一種基于兩種電化學(xué)方法聯(lián)用的過氧化氫傳感器的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種用于檢測過氧化氨的傳感器的制備方法，屬于新型納米功能材料 與電化學(xué)生物傳感分析技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 過氧化氨是一種氧化劑，一般情況下能夠分解為水和氧氣，但比較慢，當(dāng)加入催化 劑(或生物酶)時(shí)，反應(yīng)速度加快，由此可W即時(shí)得到過氧化氨的量或催化劑(或生物酶）的 量，同時(shí)在生物體內(nèi)過氧化氨也經(jīng)常W反應(yīng)中間體的形式存在，因此，過氧化氨在醫(yī)學(xué)診 斷、臨床治療、環(huán)境檢測和食品生產(chǎn)等領(lǐng)域均扮演著重要的角色，研究開發(fā)過氧化氨檢測方 法也就具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。電化學(xué)生物傳感分析技術(shù)由于操作簡便、檢測速度快等 優(yōu)勢，日益得到人們的重視。目前，用于檢測過氧化氨的電化學(xué)生物傳感分析技術(shù)按照檢測 手段來分主要有電化學(xué)傳感器、電致化學(xué)發(fā)光傳感器和光電化學(xué)傳感器=種。其中，電致化 學(xué)發(fā)光傳感器和光電化學(xué)傳感器相對于電化學(xué)傳感器，具有背景信號噪音少、靈敏度高、檢 測成本低等特點(diǎn)，近幾年被越來越多的研究者所關(guān)注。
[0003] 電致化學(xué)發(fā)光也稱為電化學(xué)發(fā)光，是指通過電化學(xué)方法在電極表面產(chǎn)生一些特殊 的物質(zhì)，運(yùn)些物質(zhì)之間或與體系中其他組分之間通過電子傳遞形成激發(fā)態(tài)，由激發(fā)態(tài)返回 到基態(tài)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。電致化學(xué)發(fā)光傳感器即通過改變電極表面的修飾材料，與分析物產(chǎn) 生電化學(xué)發(fā)光，在最優(yōu)條件下，根據(jù)分析物濃度與電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的相關(guān)變化實(shí)現(xiàn)對分析 物的定性定量分析。
[0004] 光電化學(xué)傳感器是基于外加光源激發(fā)光電敏感材料導(dǎo)致電子-空穴對進(jìn)行分離， 在合適的偏電位條件下，實(shí)現(xiàn)電子在電極、半導(dǎo)體及修飾物和分析物上的快速傳遞，并形成 光電流。在最優(yōu)條件下，分析物濃度的變化會直接影響光電流的大小，可W根據(jù)光電流的變 化實(shí)現(xiàn)對分析物的定性定量分析。
[0005] 但是，由于電致化學(xué)發(fā)光傳感器需要外置光信號捕捉設(shè)備如光電二極管等，而光 電化學(xué)傳感器需要外設(shè)光源來激發(fā)光電敏感材料，運(yùn)在一定程度上影響了二者操作的便捷 性，限制了他們在實(shí)際生產(chǎn)、生活中更為廣泛的應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)、制備更為簡便、快捷的檢 測過氧化氨的電化學(xué)生物傳感分析技術(shù)具有十分重要的實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡單、攜帶方便、檢測快、成本低的過氧化氨傳感 器的制備方法，所制備的傳感器，可用于日常生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域的對過氧化氨的快速、靈敏 檢測?；诖四康模景l(fā)明在同一電解池中，采用四電極系統(tǒng)，即兩個(gè)工作電極、一個(gè)對電極 和一個(gè)參比電極，其中工作電極1采用儒滲雜的二硫化鋼二維納米材料Cd-Mo&和電聚合的 魯米諾進(jìn)行修飾，作為電致化學(xué)發(fā)光工作電極Wl，也作為自發(fā)光光源，工作電極2采用二氧 化鐵納米粒子溶膠Ti化NPs和辣根過氧化物酶溶液皿P進(jìn)行修飾，作為光電化學(xué)工作電極 W2。