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几种化学/生物传感器的制备及在分析中的研究应用

刘咏  
【摘要】: 21世纪是环境科学、生命科学以及材料科学的世纪,这些科学的基础研究和高技术开发都需要分析科学的支持,同时也对分析科学提出了新的挑战。基于不同化学修饰电极作为化学/生物传感器的电化学技术具有装置简单、廉价、响应快速以及检测灵敏度高等特点,日益得到人们的重视。本文在构建新型化学修饰电极作为化学/生物传感器方面开展了一系列研究,取得了一些很有价值的成果。本论文的主要研究工作如下: 1.通过将DNA-Ni2+复合物,多壁碳纳米管和壳聚糖以复合膜的方式修饰了玻碳电极制成一种新型的化学传感器,研究了该复合膜对于甲醇的电化学氧化的协同催化。DNA,多壁碳纳米管和壳聚糖组成的复合修饰膜是固定电催化活性物质-金属镍离子的很好载体。制备的DNA-Ni2+/多壁碳纳米管/壳聚糖修饰电极在碱性电解质中对甲醇的电化学氧化具有较好的催化能力。该修饰电极在甲醇浓度为0.2 mmol·L-1到5.0 mmol·L-1之间能够对甲醇进行定量检测,信噪比为3时检测限为10μmol·L-1,响应时间在3秒之内。此外,该传感器具有优良的稳定性。 2.通过将头孢克肟(CEF)与二价金属镍离子络合物固定在壳聚糖膜中制备了甲醇传感器。该传感器是基于复合修饰膜对甲醇电化学氧化具有催化能力的原理构建而成。构建的CEF-Ni2+/壳聚糖修饰玻碳电极在碱性电解质中具有好的催化能力。而且在循环伏安法研究中发现,该修饰电极对于甲醇的第二步氧化具有非常好的电催化能力。同时,该修饰电极用作甲醇传感器时,能够在20μmol·L-1到12μmol·L-1的浓度范围内对甲醇进行定量检测,信噪比为3时检测限为5.24μmol·L-1。此外,该传感器具有很好的稳定性。 3.通过将DNA-Ni2+复合膜用恒电位法直接电沉积到玻碳电极表面构建了修饰电极,并对修饰电极上DNA膜的作用进行了详细的讨论。固定在DNA直接电沉积膜中的金属镍离子对于碱性电解质中甲醇的电化学氧化具有优良而且稳定的电化学催化能力。DNA膜不仅能促进反应物甲醇分子扩散到膜内的电化学催化活性位点上,而且还能够使那些对电极具有毒化效应的甲醇氧化中间产物充分的反应并更容易扩散到溶液中。因此,直接电沉积DNA膜是金属镍离子的一个理想载体,固定在其中的催化剂镍催化效率高。在碱性甲醇燃料电池中,应用该类修饰膜来修饰电池阳极上的催化剂,能够既保证甲醇分子的充分氧化,又保证电池阳极不容易被甲醇氧化的中间产物所毒化,从而极大的提高碱性甲醇燃料电池的能量转化效率。 4.将(丁烷-1,4-双十二烷基二甲基溴化铵)(BDDA,C12-C4-C12)与聚烯丙基胺盐酸盐(PAH)制备成一种新型的复合修饰膜。该修饰膜能够促进固定在其中的血红蛋白分子(Hb)与玻碳电极之间的电子转移。在0.1 mol·L-1 pH= 0.7的磷酸盐电解质中,血红蛋白在修饰电极上出现一对定义很好准可逆的氧化还原峰,式电位为-0.158 V。该修饰电极对过氧化氢的还原具有催化作用,能够作为过氧化氢传感器,线性检测范围为5.14μmol·L-1到200μmol·L-1。. 5.构建了多壁碳纳米管/β-环糊精复合物修饰碳离子液体电极,在阳离子表面活性剂溴化十六烷基吡啶(CPB)共存体系中,对二酚类同分异构体混合物进行了同时测定。二酚类同分异构体混合物在该修饰电极上的响应灵敏度以及选择性在有CPB共存的条件下被增强了。微分脉冲伏安(DPV)谱图上,三种异构体在修饰电极上的氧化峰电位分别为对苯二酚0.024 V,邻苯二酚0.140 V和间苯二酚0.520 V,说明三种异构体能够被很好的区分检测。对苯二酚检测线性范围为1.2×10-7 mol·L-1到2.2×10-3 mol·L-1,检测限4×10-8 mol·L-1;邻苯二酚为7.0×10-7 mol·L-1到1.0×10-3mol·L-1,检测限8.0×10-8mol·L-1;间苯二酚为2.6×10-6mol·L-1到9.0×10-4mol·L-1,检测限9.0×10-7mol·L-1。 6.通过串联式压电体声波传感器(SPQC)监测溶菌酶蛋白与表面活性剂杂化的变性与复性过程。溶菌酶蛋白先与十二烷基苯磺酸钠(SDBS)杂化发生变性,然后被十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)复性。溶菌酶蛋白在变性和复性过程中使得溶液的电导率发生相应变化,溶液电导率的变化能够通过SPQC传感器进行实时监测。结果表明SPQC传感器技术在实时监测蛋白质与表面活性剂的杂化中,是一种很便利的分析手段。


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