三維有序大孔金膜修飾電極的制備及其對(duì)h

三維有序大孔金膜修飾電極的制備及其對(duì)h

1無(wú)酶?jìng)鞲衅鞯膕10回收天竺葵（b2o2）廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)、臨床應(yīng)用和環(huán)境分析領(lǐng)域。同時(shí),它也是包括葡萄糖氧化酶、尿酸酶、膽固醇氧化酶、醇氧化酶、肌氨酸氧化酶、半乳糖氧化酶以及L-氨基酸氧化酶等在內(nèi)的一系列酶促反應(yīng)的重要副產(chǎn)物。因此,發(fā)展可靠、靈敏、快速、低成本的H2O2檢測(cè)方法具有重要意義。目前,H2O2檢測(cè)方法包括滴定法、光譜法、熒光法、化學(xué)發(fā)光法、色譜法及電化學(xué)法[9~15]。其中,電化學(xué)法,尤其是基于各種過(guò)氧化物酶[11~13]和血紅蛋白的電流型生物傳感器研究最為廣泛,因?yàn)樗鼈兙哂胁僮骱?jiǎn)便、高效、高靈敏度和高選擇性等優(yōu)點(diǎn)。然而,酶所固有的穩(wěn)定性不佳、易失活的特點(diǎn)在一定程度上限制了該類傳感器的應(yīng)用。因此,基于無(wú)酶?jìng)鞲衅鞯腍2O2檢測(cè)逐漸引起人們的興趣。目前,普魯士藍(lán)、硫堇以及鉑、銀、氧化銅、氧化鈷等金屬、金屬氧化物納米材料都已被成功應(yīng)用于H2O2無(wú)酶?jìng)鞲衅鞯臉?gòu)建。以反相晶體模板技術(shù)制備的三維有序多孔結(jié)構(gòu)材料具有開(kāi)闊的、相互連接的周期性結(jié)構(gòu),有利于反應(yīng)物與其表面活性位點(diǎn)的接觸,因而具有更高的活性比表面,有利于進(jìn)行無(wú)酶?jìng)鞲衅鞯难芯俊１狙芯恳源怪背练e法制備的三維有序排列的硅球?yàn)闋奚０?利用電化學(xué)沉積法構(gòu)建了三維有序大孔金膜修飾電極,并將其應(yīng)用于H2O2無(wú)酶?jìng)鞲械难芯?線性范圍為1×10-6~5.5×10-5mol/L和8×10-5~1.3×10-3mol/L,檢出限為3.3×10-7mol/L。此傳感器具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。2實(shí)驗(yàn)部分2.1工作電極及試劑CHI660A電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)。三電極系統(tǒng):工作電極為三維有序大孔(3DOM)金膜修飾電極(3DOM/Au/CME);對(duì)電極在電化學(xué)沉積金過(guò)程中為鉑片電極,其它過(guò)程為鉑絲電極;參比電極為飽和甘汞電極(SCE)。所有的電位均相對(duì)于SCE而言。工作電極的幾何面積(0.07cm2)通過(guò)一張打孔的覆蓋在三維有序排列SiO2球?qū)由系慕^緣膠帶控制。單分散SiO2球(直徑500nm,AlfaAesar公司);氯金酸(AuCl3·HCl·4H2O,上海化學(xué)試劑有限公司);HClO4,H2SO4和HF(南京化學(xué)試劑有限公司);H2O2(30%,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);磷酸鹽緩沖液(PBS,100mmol/L,由NaH2PO4和Na2HPO4配制)。所用試劑均為分析純,實(shí)驗(yàn)用水為Millipore純水系統(tǒng)制備的超純水(電導(dǎo)率>18MΩcm)。2.2sio2抗體的制備電極的制備參照文獻(xiàn)。首先,將石英基底的金片電極依次浸于乙醇、丙酮及水中,超聲清洗15min,再將其垂直懸掛于一定濃度的SiO2懸浮液(0.35gSiO2納米球超聲分散于60mL水-乙醇混合溶液(1∶9,V/V))中,整個(gè)體系保持在35℃直至溶劑完全揮發(fā),再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下于250℃煅燒2h,從而得到三維有序排列的SiO2膠體晶體模板。將電極浸入由0.1%(w/w)HAuCl4和0.1mol/LHClO4組成的電解液中,于氮?dú)夥諊略?.5V進(jìn)行恒電位沉積,電量控制為0.06C。最后,用5%HF溶解SiO2膠體模板,從而得到三維有序大孔金膜修飾電極。