基于离子液体-氧化石墨烯敏感膜的酚类电化学传感器转让专利
申请号 : CN201310321215.9
文献号 : CN103387564B
文献日 : 2014-08-06
发明人 : 李春涯 , 陈雪敏 , 马明
申请人 : 中南民族大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种离子液体4-羟基-1-甲基-1-(3-吡咯丙基)-哌啶溴盐,其制备方法如下:将4-羟基-N-甲基哌啶溶于甲苯,再加入1-(3-溴丙基)吡咯,4-羟基-N-甲基哌啶与
1-(3-溴丙基)吡咯的摩尔比为1:1.1,80℃油浴,氮气保护下冷凝回流反应15 h,即得。
2.一种羧基化氧化石墨烯-离子液体复合纳米材料,其制备方法步骤如下:(1)将氧化石墨烯、固体氢氧化钠和氯乙酸溶于水,氧化石墨烯、固体氢氧化钠、氯乙酸三者的质量比为(5-20):(400-600):(400-600),超声均匀,搅拌反应2小时,离心分离,固体用水洗至中性,60℃下真空干燥,即得到羧基化氧化石墨烯,将所得羧基化氧化石墨烯加-1入到0.01mol·L NaOH溶液中,固液比为(0.8-1.2)mg:1mL,搅拌2h,离心,固体用水洗至中性,60℃下真空干燥,即得到碱化形式的羧基化氧化石墨烯;
(2)将碱化形式的羧基化氧化石墨烯与权利要求1所述的离子液体4-羟基-1-甲基-1-(3-吡咯丙基)-哌啶溴盐以9:(150-250)的质量比加到水中,在40℃下搅拌反应
1h,离心分离,固体用水洗,然后在60℃下真空干燥,即得。
3.一种电化学传感器,包括玻碳电极,其特征在于:玻碳电极表面涂有权利要求2所述的羧基化氧化石墨烯-离子液体复合纳米材料。
4.根据权利要求3所述的电化学传感器,其特征在于,所述玻碳电极的修饰过程如下:(1)玻碳电极预处理:先用氧化铝抛光粉对玻碳电极进行打磨,经水冲洗后,再依次用硝酸、乙醇和水对玻碳电极进行超声清洗;
(2)将权利要求2所述的羧基化氧化石墨烯-离子液体复合纳米材料加入到水中,超声-1分散均匀,得到浓度为(0.1-1.0)mg·mL 的羧基化氧化石墨烯-离子液体分散液;
(3)将1-16微升步骤(2)的羧基化氧化石墨烯-离子液体分散液滴涂到步骤(1)预处理过的玻碳电极表面,蒸发溶剂,得到羧基化氧化石墨烯-离子液体修饰电极。
5.权利要求3或4所述的电化学传感器在测定和厚朴酚中的应用。
说明书 :
基于离子液体-氧化石墨烯敏感膜的酚类电化学传感器
技术领域
的测定灵敏度高、选择性好,结果可信。
背景技术
一味药的成分都十分复杂,鉴定中药中的活性成分是一项异常艰辛繁杂的工作。因此我们
急需一套效率高、选择性强的和厚朴酚的检测方法,对确保厚朴药材的质量以及合理用药
有重要的指导意义。
质。
用价值,是一个值得深入探讨的问题。
发明内容
(150-250),在40℃条件下搅拌反应1h,离心分离,固体用水洗以除去过量的离子液体以及生成的溴化钠,然后在60℃下真空干燥,即得到羧基化氧化石墨烯-离子液体复合纳米材
料(GO-COO-IL)。
散均匀,得到浓度为(0.1-1.0)mg·mL 的羧基化氧化石墨烯-离子液体分散液。
学响应信号,实现高灵敏检测,和厚朴酚的检出限为4.22×10 mol·L (S/N=3)。
附图说明
的循环伏安图(CV)。
具体实施方式
1
基-1-(3-吡咯丙基)-哌啶溴盐离子液体0.8510g(产率93.9%),H NMR(D2O)δ:6.76
(d,2H),6.11(d,2H),3.98(t,2H),3.89(d,1H)3.38(t,2H),3.20(d,2H),3.12(d,2H),
2.92(s,3H),2.16(t,2H),1.96(d,2H),1.74(d,2H);m/z=222.92。
化氧化石墨烯全部加入到10mL0.01mol·L NaOH溶液中,在磁力搅拌器上搅拌反应2h,离
心分离,固体用水洗至中性,60℃下真空干燥,即得到碱化形式的羧基化氧化石墨烯9.0mg,记作GO-COONa。
