一种测定2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器及其制备和应用

摘要

本发明属于一种分子印迹检测领域，具体涉及一种基于分子印迹技术测定2,4,6‑三氯苯酚的电化学传感器及其制备和应用。本发明针对现有的2,4,6‑三氯苯酚的电化学分析技术中，2,4,6‑三氯苯酚与其结构类似物具有相近的氧化电势，导致对目标物的特异性识别欠佳。本发明所制备的电化学传感器是基于分子印迹技术的，可用于选择性识别2,4,6‑三氯苯酚。电极修饰材料使用碳量子点‑聚合物复合薄膜，成本低廉，绿色环保；传感器制备简单，反应条件温和，过程易控制，对模板分子具有较好的灵敏度，以及较强的抗干扰性。可用于2,4,6‑三氯苯酚的定量分析。

权利要求

1.一种测定2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于：包含以下步骤，

1）使用生物质材料制备绿色碳量子点溶液；

2）将分散于溶剂中的碳量子点与聚合物溶液进行充分混合制备混合溶液；

3）将步骤2）中的混合溶液滴涂于打磨好的裸玻碳电极；

4）将步骤3）中滴涂后的裸玻碳电极置于红外灯下烘干；

5）然后将步骤4）制备的电极置于以2,4,6-三氯苯酚为模板分子，以邻苯二胺或吡咯中的一种或两种为功能单体的混合溶液中，其中，模板分子的浓度为0.5～10 mM，功能单体的浓度为1～9 mM；模板分子与功能单体按照摩尔比为0.1:1～10:1的比例进行混合，以缓冲液调节溶液pH 为5～9，混合均匀后以50 mV/s的扫描速率在0-1.0 V电位范围内进行循环伏安扫描，电化学聚合成膜；

6）将步骤5）制备的电极以碱溶液为洗脱液，以50 mV/s的扫描速率在0-1.5 V电位范围内进行循环伏安扫描，洗脱模板分子，即可制得2,4,6-三氯苯酚分子印迹电化学传感器；

步骤2）中所述聚合物溶液为壳聚糖溶液、Nafion溶液或聚乙烯醇溶液。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤1）中所述的生物质材料为脱脂棉、甘蔗渣或花生壳中的一种或两种以上，所述绿色碳量子点的制备方法为将上述生物质材料破碎，分散于蒸馏水中，后置于聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜里，密闭；进行水热反应；反应完成后，待其自然冷却至室温；将所得产物进行超声分散、过滤、离心分离，去除沉淀后，对所得上清液进行透析，冷冻干燥后，即得碳量子点；将碳量子点分散于溶剂中即得碳量子点溶液；

分散碳量子点的溶剂为蒸馏水、乙醇中的一种或两种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

所述碳量子点溶液的体积浓度为3%～6%，聚合物溶液的质量浓度为0.5%～1%；碳量子点溶液与聚合物溶液的体积比为0.5:1～6:1。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤5）所述混合溶液的溶剂为乙醇、蒸馏水中的一种或两种；

所述模板分子与功能单体按照摩尔比为1:6的比例进行混合。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

步骤6）中所述碱溶液为NaOH洗脱液，浓度为0.1%～5%。

6.一种使用权利要求1～5中任一制备方法制得的测定2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器。

7.一种权利要求6所述的电化学传感器在测定环境水样、纺织品、化妆品或食品领域中

2,4,6-三氯苯酚的含量的应用。

说明书

一种测定2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器及其制备和应用

技术领域

[0001] 本发明属于分子印迹检测领域，具体涉及一种基于分子印迹技术测定2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器及其制备和应用。

背景技术

[0002] 随着全球经济的发展和工农业的现代化，排放到环境中的污染物种类和数量与日俱增，这将极大地影响和危害人类健康和整个生态环境。在各类环境污染物中，以氯酚类物质为代表的持久性有机污染物是环境中较为典型的有毒有害物质，具有“致畸、致癌、致突变”三致效应。大量氯酚类物质的使用已造成了生态环境的污染。与此同时，氯酚通过饮用水、土壤及食物等各种暴露途径对人体健康产生不利影响，直接危害人体健康。2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)具有很强的杀菌性，常用作木材和纺织品工业的防腐剂；同时，它还可以作为生产农药杀虫剂或消毒剂五氯苯酚(PCP)的工业原料。美国环境保护机构已经将2,4,6-TCP等氯酚类物质列入129种优先控制的污染名单。我国也将此类物质列入《国家危险品名录》。因此，对2,4,6-TCP的高效、准确、快速、高灵敏的监测，成为食物和环境安检的重要任务，可为防治污染、环境科学管理和规划，提供科学依据。

