[發(fā)明專利]碳納米管纖維負(fù)載金屬酞菁制備電化學(xué)傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710281054.3
• 申請(qǐng)日: 2017-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN107247081A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳光達(dá);黃三慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/30
• 分類號(hào): G01N27/30;G01N27/416;G01N27/48;G01N27/49
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙)33213
• 代理人: 杜立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)催化技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于碳納米管纖維和金屬酞菁制備電化學(xué)傳感器的制備方法。

背景技術(shù)

人們?cè)絹碓疥P(guān)注生態(tài)環(huán)境以及個(gè)人健康，其中如亞硝酸鹽、過氧化氫、葡萄糖等與之息息相關(guān)的物質(zhì)便也越來越受到人們的關(guān)注。亞硝酸鹽是一種應(yīng)用廣泛的工業(yè)鹽，如用于食品防腐劑、染料助劑等。它具有很好的溶解性，故在大自然分布十分廣泛。但它同時(shí)也是一種危害人體健康的物質(zhì)，能與血液中的的血紅蛋白相結(jié)合，使血紅蛋白失去運(yùn)送氧的能力，在生物信號(hào)、癌癥等方面扮演重要角色。過氧化氫是一種強(qiáng)氧化劑，在食品加工方面具有漂白、防腐和除臭的作用。我國食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)表示，食品成品中的過氧化氫含量受到嚴(yán)格把控。過氧化氫也是生物過程中的重要小分子，對(duì)人體有毒害作用，甚至導(dǎo)致癌癥等。葡萄糖是人體不可缺少的物質(zhì)，其含量與新陳代謝能力和疾病病情狀況有重要聯(lián)系，尤其在糖尿病研究領(lǐng)域，葡萄糖的檢測尤為重要。當(dāng)下而言，用于亞硝酸鹽、過氧化氫、葡萄糖等目標(biāo)物的檢測有許多方法，如常規(guī)滴定法、分光光度法、熒光光度法、高效液相色譜法等，但是各自存在靈敏度低、選擇性不高、操作程序繁瑣、成本昂貴等缺點(diǎn)。開發(fā)一種高靈敏度，快速的響應(yīng)，高選擇性和經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定檢測方法很有必要。

金屬酞菁是一種結(jié)構(gòu)類似金屬卟啉，具有平面多電子共軛大π鍵結(jié)構(gòu)的功能性化合物。它有很好的環(huán)境穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以及優(yōu)越的物理和化學(xué)性質(zhì)，被廣泛運(yùn)用于催化氧化材料、傳感器的敏感材料等方面。將其負(fù)載于合適的固體載體，克服其在水和多數(shù)有機(jī)溶劑中溶解度差的限制，實(shí)現(xiàn)金屬酞菁異相催化。

碳納米管纖維具有很好的傳導(dǎo)電子能力和導(dǎo)電性，生物相容性，熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能。碳納米管纖維具有sp²雜化共軛結(jié)構(gòu)，其與金屬酞菁的大π共軛結(jié)構(gòu)具有良好的親和性，并且能彌補(bǔ)金屬酞菁導(dǎo)電性差的不足。將二者進(jìn)行有機(jī)復(fù)合有利于實(shí)現(xiàn)協(xié)同電催化作用。將其用于電化學(xué)傳感器，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物的準(zhǔn)確靈敏、高選擇性的穩(wěn)定快速檢測，在環(huán)境檢測、醫(yī)藥工業(yè)、生物分析、食品安全等多個(gè)領(lǐng)域有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

當(dāng)下而言，用于亞硝酸鹽、過氧化氫、葡萄糖等目標(biāo)物的檢測有許多方法，如常規(guī)滴定法、分光光度法、熒光光度法、高效液相色譜法等，但是各自存在靈敏度低、選擇性不高、操作程序繁瑣、成本昂貴等缺點(diǎn)。本發(fā)明目的在于提供一種具有高靈敏度，快速的響應(yīng)時(shí)間，良好選擇性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)的電化學(xué)傳感器的制備方法，具體步驟如下：

第一步，配制電化學(xué)法所需的金屬酞菁溶液

將金屬酞菁和四丁基高氯酸銨加入到N,N-二甲基甲酰胺中，通過超聲法促進(jìn)其充分溶解，金屬酞菁濃度為0.01~0.5 mM，四丁基高氯酸銨濃度為0.01~1.0 M，制備得電化學(xué)法所需沉積液。

第二步，電化學(xué)法制備碳納米管纖維/金屬酞菁復(fù)合電極

采用三電極體系，將一定長度的碳納米管纖維作為工作電極，鉑絲作為對(duì)電極，飽和甘汞電極作為參比電極。利用電化學(xué)工作站，采用恒電流法或者恒電位法，對(duì)于恒電位法，采用沉積電壓是0.1~5 V，沉積時(shí)間是1~500 s；對(duì)于恒電流法，采用沉積電流是0.1~5 mA，沉積時(shí)間為1~500 s。將金屬酞菁負(fù)載于碳納米管纖維表面，用去離子水浸洗，以除去表面殘留液體及雜質(zhì)，室溫下空氣干燥24小時(shí)，制得碳納米管纖維/金屬酞菁復(fù)合電極。

第三步，將碳納米管纖維/金屬酞菁復(fù)合電極用于目標(biāo)物的檢測

先配制磷酸鹽緩沖溶液（pH：2~12，濃度：0.01~1.0 M），再配制含有目標(biāo)物的磷酸鹽緩沖液。采用三電極體系，將碳納米管纖維/金屬酞菁復(fù)合電極作為工作電極，鉑絲作為對(duì)電極，飽和甘汞電極作為參比電極，利用電化學(xué)工作站，檢測電流對(duì)目標(biāo)物濃度的響應(yīng)，檢測方法包括：

1）循環(huán)伏安法。利用三電極體系，掃描范圍采用0~1.0 V，在相應(yīng)的掃描速率下，檢測目標(biāo)物氧化還原過程，以及不同掃描速率和不同目標(biāo)物濃度的電流響應(yīng)情況。

2）恒電位法。利用三電極體系，設(shè)定相應(yīng)的恒電位和時(shí)間，測定不同目標(biāo)物濃度的響應(yīng)電流。

3）計(jì)時(shí)電流法。利用三電極體系，磷酸鹽緩沖溶液通過磁子以恒定速率不斷攪拌，依次加入相應(yīng)離子表征其選擇性。逐漸微量增加目標(biāo)物濃度，檢測響應(yīng)電流和響應(yīng)時(shí)間。