金碳納米管修飾電極三氯生分子印跡傳感器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TCS分子印跡傳感器的制備方法，其特征是：首先將玻碳電極用納米金和碳納米管修飾，以TCS為模板，烏頭酸和甲基丙烯酸丁酯為單體，層層自組裝法和電聚合法相結(jié)合，在金碳納米管修飾玻碳電極表面成功地研制了一種具有特異選擇性的印跡電化學(xué)傳感器，本發(fā)明制備的TCS分子印跡傳感器的響應(yīng)大大提高。該印跡傳感器對TCS表現(xiàn)出較高的親和性和選擇性。該TCS分子印跡傳感器與電化學(xué)工作站連接構(gòu)成能夠?qū)Ｒ荒０宸肿幼R別傳感器。本發(fā)明制得的傳感器成本低、靈敏度高、特異性好、檢測快速，可反復(fù)使用。
【專利說明】金碳納米管修飾電極三氯生分子印跡傳感器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種分子印跡傳感器的制備方法及快速檢測應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種三氯生(TCS)分子印跡傳感器的制備方法，具體是基于分子印跡特異性識別作用，用于檢測藥品、護(hù)理品、環(huán)境樣品中的TCS技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]三氯生(S-Chloro-2-(2, 4-dichlorophenoxy) phenol, TCS)是一種國際流行的廣譜高校殺菌消毒劑，對革蘭氏陽性菌，革蘭氏陰性菌，酵母和病毒均有廣泛高效的殺滅或抑制作用，被廣泛應(yīng)用于家庭與個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品，如牙膏、洗面奶、除臭劑、漱口水、肥皂、洗發(fā)劑等。研究表明，TCS可通過生活污水進(jìn)入環(huán)境水體。近年來，在污泥、地表水和生活污水中均有TCS檢出，其暴露風(fēng)險(xiǎn)日益受到關(guān)注。TCS對水生生物(如藻類，水蚤，魚等)有較強(qiáng)的毒性作用；在紫外光、日光照射等情況下，TCS會降解轉(zhuǎn)變?yōu)槎f英和酚類化合物(如2，4-二氯苯酚)等毒性更強(qiáng)的物質(zhì)。因此，發(fā)展一種靈敏、可靠且易于操作的分析法檢測環(huán)境水體中的TCS極為重要。定量測定三氯生的報(bào)道目前主要有電化學(xué)法、高效液相色譜法、紫外分光光度法、毛細(xì)管區(qū)帶電泳法、化學(xué)發(fā)光法，由于環(huán)境水樣中的TCS含量極低，且樣品基質(zhì)復(fù)雜，因此，上述方法的檢測限都達(dá)不到要求無法檢測，在進(jìn)行樣品分析前通常要進(jìn)行分離富集。固相萃取與液液萃取是常用的兩種樣品前處理技術(shù)。然而這兩種方法均需消耗大量有毒有機(jī)溶劑，且耗時(shí)長，易對環(huán)境造成二次污染。由于樣品的基質(zhì)比較復(fù)雜，給檢測帶來了困難，因此，找到一種選擇性好、靈敏度高、操作簡便、快速的檢測TCS的方法十分重要的意義。近年來，為了提高對TCS檢測的靈敏度，劉瑛等研究了三氯生分子印跡傳感器的制備及其性能(劉瑛等，三氯生分子印跡傳感器的制備及其性能的研究，分析試驗(yàn)室，2009，28 (8):107?109)將檢測TCS檢測限提高到2.0X10—8 mol/L，本申請制備一種新型的TCS分子印跡傳感器，其檢測限可達(dá)到10_9mOl/L。
[0003]分子印跡技術(shù)是當(dāng)前開發(fā)具有分子識別功能的高選擇性材料的主要方法之一，它是通過在模板分子周圍形成一個(gè)高度交聯(lián)的剛性高分子，除去模板分子后在分子印跡聚合物的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中留下具有結(jié)合能力的識別位點(diǎn)，對模板分子表現(xiàn)出高選擇識別性能的一種技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)以其構(gòu)效預(yù)定性和特異識別性越來越受到人們的關(guān)注，已經(jīng)成功用于固相萃取或微固相萃取，親和色譜或毛細(xì)管電泳及傳感器等領(lǐng)域。