[0003] 目前，对于2,4,6-TCP的测定常用免疫分析法、色谱及其联用技术以及电化学分析技术等。上述方法可以灵敏的监测2,4,6-TCP的含量。但是免疫分析、色谱及其联用技术等方法存在样品前处理较为繁琐，测定成本较高等局限性。电化学分析技术因具有操作简便，快速实时，易于小型化的优点受到科学研究者更多的关注。因2,4,6-TCP与其结构类似物具有相近的氧化电势，使用电化学分析技术检测2,4,6-TCP的含量，方法的选择性有待进一步改善。

[0004] 分子印迹技术可以被认为具备特制的结合位点，该结合位点与模板分子在形状、尺寸以及官能团等近似于一致。通常而言，分子印迹聚合物(Molecularly imprinted polymer,MIPs)是一种合成材料，可以通过在适当的溶剂中，功能单体、交联剂与模板分子进行共聚而制备。模板分子可以是目标物本身或类似于目标物质。随后从聚合物结构中除去部分或全部模板分子，得到可以与目标分子进行完美匹配的特定空间。与其他的识别系统相比，分子印迹聚合物具有许多优良特性，如成本低，易于制备，物理稳定性高等。因此，MIPs已经在许多领域的应用变得越来越有吸引力，特别是在固相萃取、色谱分离以及传感器技术中作为选择性吸附剂应用广泛。将分子印迹技术特有的高选择性与电化学分析技术结合起来，可以制备对目标分子有特异性识别响应的分子印迹电化学传感器。目前，基于分子印迹技术制备用于检测2,4,6-TCP含量的电化学传感器的报道较少。

[0005] 通过制备一种基于分子印迹技术的电化学传感器来定量测定2,4,6-TCP的含量，此传感器具有灵敏、成本低、选择性好，反应条件温和等优点，可为2,4,6-TCP的含量分析提供理论及技术支持。

发明内容

[0006] 本发明旨在提供一种基于分子印迹技术测定2,4,6-TCP的电化学方法，以碳量子点-聚合物组成的复合薄膜为增敏剂，用以改善电极的导电性以及电子迁移速率。以2,4,6-TCP为模板分子，邻苯二胺或吡咯为功能单体，通过电化学聚合技术制得对2,4,6-TCP有特异性识别响应的固相电化学传感电极。该电极具备较好的稳定性，高灵敏度以及高选择性等优点。

[0007] 本发明中基于分子印迹技术的电化学传感器的制备方法中，影响传感器电化学性能的因素主要包括：分子印迹聚合物的形成，模板分子与功能单体的比例以及所制备传感器对目标分子的选择性响应等。通过对以上条件进行优化，可以构建对2,4,6-TCP有选择性响应的分子印迹电化学传感器。

[0008] 本发明首先采用生物质材料制备绿色碳量子点溶液，以分散于一定溶剂中的碳量子点与聚合物(如壳聚糖)溶液组成的混合溶液滴涂于打磨好的裸玻碳电极，置于红外灯下烘干，制备成薄膜。然后将修饰电极置于2,4,6-TCP、邻苯二胺或吡咯(摩尔比为0.1:1～10:1)的混合溶液，以0.05M磷酸缓冲液调节溶液pH为5～9，混合均匀后，在0-1.0V电位范围内，以50mV/s的扫描速率进行循环伏安扫描20圈。待自然晾干后，将上述制备的电极以0.1％～
5％(m/V)的NaOH溶液为洗脱液，以同样的扫描速率在0-1.5V电位范围内进行循环伏安扫描
6圈，洗脱模板分子，即可制得2,4,6-TCP分子印迹电化学传感器。为了便于对比，除不加模板分子2,4,6-TCP外，以同样的制备方法制备非印迹电极。

