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纳米电极界面功能膜的构建及其应用研究

作　者: 朱和凤
导　师: 汪振辉
学　校: 河南师范大学
专　业: 分析化学
关键词: 化学修饰电极 钠米电极界面 嵌入式超薄碳糊电极 直接电化学 dsDNA与小分子的相互作用
分类号: O657.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


电极表面的化学修饰,对电化学反应产生重要的影响。从化学状态上控制电极表面结构,通过对电极的表面修饰赋予其预定的功能,使之按照人们的意图有选择性地进行所期望的反应。通过化学修饰,可以加快电极反应速率、提高测定方法的选择性和灵敏性。因此,化学修饰电极已成为电化学分析研究的关键之一。由于纳米材料特有的纳米尺度、电子结构和表面拓扑缺陷,使其表面存在较多的活性点,具有许多不同于体相材料的特性。利用这些材料独有的特性制成的修饰电极,电极响应较传统电极大大增强,表现出许多奇特的电化学性能。因此,将纳米技术与电分析化学相结合,构建纳米电极功能膜,探索异构体的同时电化学测量和生物样品的电分析,将为电分析和电化学研究提供一种新的思路。此外,随着纳米技术的发展,电分析化学将更加深入地融入到生命科学领域。本文在基体电极表面进行化学修饰,构建了纳米功能膜电极,用以实现结构相近的多组分的同时电化学测量和生物样品的电分析。全文由以下三个部分组成。一.碳纳米管复合聚对氨基吡啶修饰电极伏安法同时测定氨基酚异构体的研究以玻碳电极为基体,单壁碳纳米管复合聚对氨基吡啶为修饰剂,制备了功能性碳纳米管复合聚对氨基吡啶修饰玻碳电极（SWNTs/POAP/GCE）。利用扫描电子显微镜（SEM）和电化学方法来表征电极界面,用循环伏安法、线性扫描法研究了氨基酚异构体（aminophenol isomers）在该电极上的同时电化学响应。实验结果表明,SWNTs/POAP/GCE对间、邻、对氨基酚的电氧化反应具有良好的电催化活性和分子识别性,其氧化峰电位分别为0.4V、-0.017V和-0.135V。相邻峰电位差分别为417mV和118mV,实现了三者的同时测定,并能显著提高电化学测定的灵敏度。在最佳实验条件下,三个氨基酚异构体的氧化峰电流与其浓度在一定的范围内呈良好的线性关系。该电极具有良好的稳定性和重现性,可以用于生态环境中氨基酚的测定。二.嵌入式超薄碳糊固载碳纳米管复合血红蛋白电极的直接电化学和电催化性质将血红蛋白（Hb）固载于碳纳米管上,以硅溶胶-凝胶为载体,制成碳纳米管复合血红蛋白溶胶凝胶膜（Hb+SWNT+Sol-gel）。扫描电子显微镜（SEM）和电化学交流阻抗（EIS）表征电极,结果显示薄膜均匀连续,Hb保持其原始的二级结构,Sol-gel对Hb的固载,没有破坏其天然结构。该修饰膜在嵌入式超薄碳糊电极（IUTCPE）表面实现了Hb的直接电化学,该膜对H2O2展示出良好的催化还原特性,在不加任何媒介体的情况下显示出对H2O2测定的高灵敏度。在最佳实验条件下,H2O2浓度在1.0×10-5～7.0×10-3 mol/L范围内与电流响应呈线性关系,检测限为3.7×10-6 mol/L （S/N=3）。该电极具有灵敏度高、重现性好、稳定和易于制作等特点。三.嵌入式超薄碳糊前驱膜固载dsDNA修饰电极的构筑及dsDNA与小分子相互作用的研究以镍铬合金为基体、嵌入超薄碳糊为前驱膜,制备了碳纳米管复合壳聚糖固载dsDNA修饰超薄碳糊电极（dsDNA/SWNTs+CHI/IUTCPE）。电子扫描显微镜和电化学交流阻抗谱用来表征修饰电极的表面形貌。dsDNA在电极表面的有效固定,对传感器的分析性能有很大的影响。实验结果证明该纳米量级的多孔壳聚糖膜能有效地将dsDNA固定于其表面。1.研究了该电极上dsDNA与亚甲基蓝（MB）的相互作用。采用循环伏安（CV）法系统地研究了固定在壳聚糖(CHI纳米薄膜上的dsDNA与亚四基蓝（MB）之间的相互作用。实验结果表明,在pH 6.0～7.4范围内,MB在DNA修饰电极上的峰电位随pH的增加而向负方向移动。MB与DNA之间既有静电作用,也有嵌入作用。2.研究了该电极上dsDNA与吖啶橙的相互作用。利用差分脉冲法考察了吖啶橙（AO）与dsDNA的相互作用。实验结果表明,在dsDNA/SWNTs+chi/IUTCPE表面,20～400 mV·s-1扫描速度范围内该电极反应过程系表面反应控制。AO与dsDNA之间既有静电作用,也有嵌入作用。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章 综述  12-18
  1.1 纳米材料及其在电分析化学中的应用  12-15
    1.1.1 纳米材料及碳纳米管的特性  12-13
    1.1.2 纳米材料在电分析化学中的应用  13-14
    1.1.3 纳米电极界面的构建及表征  14-15
  1.2 电活性异构体、同系物的同时电化学研究概况  15-16