液体;搅拌条件下,向该黑色粘稠液体中加入50mL5wt%的硫酸,搅拌2h,加入15g30wt%的
过氧化氢,再持续搅拌2h,继续在搅拌条件下,向所得混合物中加入50mL硫酸和过氧化氢
的混合溶液(混合溶液中硫酸浓度为3wt%,过氧化氢浓度为0.5wt%),静置沉降2天,弃去上层液,得到棕黑色浆状物,用水洗涤至中性,超声剥离30min,得澄清的黄色溶液,干燥即得氧化石墨烯(GO)。
-1
由曲线a可知,氧化石墨烯中存在O-H伸缩振动(νO-H,3411cm );C=O伸缩振动(νC=O,-1 -1 -1
1735cm ),C=C伸缩振动(νC=C,1627cm )和C-O伸缩振动(νC-O,1224cm )。曲线b为4-羟
基-1-甲基-1-(3-吡咯丙基)-哌啶溴盐离子液体的红外光谱曲线,从图中可以观察到离
-1 -1
子液体中哌啶醇中的O-H伸缩振动(νO-H,3354cm );-CH3的反对称伸缩振动(2946cm );
-1 -1
吡咯和哌啶杂环的骨架伸缩振动(1630cm ,1464cm );吡咯和哌啶基团上C-N键的伸缩振-1 -1
动(νC-N,1379cm );哌啶醇基团上C-O键的伸缩振动(νC-O,1280cm );吡咯环的面外弯
-1 -1
曲振(1090cm );-CH2的平面摇摆振动(νC-H,742cm );吡咯环上C-H的伸缩振动(νC-H,-1
618cm )。曲线c为羧基化氧化石墨烯与离子液体结合以后的复合纳米材料(GO-COO-IL)
-1
的红外光谱图,从曲线c可以看出,3399cm 处氧化石墨烯和离子液体上的O-H伸缩振动峰
重叠,并且有所偏移,GO和IL的特征吸收峰都存在,且部分特征吸收峰有轻微移动,应该是两者结合以后,相互影响导致,说明离子液体已经成功与氧化石墨烯结合在一起。
烯-离子液体纳米复合纳米材料膜2。上述羧基化氧化石墨烯-离子液体修饰电极的制备
方法依次包括以下步骤:
4.0mL水中,超声25分钟分散均匀,得到浓度为0.5mg·mL 的羧基化氧化石墨烯-离子液
体分散液。
0.3,0.5,0.8,1.0mg·mL 羧基化氧化石墨烯-离子液体分散液滴涂于预处理的玻碳电极
-5 -1
表面,滴涂量均为8微升,对1.0×10 mol·L 的和厚朴酚进行微分脉冲伏安扫描,发现当
-1 -1
分散液浓度在0.1到0.5mg·L 之间,氧化峰峰电流逐渐增加,至浓度0.5mg·mL 时达到
最大,此后,随分散液浓度的增加,氧化峰峰电流反而下降,可能是因为浓度太大,导致电极表面膜太厚,反而阻碍电子传递,因此,后续对和厚朴酚的检测,滴涂于玻碳表面的羧基化-1
氧化石墨烯-离子液体分散液浓度均为0.5mg·mL 。
滴涂1,4,6,8,10,12,14,16微升0.5mg·mL 的羧基化氧化石墨烯-离子液体分散液于预-5 -1
处理的玻碳电极表面,对1.0×10 mol·L 的和厚朴酚进行微分脉冲伏安扫描,发现当分散
液滴涂量在1到8微升之间时,氧化峰峰电流逐渐增加,至体积为8微升时达到最大,此后,随分散液滴涂量的增加,氧化峰峰电流反而下降,可能是因为滴涂体积太大,导致电极表面膜太厚,反而阻碍电子传递,因此,后续对和厚朴酚的检测,滴涂于玻碳表面的羧基化氧化石墨烯-离子液体分散液体积均为8微升。
一般分为高频部分和低频部分,其中高频部分为动力学控制区域,低频部分为扩散控制区
-1 -1
域。以5.0mmol·L K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6](1:1)为探针,在0.1mol·L PBS(pH=7.0)和
-1
0.1mol·L KCl溶液中进行交流阻抗表征,并用Randles circuit拟合电路计算了电极界
面的电荷传递电阻,在Randles circuit拟合电路中,界面电荷传递电阻(Rct)、扩散电阻
(ZW)与界面电容(Cdl)并联,半圆的直径对应于界面电荷传递电(Rct)。Nyquist曲线如图