[0009] 在本方法中，通过使用铁氰化钾作为探针，间接测定2,4,6-TCP的含量。为了评价分子印迹聚合物的形成与否以及印迹效果，以裸玻碳电极、碳量子点-壳聚糖复合薄膜修饰电极、未洗脱模板分子的印迹电极、洗脱模板分子后的印迹电极以及吸附2,4,6-TCP的印迹电极在铁氰化钾中的循环伏安行为来证实(见附图1)。为了制备出较高性能的电化学传感器，对模板分子-功能单体(邻苯二胺)的比例进行了考察优化，实验结果证明当模板分子与功能单体(邻苯二胺)的比例为1:6时，所制备的电化学传感器的性能较优(见附图2)。

[0010] 本发明所制备的电化学传感器是基于分子印迹技术的用于选择性识别2,4,6-TCP的电化学传感器，具有较好的灵敏度(见附图3)，以及较强的抗干扰性(见附图4)。可用于环境水样、纺织品、化妆品或食品等领域中的2,4,6-TCP的检测。

[0011] 本申请具备如下优势：

[0012] 本发明针对现有的2,4,6-TCP的电化学分析技术中，2,4,6-TCP与其结构类似物具有相近的氧化电势，导致对目标物的特异性识别欠佳。本发明所制备的电化学传感器不同于其他2,4,6-TCP的传感分析方法，其一，本发明是一种电化学传感器，以碳量子点-聚合物复合薄膜为传感基体修饰材料，极大提高了传感基体的导电性，成本低廉，绿色环保；其二，本发明是基于分子印迹技术的，可用于选择性识别2,4,6-TCP，使该传感器对目标物2,4,6-TCP具有更强的特异性识别能力，提高其抗干扰能力；其三，传感器的制备过程在室温、水相中进行。制备无需特殊防护，工艺简单，过程易控制；其四，传感器具有较好的灵敏度(见附图3)，以及较强的抗干扰性(见附图4)，可用于环境水样、纺织品、化妆品或食品等领域中2,4,6-三氯苯酚的分析应用。

附图说明

[0013] 图1：不同的功能电极在铁氰化钾溶液中的循环伏安图。(a)裸玻碳电极，(b)碳量子点-壳聚糖复合薄膜修饰电极，(c)未洗脱模板分子的印迹电极，(d)洗脱模板分子后的印迹电极,(e)吸附2,4,6-TCP的印迹电极。

[0014] 图2：模板分子与功能单体(邻苯二胺)的比例对电化学传感器性能的影响。

[0015] 图3：本发明制备的电化学传感器的电流强度随目标物2,4,6-TCP浓度变化的差分脉冲伏安法(DPV)响应图。从上至下依次为曲线a至f，曲线a-f分别对应2,4,6-TCP浓度分别为0.8,1,2,8,10,40μM。

[0016] 图4：所制备的电化学传感器的抗干扰测试。

具体实施方式

[0017] 下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。

[0018] 生物质材料按照如下步骤制备碳量子点：所述的生物质材料为脱脂棉，所述绿色碳量子点的制备方法为将生物质材料破碎，分散于蒸馏水中，后置于聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜里，密闭。于180℃进行水热反应12h。反应完成后，待其自然冷却至室温。将所得产物进行超声分散、过滤、离心分离，去除沉淀后，对所得上清液进行透析，冷冻干燥后，即得碳量子点；将碳量子点分散于溶剂中即得碳量子点溶液；

[0019] 所述分散碳量子点的溶剂为蒸馏水。

[0020] 实施例1

[0021] 传感器的制备：

[0022] 取体积浓度4％分散于蒸馏水中的碳量子点溶液与质量浓度1％壳聚糖乙酸溶液的混合溶液共5μL(体积比为3:1)，滴涂于打磨好的裸玻碳电极表面，置于红外灯下烘干。后置于1mM 2,4,6-TCP乙醇-水溶液、1mM邻苯二胺乙醇-水溶液的混合溶液(摩尔比为1:1)，以0.05M磷酸缓冲液调节溶液pH为5，在0-1.0V范围内，以50mV/s的扫描速率进行循环伏安扫描20圈，电化学聚合成膜。待聚合膜室温下自然晾干后，将上述制备的电极在0-1.5V电位范围内，以同样的扫描速率在1％(m/V)的NaOH溶液中进行循环伏安扫描6圈，洗脱模板分子，待自然晾干后，即得印迹电极。