  1.3 电化学生物传感器  16-17
  1.4 本课题的研究及意义  17-18
第二章 碳纳米管复合聚对氨基吡啶修饰电极伏安法同时测定氨 基酚异构体的研究  18-32
  2.1 引言  18-19
  2.2 实验部分  19-20
    2.2.1 仪器与试剂  19
    2.2.2 单壁碳纳米管的纯化  19
    2.2.3 修饰电极的制备  19
    2.2.4 实验方法  19-20
  2.3 结果与讨论  20-25
    2.3.1 SWNTs/POAP 电极的电化学性质  20-21
    2.3.2 POAPE 和SWNTs/POAPE 的表面形貌  21-22
    2.3.3 氨基酚异构体在SWNTs/POAP 修饰电极上的电化学行为  22-23
    2.3.4 氨基酚异构体在SWNTs/POAP 修饰电极上的微分伏安行为  23-24
    2.3.5 氨基酚异构体轨道能量的计算  24-25
  2.4 实验条件的选择  25-32
    2.4.1 pH 及底液的选择  25
    2.4.2 起始电位的选择  25
    2.4.3 扫描速度对峰电流的影响  25-26
    2.4.4 富积方式及富积时间对峰电流的影响  26-27
    2.4.5 线性范围和检测限  27-28
    2.4.6 电极的重现性和稳定性  28
    2.4.7 合成样品分析及回收率实验  28-29
    2.4.8 干扰实验  29-30
    2.4.9 结论  30-32
第三章 嵌入式超薄碳糊固载碳纳米管复合血红蛋白电极的直接电化学和电催化性质  32-42
  3.1 引言  32-33
  3.2 实验部分  33-34
    3.2.1 试剂和仪器  33
    3.2.2 超薄碳糊电极的制备  33-34
    3.2.3 溶胶-凝胶（Sol-gel）的制备  34
    3.2.4 嵌入式超薄碳糊固载碳纳米管复合血红蛋白电极（Hb+SWNT+sol-gel/IUTCPE）的制备  34
  3.3 结果与讨论  34-42
    3.3.1 电极的表征  34-36
    3.3.2 Hb+SWNT+sol-gel/IUTCPE 电极的直接电化学行为  36-39
    3.3.3 嵌入式超薄碳糊固载碳纳米管复合血红蛋白电极对H_20_2 的催化还原  39-40
    3.3.4 电极的重现性和稳定性  40
    3.3.5 样品分析及回收率实验  40-41
    3.3.6 结论  41-42
第四章 以嵌入式超薄碳糊为前驱膜的固载dsDNA 修饰电极的构筑及对dsDNA 与亚甲基蓝的相互作用的研究  42-56
  4.1 前言  42-43
  4.2 实验部分  43-44
    4.2.1 仪器与试剂  43
    4.2.2 单壁碳纳米管的纯化  43
    4.2.3 修饰电极的制备  43-44
    4.2.4 实验方法  44
  4.3 结果与讨论  44-54
    4.3.1 DNA/SWNTs+Chi/IUTCPE 的构建及其物理性质  44-46
    4.3.2 DNA/SWNTs+Chi/IUTCPE 的表面形貌和电化学性质  46-48
    4.3.3 MB 在超薄碳糊电极和修饰的超薄碳糊电极上的电化学行为  48-51
    4.3.4 条件实验  51-54
  4.4 电极重现性和稳定性  54-55
  4.5 结论  55-56
第五章 以嵌入式超薄碳糊为前驱膜的固载dsDNA 修饰电极的构筑及对dsDNA 与吖啶橙相互作用的研究  56-68
  5.1 前言  56-57
  5.2 实验部分  57-58
    5.2.1 仪器与试剂  57
    5.2.2 单壁碳纳米管的纯化  57
    5.2.3 修饰电极的制备  57-58
    5.2.4 实验方法  58
  5.3 结果与讨论  58-66
    5.3.1 dsDNA/SWNTs+Chi/IUTCPE 的构建及其物理性质  58-59
    5.3.2 DNA/SWNTs+Chi/IUTCPE 的电化学性质  59-61
    5.3.3 AO 的电化学行为  61-63
    5.3.4 条件实验  63-66
  5.4 电极重现性和稳定性  66
  5.5 结论  66-68
第六章 总结与展望  68-70
参考文献  70-80
致谢  80-81
论文发表、录用情况  81-82

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 分析化学 > 仪器分析法（物理及物理化学分析法） > 电化学分析法
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