基于离子印迹聚合物的重金属离子电化学传感器研究

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随着工业的快速发展,水质污染问题日益严峻,其中重金属污染尤为严重。重金属污染物具有毒性强、易富集的特点,对人类的健康构成严重的威胁。因此开发一种快速、简便以及灵敏度高的的检测重金属离子的方法具有重要意义。电化学方法具有成本低、易于操作以及便携可适用于现场检测等优点,在重金属离子的检测领域发挥着重要作用。然而检测样品的成分十分复杂,为了能够进一步提高传感器的选择性以及稳定性,目前最常用的方法是在基础电极(如玻碳电极、碳糊电极、金电极等)表面进行化学修饰。近年来,离子印迹聚合物(IIP)因对重金属离子具有选择性富集作用而成为研究热点。离子印迹聚合物主要分为传统型离子印迹聚合物(体离子印迹聚合物)以及表面离子印迹聚合物,为了探究两种类型印迹聚合物对传感器性能的影响,本论文分别构建了三种基于离子印迹聚合物的Cu(Ⅱ)电化学传感器,并对传感器性能进行一系列测试,主要工作包括以下内容:(1)采用原位聚合方式制备了一种基于壳聚糖-氧化石墨烯体离子印迹聚合物修饰玻碳电极(CS/GO-IIP)的Cu(Ⅱ)电化学传感器,并通过FT-IR,SEM,EDS方法对聚合物的组成和结构进行分析。采用差示脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)对其电化学性能进行。研究结果表明,相对于未修饰电极,经印迹聚合物修饰的电极更能提高传感器对Cu(Ⅱ)的检测信号,并且具有高选择性和较宽的检测范围(0.5μM~100 μM),检测限达到 1.5 μM;(2)采用溶剂热法制备出粒径均匀的Fe3O4磁性纳米颗粒,然后通过溶胶-凝胶法制备出Fe3O4/SiO2纳米颗粒,最后以壳聚糖为功能单体制备Cu(Ⅱ)表面离子印迹聚合物。通过FT-IR,SEM,XRD,TGA表征对纳米材料的组成和结构进行分析。当以该材料作为电极的修饰材料构建Cu(Ⅱ)传感器时,克服了体离子印迹聚合物印迹位点包埋过深的缺点,提高了印迹位点利用率,表现出了优异的检测信号。与非印迹材料修饰电极相比,阳极溶出峰值电流提高了将近4倍。另外,该传感器拥有高选择性和低检测限的优点,最低检测限达到5 nM。(3)以苯胺为单体制备出Fe3O4/PANI-Cu(Ⅱ)表面离子印迹聚合物材料,并通过FT-IR,SEM,XRD,TGA方法分析Fe3O4/PANI-Cu(Ⅱ)表面离子印迹聚合物的组成和结构。该材料所构建的电化学传感器在pH=3.0的PBS缓冲液中对Cu(Ⅱ)表现出优异的检测性能,是非印迹材料修饰电极溶出峰电流的4.2倍。在复杂体系中,该传感器依然有较好的选择性和低检测限,检测限达到1.5 nM。
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