[0004]依據(jù)此技術(shù)制備的分子印跡傳感器，應(yīng)用于藥物分析、環(huán)境保護(hù)及生命科學(xué)研究中起著十分重要的作用。將功能分子以適當(dāng)方式修飾到電極上，制備選擇性好、靈敏度高、有一定使用壽命可再生的電化學(xué)傳感器成為分析科學(xué)工作者努力探索的課題。但是傳統(tǒng)的印跡方法所制備的印跡膜厚度難以控制，高交聯(lián)度使得電子傳遞速度和響應(yīng)慢、檢測下限高而且再生和可逆性差，影響分子印跡技術(shù)在電化學(xué)傳感器中的應(yīng)用。因此，建立一種靈敏、快速、簡便、特異性高、重復(fù)性好經(jīng)濟(jì)使用的檢測方法，對研究人員、生產(chǎn)企業(yè)、質(zhì)控人員、進(jìn)出口商檢、政府管理部門等的迫切需要的，對食品、藥品、環(huán)境安全中的TCS含量準(zhǔn)確定量測定十分必要，對于TCS生產(chǎn)和藥理研究也具有重要的意義。[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是將分子印跡與電化學(xué)傳感器相結(jié)合，提供了一種TCS分子印跡傳感器的制備方法，主要是以TCS為模板，在玻碳電極表面通過碳納米管和金納米粒子修飾，烏頭酸、甲基丙烯酸丁酯為單體，電化學(xué)作用而制備的分子印跡傳感器。
[0007]儀器與試劑
CHI660B電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)，實(shí)驗(yàn)采用三電極體系:鉬絲電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，玻碳電極(GCE)為工作電極；KQ-250E型超聲波清洗器(坤峰超聲儀器有限公司)。
[0008]碳納米管(孔徑2~50nm);烏頭酸，甲基丙烯酸丁酯；丙酮，N，N-二甲基甲酰胺(DMF);氯金酸；TCS ;高錳酸鉀、硫酸、硝酸鈉、磷酸緩沖溶液，所用試劑均為分析純。
[0009]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0010]一種TCS分子印跡傳感器的制備方法，特征在于該方法具有以下工藝步驟:
(1)氧化碳納米管的制備:在反應(yīng)器中，按如下組成質(zhì)量百分濃度加入39飛2%濃硫酸，
0.5~3.0%碳納米管，1 .0-8.0%高錳酸鉀，超聲分散60~90min，緩慢加入30~55%去離子水，各組分含量之和為百分之百，然后在8(T90°C攪拌反應(yīng)6~8 h，冷卻至室溫，過濾，用I mol/LHCl洗滌，再用去離子水反復(fù)洗滌至濾液為中性，干燥，得到氧化碳納米管；
(2)納米金和碳納米管修飾玻碳電極制備:將玻碳電極依次用0.3 μ m、0.05 μ mAl203粉末進(jìn)行表面拋光，然后用高純水超聲清洗，用氬氣吹干，在玻碳電極表面滴加5~10 μ L碳納米管的N，N-二甲基甲酰胺分散液(0.5g/L)，置于紅外燈下，揮發(fā)干溶劑后，放入0.lmol/L氯金酸溶液浸泡2(T30h，取出后用去離子水洗滌，自然干燥，即得納米金和碳納米管修飾玻碳電極；
(3)TCS分子印跡傳感器的制備方法:在反應(yīng)器中，按如下組成質(zhì)量百分濃度加入，烏頭酸:10-22%，甲基丙烯酸丁酯:8~18%，去離子水:55~75%，過硫酸銨:2~8%攪拌溶解，再加ATCS:0.1~2.0%，各組分含量之和為百分之百，攪拌均勻，將步驟(2)制備的納米金碳納米管修飾玻碳電極放入其中，在-0.1(T0.6V電位范圍內(nèi)，采用循環(huán)伏安法掃描20-30圈至掃描曲線穩(wěn)定，取出后再將該電極用0.15mol/L的氫氧化鈉溶液反浸泡2(T30 min，洗脫模板分子，即得TCS的分子印跡傳感器。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果是:
本發(fā)明將采用碳納米管、納米金粒子修飾玻碳電極，層層自組裝法和電聚合法相結(jié)合，在金碳納米管修飾玻碳電極表面成功地研制了一種具有特異選擇性的印跡電化學(xué)傳感器。通過與無碳納米管修飾的分子印跡電極那個(gè)的響應(yīng)進(jìn)行比較，本發(fā)明制備的TCS分子印跡傳感器的響應(yīng)大大提高。該印跡傳感器對TCS表現(xiàn)出較高的親和性和選擇性，響應(yīng)電流與TCS的濃度在1.0X 10_^2.0X 10_5mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，檢測限為
4.32X 10_9mol/L將本發(fā)明制備的TCS分子印跡傳感器成功用于藥品、護(hù)理品、環(huán)境水中TCS的檢測中，回收率在95.62^106.5%之間，因此本發(fā)明制備的分子印跡傳感器可廣泛應(yīng)用于個(gè)人護(hù)理品、食品、環(huán)保檢測等相關(guān)領(lǐng)域。【具體實(shí)施方式】
[0012]實(shí)施例1
(1)氧化碳納米管的制備:在反應(yīng)器中，分別加入IOmL濃硫酸，0.5g碳納米管，2.0g高錳酸鉀，超聲分散80min，緩慢加入19mL去離子水，然后在85°C攪拌反應(yīng)7 h，冷卻至室溫，過濾，用I mol/LHCl洗滌，再用去離子水反復(fù)洗滌至濾液為中性，干燥，得到氧化碳納米管；
(2)納米金和碳納米管修飾玻碳電極制備:將玻碳電極依次用0.3 μ m、0.05 μ mAl203粉末進(jìn)行表面拋光，然后用高純水超聲清洗，用氬氣吹干，在玻碳電極表面滴加6 μ L碳納米管的N，N- 二甲基甲酰胺分散液(0.5g/L)，置于紅外燈下，揮發(fā)干溶劑后，放入0.lmol/L氯金酸溶液浸泡25h，取出后用去離子水洗滌，自然干燥，即得納米金和碳納米管修飾玻碳電極；
(3)TCS分子印跡傳感器的制備方法:在反應(yīng)器中，分別加入，Sg烏頭酸，7mL甲基丙烯酸丁酯，25mL去離子水，2g過硫酸銨，攪拌溶解，再加入0.5gTCS，攪拌均勻，將步驟(2)制備的納米金碳納米管修飾玻碳電極放入其中，在-0.1(T0.6V電位范圍內(nèi)，采用循環(huán)伏安法掃描25圈至掃描曲線穩(wěn)定,取出后再將該電極用0.15mol/L的氫氧化鈉溶液反浸泡25 min,洗脫模板分子，即得TCS的分子印跡傳感器。
[0013]實(shí)施例2
(1)氧化碳納米管的制備:在反應(yīng)器中，分別加入IOmL濃硫酸，1.0g碳納米管，4.0g高錳酸鉀，超聲分散70min，緩慢加入24mL去離子水，然后在85°C攪拌反應(yīng)7h，冷卻至室溫，過濾，用I mol/LHCl洗滌，再用去離子水反復(fù)洗滌至濾液為中性，干燥，得到氧化碳納米管；
(2)納米金和碳納米管修飾玻碳電極制備:將玻碳電極依次用0.3 μ m、0.05 μ mAl203粉末進(jìn)行表面拋光，然后用高純水超聲清洗，用氬氣吹干，在玻碳電極表面滴加8 μ L碳納米管的N，N- 二甲基甲酰胺分散液(0.5g/L)，置于紅外燈下，揮發(fā)干溶劑后，放入0.lmol/L氯金酸溶液浸泡20h，取出后用去離子水洗滌，自然干燥，即得納米金和碳納米管修飾玻碳電極；
(3)TCS分子印跡傳感器的制備方法:在反應(yīng)器中，分別加入，12g烏頭酸，IOmL甲基丙烯酸丁酯，30mL去離子水，2g過硫酸銨，攪拌溶解，再加入0.6gTCS，攪拌均勻，將步驟(2)制備的納米金碳納米管修飾玻碳電極放入其中，在-0.1(T0.6V電位范圍內(nèi)，采用循環(huán)伏安法掃描20圈至掃描曲線穩(wěn)定，取出后再將該電極用0.15mol/L的氫氧化鈉溶液反浸泡30min，洗脫模板分子，即得TCS的分子印跡傳感器。
[0014]實(shí)施例3
(1)氧化碳納米管的制備:在反應(yīng)器中，分別加入20mL濃硫酸，1.5g碳納米管，2.0g高錳酸鉀，超聲分散80min，緩慢加入20mL去離子水，然后在80°C攪拌反應(yīng)7h，冷卻至室溫，過濾，用I mol/LHCl洗滌，再用去離子水反復(fù)洗滌至濾液為中性，干燥，得到氧化碳納米管；
