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碳纳米材料修饰碳糊电极的构筑及应用

周静  
【摘要】:近年来,人们综合报道了碳糊电极(Carbon Paste Electrode, CPE)的发展、制备、表征及其在食品分析、生命科学、环境监测等领域的应用,展望了其发展前景。由于它残余电流低、制备方法简单、表面易于更新,灵敏度高,价格便宜,在分析化学特别是电化学研究中起着非常重要的作用。碳是元素周期表中奇才辈出的一族,除了前几年被炒得沸沸扬扬的碳纳米管(carbon nanotubes, CNT),科学家又发现了这家族中的另一位”奇才”——石墨烯(Graphene, Ge)。近几十年来,碳纳米材料一直是科学界的一颗新星。众多研究表明:碳纳米管不仅比表面积大而且具有电催化性能强、成本低等多种异常的性能,这为其在伏安传感器的应用奠定了很好的基础。本论文在前人研究的基础上利用碳质纳米材料作修饰材料掺杂到CPE中进行以下研究:(1)同时制备CPE、 CNT掺杂的CPE (CNT/CPE)和Ge掺杂的CPE (Ge/CPE)三种伏安传感器,并考察了麦芽酚在三种电极上的电化学行为。实验发现:CNT与Ge的加入对麦芽酚的反应并没有起到催化和促进作用,CPE对麦芽酚响应的灵敏度最高。用差示脉冲法建立了一种伏安法检测麦芽酚的新方法,并且得到了较宽的线性范围和低的检出限。(2)采用直接混合法制备了多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes, MWCNT)掺杂的CPE,优化并最终确定了碳纳米管的最佳掺杂量,实现了对黄酮类化合物-黄芩素的分析检测。对实验条件进行优化,得该修饰电极对黄芩素响应的线性范围是2.0×lO-8~1.0x10-5molL-1,检出限为4.2×10-9mol L-1。成功地用于实际样品即人血清与双黄连口服液中黄芩素的测定。同时,结合实验结果与文献报道推测了黄芩素在该电极上的反应机理。(3)首先用G Tsutsui报道的方法合成了纳米金(Gold nanoparticles, AuNPs)并用原子力显微镜和紫外光谱对其进行表征。在体系(2)中构筑的MWCNT/CNT电极基础上,采用自组装的方法AuNPs修饰到MWCNT/CNT上,构筑了一种新型的伏安传感器。该修饰电极对芦丁的氧化反应具有良好的催化能力,为了进一步探讨其电极反应机理我们对其电化学反应参数(如电子转移数、饱和吸附量等)进行了计算。在最优实验条件下,建立了一种伏安法测定芦丁的新方法,检测灵敏度是已知方法中最高的。


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