進(jìn)行檢測時(shí)，在電解池中加入過氧化氨后，在Wl上施加階躍電壓，由于Cd-MoSs的催化、 增強(qiáng)和穩(wěn)定發(fā)光的作用，魯米諾與過氧化氨反應(yīng)，產(chǎn)生電致化學(xué)發(fā)光，運(yùn)便相當(dāng)于"開燈"， 當(dāng)階躍電壓為0時(shí)，電致化學(xué)發(fā)光消失，運(yùn)便相當(dāng)于"關(guān)燈"，與此同時(shí)在W2上一直施加恒定 電壓，由于Ti化NPs會因?yàn)殡娭禄瘜W(xué)發(fā)光產(chǎn)生的發(fā)光激發(fā)導(dǎo)致電子-空穴對進(jìn)行分離，皿P 催化過氧化氨產(chǎn)生氧氣，使過氧化氨成為空穴"給體"，從而在W2上得到光電流，當(dāng)電致化學(xué) 發(fā)光消失，即"關(guān)燈"時(shí)，光電流隨即消失，產(chǎn)生的光電流的大小與過氧化氨濃度正相關(guān)，因 此通過記錄光電流的大小即可實(shí)現(xiàn)對過氧化氨的檢測。
[0007]基于W上發(fā)明原理，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 1. 一種基于兩種電化學(xué)方法聯(lián)用的過氧化氨傳感器的制備方法，其特征在于，制備步 驟為： (1) 電致化學(xué)發(fā)光工作電極Wl的制備： 1) WITO導(dǎo)電玻璃為工作電極，在電極表面滴涂儒滲雜的二硫化鋼二維納米材料Cd-MoS2溶液，覆蓋面積為1 cm X 1 cm,室溫下驚干； 2) 將1)得到的工作電極，浸入電解液中，浸入面積為Cd-MoSs所覆蓋的面積，利用S電 極系統(tǒng)對工作電極進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積后取出工作電極，使用超純水清洗，4 °C下避光干 燥，制得電致化學(xué)發(fā)光工作電極Wl; 所述的儒滲雜的二硫化鋼二維納米材料Cd-Mo S2溶液為Cd-MoSs的水溶液，所述的Cd-MoS2為滲雜有儒離子的二硫化鋼二維納米材料，所述的二維納米材料為紙片狀，厚度約為 10~20皿，所述的Cd-MoSs的制備方法為:將0.005~0.01 g氯化儒CdCl2、2~6血的0.1 mol/L 抗壞血酸溶液、0.5~1.5血的鋼酸鋼化2M0化溶液和0.01~0.03 g硫化鋼化2S，混合并攬拌 15分鐘后，放入反應(yīng)蓋中，在150~220°C下，反應(yīng)12~16小時(shí);冷卻至室溫后，使用去離子水離 屯、洗涂，在40 °C下進(jìn)行真空干燥，即制得儒滲雜的二硫化鋼二維納米材料Cd-MoSs，將其溶 于去罔子水制得Cd-MoSs溶液； 所述的電解液為含有魯米諾的硫酸溶液，所述的電解液中魯米諾的濃度為1~IOmmol/ U硫酸濃度為O.^l.O mol/l; 所述的=電極系統(tǒng)，包括工作電極、參比電極和對電極，所述的參比電極為飽和甘隸電 極，所述的對電極為銷絲電極； 所述的電化學(xué)沉積過程，采用的電化學(xué)方法為循環(huán)伏安法，起始電壓為-0.2 V，終止電 壓為1.5 V，掃速為100 mv/s，循環(huán)20~30圈； (2) 光電化學(xué)工作電極W2的制備： DWlTO導(dǎo)電玻璃為工作電極，在電極表面滴涂8~12 yL二氧化鐵納米粒子溶膠Ti化 NPs,室溫下驚干； 2) 將1)中得到的工作電極放入馬弗爐中，在450 °C下進(jìn)行退火處理，處理后冷卻至室 溫； 3) 將2)中得到的工作電極表面滴涂8~12 yL辣根過氧化物酶溶液HRP，4 °C下干燥，干 燥后用超純水清洗，4 °C下干燥，制得光電化學(xué)工作電極W2; 所述的Ti化NPs為1 mg/血的二氧化鐵納米粒子水溶液； 所述的HRP為5 mU/mL的辣根過氧化物酶水溶液； (3) 基于兩種電化學(xué)方法聯(lián)用的過氧化氨傳感器的制備方法： I)將W巧抓2面面相對插入電解池中，Wl與W2間距為0.5 cm~1.5 cm; 2似Ag/AgCl為參比電極RE、銷絲電極為對電極CE,插入電解池中，與Wl和W2共同組成 四電極系統(tǒng)； 3) 在電解池中加入10血pH值為11~13的NaO田容液； 4) 將1)~3)所制得四電極系統(tǒng)W及電解池置于暗盒中，即制得基于兩種電化學(xué)方法聯(lián) 用的過氧化氨傳感器。