(2)納米金和碳納米管修飾玻碳電極制備:將玻碳電極依次用0.3 μ m、0.05 μ mAl203粉末進(jìn)行表面拋光，然后用高純水超聲清洗，用氬氣吹干，在玻碳電極表面滴加5 μ L碳納米管的N，N- 二甲基甲酰胺分散液(0.5g/L)，置于紅外燈下，揮發(fā)干溶劑后，放入0.lmol/L氯金酸溶液浸泡30h，取出后用去離子水洗滌，自然干燥，即得納米金和碳納米管修飾玻碳電極；(3)TCS分子印跡傳感器的制備方法:在反應(yīng)器中，分別加入，IOg烏頭酸，SmL甲基丙烯酸丁酯，50mL去離子水，4g過硫酸銨，攪拌溶解，再加入l.0gTCS，攪拌均勻，將步驟(2)制備的納米金碳納米管修飾玻碳電極放入其中，在-0.1(T0.6V電位范圍內(nèi)，采用循環(huán)伏安法掃描30圈至掃描曲線穩(wěn)定，取出后再將該電極用0.15mol/L的氫氧化鈉溶液反浸泡20min，洗脫模板分子，即得TCS的分子印跡傳感器。
[0015]實(shí)施例4
(1)氧化碳納米管的制備:在反應(yīng)器中，分別加入15mL濃硫酸，0.5g碳納米管，3.0g高錳酸鉀，超聲分散90min，緩慢加入22mL去離子水，然后在90°C攪拌反應(yīng)6h，冷卻至室溫，過濾，用I mol/LHCl洗滌，再用去離子水反復(fù)洗滌至濾液為中性，干燥，得到氧化碳納米管；
(2)納米金和碳納米管修飾玻碳電極制備:將玻碳電極依次用0.3 μ m、0.05 μ mAl203粉末進(jìn)行表面拋光，然后用高純水超聲清洗，用氬氣吹干，在玻碳電極表面滴加10 μ L碳納米管的N，N- 二甲基甲酰胺分散液(0.5g/L)，置于紅外燈下，揮發(fā)干溶劑后，放入0.lmol/L氯金酸溶液浸泡28h，取出后用去離子水洗滌，自然干燥，即得納米金和碳納米管修飾玻碳電極；
(3)TCS分子印跡傳感器的制備方法:在反應(yīng)器中，分別加入，IOg烏頭酸，SmL甲基丙烯酸丁酯，60mL去離子水，6g過硫酸銨，攪拌溶解，再加入1.5gTCS，攪拌均勻，將步驟(2)制備的納米金碳納米管修飾玻碳電極放入其中，在-0.1(T0.6V電位范圍內(nèi)，采用循環(huán)伏安法掃描28圈至掃描曲線穩(wěn)定,取出后再將該電極用0.15mol/L的氫氧化鈉溶液反浸泡25min,洗脫模板分子，即得TCS的分子印跡傳感器。
[0016]實(shí)施例5
將上述實(shí)施例1~4所制備的TCS分子印跡傳感器，用于TCS的檢測，步驟如下:
(1)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制:配制一組包括空白標(biāo)樣在內(nèi)的不同濃度的TCS標(biāo)準(zhǔn)溶液，底液為pH
6.5的磷酸鹽緩沖溶液；
(2)工作曲線繪制:將飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲電極為輔助電極，本發(fā)明制備的電極為工作電極組成三電極系統(tǒng)，連接CHI660B電化學(xué)工作站，在KJFe(CN)6]溶液中，采用循環(huán)伏安法在-0.1(T0.6V電位范圍內(nèi)進(jìn)行檢測，空白標(biāo)樣的響應(yīng)電流記為厶，含有不同濃度的TCS標(biāo)準(zhǔn)溶液的響應(yīng)電流即為Ji，響應(yīng)電流降低的差值為Zl I=10-1pA I與TCS標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度c之間呈線性關(guān)系，繪制Zl I~c工作曲線；
(3)TCS的檢測:用待測樣品代替步驟(1)中的TCS標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照步驟(2)的方法進(jìn)行檢測，根據(jù)響應(yīng)電流降低的差值Zl J和工作曲線，得到待測樣品中TCS的含量；
所述K3[Fe (CN)6]溶液的濃度為6mmol/L ；
所述pH7.0的磷酸鹽緩沖溶液的濃度在lOOmmol/L。
