基于氧化石墨烯量子点及其复合物的有机污染物电化学传感器研究

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随着工业化和城市化的迅速发展,环境问题日益严重,常见的有机污染物,如染料、酚类化合物、多氯联苯和农药,给人类和动植物赖以生存的自然环境带来了巨大的伤害。因此,研究快速高效的有机污染物检测或降解技术对生态的可持续发展意义深远。目前,检测有机污染物的主要技术有高效液相色谱法、气相色谱-质谱联用法、表面增强拉曼光谱法、荧光法和电化学分析法等。这些方法大多操作复杂、耗费时间长并且设备昂贵,限制了其在常规分析中的应用。因此,开发简单、快速、高灵敏的有机污染物检测技术具有重要的现实意义。本课题基于氧化石墨烯量子点(GOQDs)及其复合物,利用电化学技术对玻碳电极(GCE)表面进行改性设计构建有机污染物电化学传感器,提高有机污染检测的灵敏度和选择性。优化的传感器性能可用于快速灵敏的检测罗丹明B、日落黄以及双酚A等有机污染物。主要研究内容如下:1.基于GOQDs的电化学传感器快速检测辣椒粉中的罗丹明B罗丹明B(Rh B)是一种水溶性有机污染物,属于合成着色剂,由于其着色稳定、生产成本低,广泛将其用于增加食品色泽。本工作制备了GOQDs/GCE修饰电极,并采用扫描电镜(SEM)和红外光谱(IR)对修饰电极的表面进行表征。构建了一种基于玻碳电极修饰GOQDs测定Rh B的新方法。与裸GCE相比,GOQDs/GCE上Rh B的氧化峰值电流显著增加,氧化过电位降低,表明GOQDs对Rh B具有良好的催化作用。通过计算阐述了Rh B在GOQDs/GCE电极上是质子数为1,电子数为2的反应。在最佳条件下,Rh B的Ipa与CRh B在5.0μM~50.0μM范围内呈良好的线性关系,相关系数(r)为0.9955。该传感器的检出限(LOD)为0.80μM(S/N=3)。该传感器可用于辣椒粉中Rh B的测定,具有良好的稳定性、选择性和满意的回收率。2.基于GOQDs电化学传感器在日落黄检测中的应用研究日落黄(SY)是一种常见的水溶性偶氮类人工食用色素,因其稳定的性质和较低的价格被广泛用于食品、药品以及化妆品的着色。本工作采用一步法将GOQDs修饰到GCE表面,并将其进一步应用于SY有机污染物的测定。通过一系列电化学分析探究了SY的最佳测定条件,结果表明,在p H=6.5,扫描速度100 m V·s-1时,电化学响应信号与CSY在0.10μM~20.0μM范围内呈良好的线性关系,回归方程为:Ipa(μA)=-0.6770 C(μM)-0.3465(r=0.9918),LOD=0.05μM(S/N=3)。将其应用于环境水样和美年达中SY的测定,加标回收率93.4~101.4%。表明传感器性能稳定,可以用于环境中SY的测定。3.AuNPs/GOQDs/GCE电化学传感器的构建及其在塑料杯中双酚A的测定双酚A(BPA)是环境中一种常见的有机污染物,需要一种操作简便、响应时间快、灵敏度高的检测方法对其进行识别和定量分析。本工作通过恒电位电化学沉积技术将AuNPs沉积到GOQDs修饰的玻碳电极表面,开发了用于水样中BPA检测的电化学传感器(AuNPs/GOQDs/GCE)。考察了AuNPs/GOQDs/GCE电化学传感器的性能及BPA的电化学行为。结果表明,AuNPs修饰的GOQDs改性电极对BPA有良好的电化学响应。阐述了BPA在AuNPs/GOQDs/GCE电化学传感器上微观反应的电子数和质子数为2。在最优条件下,传感器的电化学响应信号值与CBPA在10μM~100μM范围内具有良好的分段线性关系,LOD=1.5μM(S/N=3)。将其用于环境水样中BPA的测定,加标回收率为93.1~104.4%。
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