5所示,可以看出裸电极GCE(a)的交流阻抗图谱在高频部分的半圆比较大,经模拟计算其
Rct为1158.0Ω;当羧基化氧化石墨烯纳米材料修饰至电极表面后,由于氧化石墨烯对电
子的传递有促进作用,其高频部分的半圆直径减小(b),阻抗变小,界面电荷传递电阻减至
683.5Ω;图(c)是羧基化氧化石墨烯-离子液体纳米材料修饰至电极界面后的交流阻抗谱
图,由于离子液体的存在有助于电子传递,它同样增进了界面的电子传递,界面电荷传递电阻再度减小为233.7Ω。通过三个阻抗值的比较,可知本发明制备的羧基化氧化石墨烯-离
子液体纳米材料导电性很好。
1.0×10 mol·L 的和厚朴酚进行循环伏安扫描(CV),扫描速度为0.1V·s ,支持电解质
-1
为0.1mol·L 磷酸盐缓冲溶液(pH5.5),富集电位为0.0V,富集时间为240s,结果见图6曲线c,并与裸玻碳电极(曲线a)、羧基化氧化石墨烯修饰电极(曲线b)上的循环伏安行为
进行比较。由图可知,当从-0.20V向0.8V进行阳极化扫描时,在三种电极上都可以观察到
一个氧化峰,向负极扫描的过程,亦可观察到与其相对应的还原峰,这说明和厚朴酚的测定过程是一个可逆的过程。曲线c的氧化还原峰峰电流最大,表明羧基化氧化石墨烯-离子
液体复合纳米材料对和厚朴酚有显著的增敏效应及富集能力,可明显提高和厚朴酚的检测
灵敏度。
进行差分脉冲伏安扫描(DPV),脉冲宽度0.05s,振幅0.05V,扫描速度为0.05V·s 。内置
-8 -5 -1
图为浓度与电流的线性关系曲线,在3.0×10 ~1.0×10 mol·L 范围内,和厚朴酚的氧
-1
化峰电流与其浓度有着良好的线性关系,线性回归方程为I(μA)=4.2955C(mol·L )+9.0×
-7 2 -9 -1
10 (R=0.9985),检出限为4.22×10 mol·L (S/N=3)。这表明基于羧基化氧化石墨烯-离
子液体复合纳米材料膜的电化学传感器可用于和厚朴酚的灵敏检测。
盐缓冲溶液对1.0×10 mol·L 和厚朴酚的微分脉冲伏安峰电流的影响。研究表明,随着
pH值的变化,和厚朴酚的氧化峰峰电流大小会随之改变,当pH由4.0增至5.5时,和厚朴酚
的氧化峰峰电流逐渐增加,当pH大于5.5时,和厚朴酚的氧化峰峰电流逐渐减小,表明最佳溶液pH值为5.5,因此,本发明中对和厚朴酚的检测均选用最佳pH5.5。
-5 -1
位-0.2,-0.1,0.0,0.1,0.2V,当富集电位从-0.2V变化到0V时,1.0×10 molL 和厚朴酚在修饰电极上的氧化峰峰电流逐渐增加。当富集电位超过0V以后,氧化峰峰电流反而下
降。故选择最佳富集电位为0V。不同富集时间60,120,180,240,300,360,400s,当富集时间从60到240s时,氧化峰峰电流随着时间的增加而显著增加。当富集时间超过240s以后,
氧化峰峰电流随着时间的增加,缓慢增加,最后保持一个平台,说明和厚朴酚在修饰电极表面的吸附已经趋于饱和,故选择最佳富集时间为240s。
用性的重要指标之一。实验发现100倍的Cd 、Pb 、Cu 、Fe 、Mg 、脯氨酸、赖氨酸、谷氨酸、组氨酸、半胱氨酸、对硝基苯酚、间苯二酚、乙萘酚、抗坏血酸、尿酸、维生素B1等对和厚朴酚的电化学氧化不产生干扰,说明本发明制备的电化学传感器选择性较好。
100.0mL甲醇,60℃静置3h,冷却至室温,超声30min,过滤,收集滤液。取50微升滤液,加-1
0.1mol·L PBS缓冲溶液(pH5.5)稀释成10mL溶液,在最佳实验条件(富集电位0.0V,富集-1
时间240s,pH5.5,扫描速度0.1V·s )下,对实际样品中和厚朴酚的含量进行测定,平行测定三次,其浓度根据标准曲线法求出,结果见表1。向样品中加入一定量和厚朴酚标准品进行加标回收实验,平行测定三次,平均回收率为99.5%,结果见表2,说明所建立的测定方法准确性好。利用测定和厚朴酚的经典测定方法高效液相色谱法对加标试样进行测试,并与
本发明方法测定结果比较,相对偏差较小,结果见表3,表明本发明测定和厚朴酚方法可靠。