[0023] 实施例2

[0024] 传感器的制备：

[0025] 取体积浓度4％分散于蒸馏水中的碳量子点溶液与质量浓度1％壳聚糖乙酸溶液的混合溶液共9μL(体积比为3:1)，滴涂于打磨好的裸玻碳电极表面，置于红外灯下烘干。后置于1mM 2,4,6-TCP乙醇-水溶液、6mM邻苯二胺乙醇-水溶液的混合溶液(摩尔比为1:6)，以0.05M磷酸缓冲液调节溶液pH为7，在0-1.0V范围内，以50mV/s的扫描速率进行循环伏安扫描20圈，电化学聚合成膜。待聚合膜在室温下自然晾干后，将上述制备的电极0-1.5V电位范围内，以同样的扫描速率在1％(m/V)的NaOH溶液中进行循环伏安扫描6圈，洗脱模板分子，待自然晾干后，即得印迹电极。

[0026] 实施例3

[0027] 传感器的制备：

[0028] 取体积浓度4％分散于蒸馏水中的碳量子点溶液与质量浓度1％壳聚糖乙酸溶液的混合溶液共9μL(体积比为3:1)，滴涂于打磨好的裸玻碳电极表面，置于红外灯下烘干。后置于1mM 2,4,6-TCP乙醇溶液、6mM吡咯乙醇溶液的混合溶液(摩尔比为1:6)，以0.05M磷酸缓冲液调节溶液pH为7，在0-1.0V范围内，以50mV/s的扫描速率进行循环伏安扫描20圈的条件下电化学聚合成膜。待聚合膜在室温下自然晾干后，将上述制备的电极0-1.5V电位范围内，以同样的扫描速率1％(m/V)的NaOH溶液为洗脱液洗脱模板分子，待自然晾干后，即得印迹电极。

[0029] 实施例4

[0030] 传感器的制备：

[0031] 取体积浓度4％分散于蒸馏水中的碳量子点溶液与质量浓度0.5％Nafion乙醇溶液混合溶液共8μL(体积比为2:1)，滴涂于打磨好的裸玻碳电极表面，置于红外灯下烘干。后置于1mM 2,4,6-TCP乙醇溶液、3mM邻苯二胺乙醇溶液的混合溶液(摩尔比为1:3)，以0.05M磷酸缓冲液调节溶液pH值为7，在0-1.0V范围内，以50mV/s的扫描速率进行循环伏安扫描20圈的条件下电化学聚合成膜。待聚合膜在室温下自然晾干后，将上述制备的电极0-1.5V电位范围内，以同样的扫描速率在1％(m/V)的NaOH溶液为洗脱液洗脱模板分子，待自然晾干后，即得印迹电极。

[0032] 实施例5

[0033] 传感器的制备：

[0034] 取体积浓度4％分散于蒸馏水中的碳量子点溶液与质量浓度0.5％聚乙烯醇水溶液混合溶液共10μL(体积比为1:1)，滴涂于打磨好的裸玻碳电极表面，置于红外灯下烘干。后置于1mM 2,4,6-TCP乙醇溶液、9mM邻苯二胺乙醇溶液的混合溶液(摩尔比为1:9)，以
0.05M磷酸缓冲液调节溶液pH为7，在0-1.0V范围内，以50mV/s的扫描速率进行循环伏安扫描20圈的条件下电化学聚合成膜。待聚合膜在室温下自然晾干后，将上述制备的电极0-
1.5V电位范围内，以同样的扫描速率在1％(m/V)的NaOH溶液为洗脱液洗脱模板分子，待自然晾干后，即得印迹电极。

[0035] 实施例6

[0036] 2,4,6-三氯苯酚标准溶液的检测

[0037] 以实施例2制得的印迹电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极。在5mM K3[Fe(CN)6]溶液中(含0.1M KCl作为支持电解质)，添加不同浓度的2,4,6-TCP标准溶液，以DPV为检测手段检测电化学响应信号。实验结果表明，在pH 7的条件下，2,4,6-TCP浓度的对数值(0.8～40μM浓度范围内)与峰电流信号的对数值之间呈线性关系，检出限为0.24μM(S/N＝3)(见附图3)。

[0038] 实施例7

[0039] 环境水样中2,4,6-三氯苯酚的检测

[0040] 以实施例2制得的印迹电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为辅助电极。以DPV为检测手段检测电化学响应信号。采用标准加入法对自来水中的2,4,6-TCP进行定量分析，加标回收率在97.60％～102.6％范围内。

[0041] 本发明的技术方案不限于上述实例，根据本发明的技术方案得到的其它实施例均应落入本发明的权利要求中。