[0017]響應(yīng)電流與TCS的濃度在1.0X 10-8~2.0 X l(T5mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，檢測限為4.32X 10_9mol/L將本發(fā)明制備的TCS分子印跡傳感器成功用于藥品、護(hù)理品、環(huán)境水中TCS的檢測中，回收率在95.62~106.5%之間，因此本發(fā)明制備的分子印跡傳感器可廣泛應(yīng)用于個(gè)人護(hù)理品、食品、環(huán)保檢測等相關(guān)領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.一種TCS分子印跡傳感器的制備方法，其特征在于該方法具有以下工藝步驟: (1)氧化碳納米管的制備:在反應(yīng)器中，按如下組成質(zhì)量百分濃度加入39飛2%濃硫酸，`0.5~3.0%碳納米管，1.0-8.0%高錳酸鉀，超聲分散6(T90min，緩慢加入30~55%去離子水，各組分含量之和為百分之百，然后在8(T90°C攪拌反應(yīng)6~8 h，冷卻至室溫，過濾，用I mol/LHCl洗滌，再用去離子水反復(fù)洗滌至濾液為中性，干燥，得到氧化碳納米管； (2)納米金和碳納米管修飾玻碳電極制備:將玻碳電極依次用0.3 μ m、0.05 μ mAl203粉末進(jìn)行表面拋光，然后用高純水超聲清洗，用氬氣吹干，在玻碳電極表面滴加5~10 μ L碳納米管的N，N- 二甲基甲酰胺分散液，置于紅外燈下，揮發(fā)干溶劑后，放入0.lmol/L氯金酸溶液浸泡2(T30h，取出后用去離子水洗滌，自然干燥，即得納米金和碳納米管修飾玻碳電極； (3)TCS分子印跡傳感器的制備方法:在反應(yīng)器中，按如下組成質(zhì)量百分濃度加入，烏頭酸:10-22%，甲基丙烯酸丁酯:8~18%，去離子水:55~75%，過硫酸銨:2~8%攪拌溶解，再加ATCS:0.1~2.0%，各組分含量之和為百分之百，攪拌均勻，將步驟(2)制備的納米金碳納米管修飾玻碳電極放入其中，在-0.1(T0.6V電位范圍內(nèi)，采用循環(huán)伏安法掃描20-30圈至掃描曲線穩(wěn)定，取出后再將該電極用0.15mol/L的氫氧化鈉溶液反浸泡2(T30 min，洗脫模板分子，即得TCS的分子印跡傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TCS分子印跡傳感器的制備方法，其特征是:步驟(2)中所述的碳納米管的N，N- 二甲基甲酰胺分散液的質(zhì)量體積濃度為0.5g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中 所述的一種TCS分子印跡傳感器的制備方法，其特征是:步驟(3)中所述的烏頭酸與甲基丙烯酸丁酯的摩爾比為1:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種TCS分子印跡傳感器的制備方法，其特征是:所制備的檢測TCS的分子印跡傳感器應(yīng)用于TCS的檢測，其檢測步驟如下: (1)標(biāo)準(zhǔn)溶液配制:配制一組包括空白標(biāo)樣在內(nèi)的不同濃度的TCS標(biāo)準(zhǔn)溶液，底液為pH`6.5的磷酸鹽緩沖溶液； (2)工作曲線繪制:將飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲電極為輔助電極，本發(fā)明制備的電極為工作電極組成三電極系統(tǒng)，連接CHI660B電化學(xué)工作站，在K3[Fe (CN)6]溶液中，采用循環(huán)伏安法在-0.1(T0.6V電位范圍內(nèi)進(jìn)行檢測，空白標(biāo)樣的響應(yīng)電流記為厶，含有不同濃度的TCS標(biāo)準(zhǔn)溶液的響應(yīng)電流即為Ji，響應(yīng)電流降低的差值為Zl I=10-1pA I與TCS標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度c之間呈線性關(guān)系，繪制Zl I~c工作曲線； (3)TCS的檢測:用待測樣品代替步驟(1)中的TCS標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照步驟(2)的方法進(jìn)行檢測，根據(jù)響應(yīng)電流降低的差值Zl J和工作曲線，得到待測樣品中TCS的含量； 所述K3[Fe (CN)6]溶液的濃度為6mmol/L ； 所述pH7.0的磷酸鹽緩沖溶液的濃度在lOOmmol/L。
【文檔編號】G01N27/26GK103926281SQ201410186364
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】李慧芝, 李冬梅, 莊海燕 申請人:濟(jì)南大學(xué)