將此電極置于0.5mol/LH2SO4中,用CV法(0~1.6V)活化30min,直至獲得穩(wěn)定的CV曲線。3結(jié)果與討論3.1金電極的cv行為特征在0.5mol/LH2SO4溶液中對(duì)修飾電極進(jìn)行了電化學(xué)表征,如圖1所示。3DOM/Au/CME具有典型的金電極的CV行為特征,起始于1.1V附近的兩個(gè)氧化峰均為金的氧化峰;起始于0.9V附近的還原峰為金氧化物的還原峰。根據(jù)其電化學(xué)還原過(guò)程的電量可以計(jì)算得到此修飾電極的有效面積為0.65cm2,與之相應(yīng)的表面粗糙因子為9.3,即相對(duì)于普通的平面金片電極,3DOM結(jié)構(gòu)具有更大的活性比表面,可以用于電化學(xué)傳感器的構(gòu)建。3.2工作電位對(duì)修飾電極電化學(xué)采用CV法研究了此修飾電極對(duì)H2O2的電化學(xué)催化行為,如圖2所示。在空白的緩沖溶液中,修飾電極的CV曲線近似為平坦的直線(曲線a);而當(dāng)在底液中加入0.1mmol/LH2O2后,其陰極電流明顯增大(曲線b)。由此可見(jiàn),陰極電流的變化是修飾電極電催化還原H2O2的結(jié)果。從修飾電極對(duì)H2O2響應(yīng)的CV實(shí)驗(yàn)可見(jiàn),修飾電極所產(chǎn)生的還原電流與檢測(cè)電位密切相關(guān)。為確定對(duì)H2O2進(jìn)行安培檢測(cè)的最佳工作電位,在PBS(pH7.0)中研究了工作電位對(duì)修飾電極電流響應(yīng)的影響,如圖3所示。修飾電極對(duì)H2O2的電催化還原電流起始于-0.1V,隨著工作電位的負(fù)移,電流響應(yīng)逐漸增大。這是由于電位的負(fù)移促進(jìn)了H2O2還原。本實(shí)驗(yàn)最終選擇-0.4V作為安培檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的工作電位,既保證了背景電流和噪音足夠小,也減少了溶液中其它電活性物質(zhì)對(duì)于H2O2檢測(cè)的干擾。考察了溶液pH值對(duì)傳感器響應(yīng)的影響,如圖4所示。當(dāng)緩沖溶液的pH=7.0時(shí),修飾電極對(duì)H2O2的還原電流達(dá)到最大。因此,選擇pH7.0的PBS作為安培檢測(cè)實(shí)驗(yàn)的底液。3.4實(shí)際傳感器測(cè)試在0.1mol/LPBS(pH7.0)中,在工作電位為-0.4V時(shí),采用計(jì)時(shí)電流法研究了修飾電極的電流響應(yīng)與溶液中H2O2濃度之間的關(guān)系,結(jié)果如圖5所示。在一直保持氮?dú)夥諊臄嚢璧牡滓褐?每隔1min加入一定濃度(10或20μmol/L)的H2O2,修飾電極所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)電流隨H2O2的加入呈臺(tái)階狀增加,電流響應(yīng)迅速,在8s內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定響應(yīng)。圖6是傳感器對(duì)H2O2響應(yīng)的線性關(guān)系。由圖6可見(jiàn),當(dāng)H2O2濃度在1×10-6~5.5×10-5mol/L和8×10-5~1.3×10-3mol/L范圍內(nèi)時(shí),其H2O2還原電流隨著H2O2濃度的增加呈線性關(guān)系,其線性回歸方程分別為y1=0.1230x+0.1096,y2=0.08859x+2.3736,r1=r2=0.9999。此傳感器的檢出限為3.3×10-7mol/L(S/N=3)。以上結(jié)果優(yōu)于文獻(xiàn)的報(bào)道。對(duì)5×10-4mol/LH2O2連續(xù)測(cè)定8次的RSD為5.7%。進(jìn)一步的研究表明,該傳感器具有較好的穩(wěn)定性。將其室溫放置14d,每隔4d以0.5mol/LH2SO4活化30min后,再對(duì)H2O2進(jìn)行檢測(cè),其還原電流沒(méi)有發(fā)生明顯變化。由此可見(jiàn),所制備的3DOM/Au/CME能夠較好地應(yīng)用于H2O2