[0008] 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于兩種電化學(xué)方法聯(lián)用的過氧化氨傳感器的制 備方法，其特征在于，所述的傳感器應(yīng)用于過氧化氨的檢測，其檢測步驟為： (1) 利用電化學(xué)工作站，在Wl上采用階躍電壓的方法對Wl施加階躍電壓，初始電壓為0 V，階躍電壓為0.7~0.9 V，階躍時(shí)間為10~30 S;同時(shí)，在W2上采用時(shí)間-電流方法對W2施加 恒定電壓，電壓為0~0.6 V; (2) 在電解池中加入不同濃度的過氧化氨標(biāo)準(zhǔn)溶液，W2上的電流會隨著過氧化氨濃度 的增大而相應(yīng)增大，根據(jù)所得電流增大值與過氧化氨濃度之間的關(guān)系，繪制工作曲線； (3) 將待測過氧化氨溶液代替過氧化氨的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照（1)和(2)所述的過氧化氨工 作曲線的繪制方法進(jìn)行檢測。
[0009] 本發(fā)明的有益成果 (1) 本發(fā)明所述的過氧化氨傳感器制備簡單，操作方便，無需外部輔助設(shè)備，利用檢測 設(shè)備的微型化、便攜化，并實(shí)現(xiàn)了對過氧化氨的快速、靈敏、高選擇性檢測，具有廣闊的市場 發(fā)展前景； (2) 本發(fā)明首次在同一電解池中采用四電極系統(tǒng)檢測過氧化氨，實(shí)現(xiàn)了電致化學(xué)發(fā)光 與光電化學(xué)雙功能信號放大策略。在電解池中隨著過氧化氨濃度的增加，一方面，使得電致 化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度線性增加，所激發(fā)的光電流線形增大；另一方面，過氧化氨作為電子給體，使 得光電化學(xué)反應(yīng)中光電流線形增大。因此，電致化學(xué)發(fā)光和光電化學(xué)兩種方法在同一電解 池中、同一電化學(xué)工作站下共同反應(yīng)、相互作用，實(shí)現(xiàn)了對過氧化氨檢測電信號的雙重放 大，極大地提高了檢測靈敏度和檢出限，具有重要的科學(xué)意義。同時(shí)，由于無需另配激發(fā)光 源，使得檢測設(shè)備更趨于微型化、集成化，具有廣闊的市場應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0010] 實(shí)施例1 一種基于兩種電化學(xué)方法聯(lián)用的過氧化氨傳感器 一種基于兩種電化學(xué)方法聯(lián)用的過氧化氨傳感器的制備方法，具體的制備步驟為： (1)儒滲雜的二硫化鋼二維納米材料Cd-MoSs溶液的制備： 所述的儒滲雜的二硫化鋼二維納米材料Cd-Mo S2溶液為Cd-MoSs的水溶液，所述的Cd-MoS2為滲雜有儒離子的二硫化鋼二維納米材料，所述的二維納米材料為紙片狀，厚度約為 10~20皿，所述的Cd-MoSs的制備方法為:將0.005 g氯化儒CdCl2、2血的0.1 mol/L抗壞血 酸溶液、0.5 mL的鋼酸鋼化2Mo化溶液和0.01 g硫化鋼化2S，混合并攬拌15分鐘后，放入反 應(yīng)蓋中，在150°C下，反應(yīng)16小時(shí);冷卻至室溫后，使用去離子水離屯、洗涂，在40 °C下進(jìn)行真 空干燥，即制得儒滲雜的二硫化鋼二維納米材料Cd-MoSs,將其溶于去離子水制得Cd-MoSs溶 液。
[0011] (2 )電致化學(xué)發(fā)光工作電極Wl的制備： 1) W 口O導(dǎo)電玻璃為工作電極，在電極表面滴涂（I)中制備的Cd-MoSs溶液，覆蓋面積為 1 cm X 1 cm,室溫下驚干； 2) 將1)得到的工作電極，浸入電解液中，浸入面積為Cd-MoSs所覆蓋的面積，利用S電 極系統(tǒng)對工作電極進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積后取出工作電極，使用超純水清洗，4 °C下避光干 燥，制得電致化學(xué)發(fā)光工作電極Wl; 所述的電解液為含有魯米諾的硫酸溶液，所述的電解液中魯米諾的濃度為1 mmol/L， 硫酸濃度為0.1 mol/l; 所述的=電極系統(tǒng)，包括工作電極、參比電極和對電極，所述的參比電極為飽和甘隸電 極，所述的對電極為銷絲電極； 所述的電化學(xué)沉積過程，采用的電化學(xué)方法為循環(huán)伏安法，起始電壓為-0.2V，終止電 壓為1.5V，掃速為lOOmv/s，循環(huán)20圈。
[001^ (3)光電化學(xué)工作電極W2的制備： OWito導(dǎo)電玻璃為工作電極，在電極表面滴涂8 yL二氧化鐵納米粒子溶膠Ti化 NPs,室溫下驚干； 2) 將1)中得到的工作電極放入馬弗爐中，在450 °C下進(jìn)