，(2) 5×10-6，(3)8×10-7，(4) 2.0×10-7，(5) 1.0×10-8 mol/L。
具体实施方式：
为了更好地理解本发明，下面用具体实例来详细说明本发明的技术方案，但是本发明并不局限于此。
实施例1
1 金纳米粒子普鲁士蓝富勒烯复合材料（AuNDs@PB/C60）修饰玻碳电极并利用恒电位沉积聚吡咯法固定复合材料，其具体步骤为：
（1）通过相转移法制备PAMAM-C60；
（2）制备普鲁士蓝聚多巴胺纳米金纳米粒子：将普鲁士蓝纳米粒子离心分离，在超声条件下加入10 mL pH为6.5的PBS缓冲溶液，再加入20 mL含有30 mg多巴胺pH6.5的PBS缓冲溶液；在冰水浴中快速搅拌5 h,离心分离得到普鲁士蓝聚多巴胺纳米粒子（PB-Dopa NPs)；将制得的PB-Dopa NPs放入含有少量氯金酸的溶液中，室温下搅拌2 h后,离心分离获得普鲁士蓝聚多巴胺纳米金纳米粒子（PB-Dopa-Au)；
（3）制备Au@PBNPs/C60 复合材料：取2 mL PAMAM-C60NPS 溶液加4 mL PB-Dopa-Au溶液，室温下搅拌8 h，离心分离，用超纯水洗涤，得到Au@PBNPs/C60 复合材料;
（4）玻碳电极(d = 4 mm)经0.05 μm的A12O3粉抛光后用超纯水冲洗干净,再分别用乙醇，超纯水超声洗涤2 min,清洗后的电极置于室温下晾干，取制备好的5 μL AuNDs@PB/C60复合材料滴涂到处理好的玻碳电极表面，自然晾干，得复合材料修饰的玻碳电极（AuNDs@PB/C60/GCE）；
（5）取5 mL纯水和6.9 μL吡咯加入5mL 0.5 mol/L硫酸溶液中 ,磁力搅拌10 min，溶液通氮气10 min；以AuNDs@PB/C60/GCE为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，采用恒电位0.7 V聚合，聚合5min后取出电极用超纯水洗涤，制得PPy/AuNDs@PB/C60/GCE。
2 PPy/AuNDs@PB/C60/GCE测定对硝基本分的步骤为：
①将一定量的对硝基苯酚溶液准确加入含有10 mL pH 6.5的PBS缓冲溶液的电解池中，以权利要求1所述电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极；在CHI625B电化学综合测试仪上进行实验，实验数据的采集和处理利用其附属的计算机软件，进行差分脉冲扫描的电位范围设定为-1.2～0.8 V，记录稳定的示差脉冲伏安图，测量氧化峰电流值Ip；
②按此方法，加入不同浓度的对硝基苯酚标准溶液，即可得到相应的峰电流值Ip，峰电流值Ip与对硝基苯酚浓度呈现良好的线性关系，对硝基苯酚的线性范围为5.0×10-8～7.0×10-5 mol/L，线性方程为Ip（μA）=7+ 0.1c（μmol/L），c是浓度，单位是μmol/L，峰电流Ip单位是μA,线性相关系数r=0.9998，检出限为1.0×10-8 mol/L；
③利用上述线性方程，测定未知浓度的对硝基苯酚，计算对硝基苯酚的浓度：在含有10mL PH6.5的PBS溶液的电解池中，以修饰电极PPy/AuNDs@PB/C60/GCE为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极；实验在CHI842C电化学综合测试仪上进行，其附属的计算机软件供作实验数据的采集和处理；加入一定量的待测溶液，在-1.2～0.8 V电位范围内进行差分脉冲扫描，记录示差脉冲伏安图，得到峰电流值Ip，将Ip带入上述方程，可计算出待测溶液中对硝基苯酚的浓度。
对硝基苯酚在环境中分布较广，以往的检测方法通常在实验室完成，不方便携带，且成本较高。本发明制作步骤简单，稳定性好，可使用时间长，携带方便。本发明克服了以往测定方法不能实时在线检测的缺陷，可根据峰电流值对样品实现快速测定，显著降低环境中对硝基苯酚检测的成本。

Claims (4)

