基于纳米材料的无酶电化学传感器构置及应用

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随着新型纳米材料的不断涌现及电极修饰方法的不断创新,基于纳米材料的传感研究,特别是无酶电化学传感研究必将展现出显著的发展潜力。本论文基于纳米材料构置了八种无酶电化学传感器,研究了传感器的电化学和电催化行为,建立了测定NO2-、葡萄糖、邻苯二酚、对苯二酚、H2O2及羟胺的电化学分析新方法。该研究丰富了电化学传感器的研究内容,拓展了纳米材料的应用范围。全文共分为四章,作者的主要贡献如下:1、采用电化学沉积法,以MWCNTs为模板,基于CoOx/MWCNTs、ZrO2/MWCNTs和TiO2/MWCNTs等多孔纳米复合材料构置了三种无酶电化学传感器,分别研究了其对NO2-、邻苯二酚和对苯二酚的电催化行为,建立了测定NO2-、邻苯二酚和对苯二酚的电化学分析新方法。实验结果表明,CoOx/MWCNTs和ZrO2/MWCNTs对NO2-均具有良好的催化性能,测定NO2-的线性范围分别为5.0×10-7~2.5×10-4mol·L-1和5.0×10-7~1.1×10-3mol·L-1,检出限均为3.0×10-7mol·L-1(S/N=3);TiO2/MWCNTs对邻苯二酚和对苯二酚同分异构体具有良好的区分性能及催化性能,测定邻苯二酚的线性范围为1.5×10-63.0×10-4mol·L-1和3.0×104~3.5×10-3mol·L-1,检出限为8.0×10-7mol·L-1(S/N=3);测定对苯二酚的线性范围为2.5×10-6~2.0×10-4mol·L-1和4.0×104~2.0×10-3mol·L-1,检出限为8.0×10-7mol·L-1(S/N=3).基于这三种多孔纳米材料构置的电化学传感器具有制备简单、灵敏度高和响应速度快等特点。2、通过自组装法,基于Au/Ch、Cu/MnO2和Ag/L-Cys构置了三种无酶电化学传感器,分别研究了其对羟胺、葡萄糖和H2O2的电催化行为及催化机理,建立了测定羟胺、葡萄糖和H2O2的电化学分析新方法。实验结果表明,Au/Ch对羟胺具有良好的催化性能,在1.25×10-6~8.0×10-4mol·L-1的浓度范围,催化氧化峰电流与羟胺浓度呈良好的线性关系,检出限为6.0×10-7mol·L-1(S/N=3);Cu/MnO2对葡萄糖具有良好的催化性能,测定葡萄糖的线性范围为2.5×10-7-1.02×10-3mol·L-1,检出限为1.0×10-7mol·L-1(S/N=3);Ag/L-Cys对H2O2具有良好的电催化作用,测定H202的线性范围为2.5×10-6-1.5×10-3mol·L-1,检出限为7.0×10-7mol·L-1(S/N=3).通过自组装法构置的这三种电化学传感器具有构造简单、结构易控和线性范围宽的特点。3、通过酶催化反应诱导TmHCF纳米粒子在电极表面生成,建立了测定葡萄糖的电化学分析新方法。研究结果表明,在碳糊电极上通过酶催化反应诱导TmHCF纳米粒子生成时,测得葡萄糖浓度在3.9×10-4~6.2×10-3mol·L-1范围内呈线性关系,检出限为1.0×10-4mol·L-1(S/N=3);在玻碳电极上通过酶催化反应原位合成TmHCF纳米粒子时,测得葡萄糖浓度在2.0×10-5~1.4×10-2mol·L-1范围内呈线性关系,检出限为6.0×10-6mol·L-1(S/N=3)。该研究工作探索了生物催化在电分析化学领域的新应用,为纳米材料合成提供了新思路,为构置新型高灵敏电化学生物传感器提供了参考。
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