1.一种高灵敏检测对硝基苯酚的电化学方法，其特征在于利用金纳米粒子普鲁士蓝富勒烯复合材料（AuNDs@PB/C60）修饰玻碳电极，并利用恒电位沉积聚吡咯法固定复合材料，用其快速检测对硝基苯酚。
2.根据权利要求1所述的一种高灵敏检测对硝基苯酚的电化学方法，其特征在于利用AuNDs@PB/C60复合材料修饰玻碳电极，并利用恒电位沉积聚吡咯法固定复合材料，其步骤为：
通过相转移法制备PAMAM-C60；
制备普鲁士蓝聚多巴胺纳米金纳米粒子：将普鲁士蓝纳米粒子离心分离，在超声条件下加入10 mL pH为6.5的PBS缓冲溶液，再加入20 mL含有30 mg多巴胺pH6.5的PBS缓冲溶液；在冰水浴中快速搅拌5 h,离心分离得到普鲁士蓝聚多巴胺纳米粒子（PB-Dopa NPs)；将制得的PB-Dopa NPs放入含有少量氯金酸的溶液中，室温下搅拌2 h后,离心分离获得普鲁士蓝聚多巴胺纳米金纳米粒子（PB-Dopa-Au)；
制备Au@PBNPs/C60 复合材料：取2 mL PAMAM-C60NPS 溶液加4 mL PB-Dopa-Au溶液，室温下搅拌8 h，离心分离，用超纯水洗涤，得到Au@PBNPs/C60 复合材料;
玻碳电极(d = 4 mm)经0.05 μm的A12O3粉抛光后用超纯水冲洗干净,再分别用乙醇，超纯水超声洗涤2 min,清洗后的电极置于室温下晾干，取制备好的5 μL AuNDs@PB/C60复合材料滴涂到处理好的玻碳电极表面，自然晾干，得复合材料修饰的玻碳电极（AuNDs@PB/C60/GCE）；
取5 mL纯水和6.9 μL吡咯加入5mL 0.5 mol/L硫酸溶液中 ,磁力搅拌10 min，溶液通氮气10 min；以AuNDs@PB/C60/GCE为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，采用恒电位0.7 V聚合，聚合5min后取出电极用超纯水洗涤，制得PPy/AuNDs@PB/C60/GCE。
3.根据权利要求1所述的一种高灵敏检测对硝基苯酚的电化学方法，其特征在于，以PPy/AuNDs@PB/C60/GCE为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，利用差分脉冲伏安法检测对硝基苯酚。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的一种高灵敏检测对硝基苯酚的电化学方法,其特征在于，具体步骤为：
（1）将一定量的对硝基苯酚溶液加入含有10 mL pH 6.5的PBS缓冲溶液的电解池中，以权利要求1所述电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极；在CHI625B电化学综合测试仪上进行实验，实验数据的采集和处理利用其附属的计算机软件，进行差分脉冲扫描的电位范围设定为-1.2～0.8 V，记录稳定的示差脉冲伏安图，测量氧化峰电流值Ip；
按此方法，加入不同浓度的对硝基苯酚标准溶液，即可得到相应的峰电流值Ip，峰电流值Ip与对硝基苯酚浓度呈现良好的线性关系，对硝基苯酚的线性范围为5.0×10-8～7.0×10-5 mol/L，线性方程为Ip（μA）=7+ 0.1c（μmol/L），c是浓度，单位是μmol/L，峰电流Ip单位是μA,线性相关系数r=0.9998，检出限为1.0×10-8 mol/L；
（3）利用上述线性方程，测定未知浓度的对硝基苯酚，计算对硝基苯酚的浓度：在含有10 mL PH6.5的PBS溶液的电解池中，以修饰电极PPy/AuNDs@PB/C60/GCE为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极；实验在CHI842C电化学综合测试仪上进行，其附属的计算机软件供作实验数据的采集和处理；加入一定量的待测溶液，在-1.2～0.8 V电位范围内进行差分脉冲扫描，记录示差脉冲伏安图，得到峰电流值Ip，将Ip带入上述方程，可计算出待测溶液中对硝基苯酚的浓度。
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