硝基苯酚在石墨烯修飾電極上的電化學(xué)行為研究

徐苗青，吳劍鋒

（安徽師范大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241002）

1 引言

硝基苯酚類(lèi)化合物是難降解的有機(jī)污染物質(zhì)之一，特別是硝基酚廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成、染料及炸藥生產(chǎn)中，因此對(duì)于環(huán)境中硝基酚類(lèi)的分析檢測(cè)尤為重要.目前,對(duì)于多硝基酚的測(cè)定方法多重多樣，如液相色譜、分光光度、流動(dòng)注射和毛細(xì)管電泳等[1-3].各種方法均有其優(yōu)缺點(diǎn).其中化學(xué)修飾電極法用于多硝基苯酚的定量測(cè)定是一種方法簡(jiǎn)單、電極制備簡(jiǎn)、響應(yīng)迅速且靈敏度很高的檢測(cè)方法，已逐漸得到廣大學(xué)者的重視[4-5].

石墨烯作為一種新型碳材料，具有獨(dú)特的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的導(dǎo)電性性能[6]，因而對(duì)一些特定電對(duì)及底物具有較高的電催化性能，并可用于生物蛋白質(zhì)或酶等生物大分子的固定及特定生物電化學(xué)傳感器的制作[7-8]，因而已引起了電化學(xué)工作者的高度關(guān)注.本文制備了単鏈DNA穩(wěn)定的石墨烯納米片修飾電極，用循環(huán)伏安法研究了2，4-二硝基苯酚在此修飾電極上的電化學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)石墨烯修飾電極對(duì)2，4-二硝基苯酚有很好的電催化效應(yīng).同時(shí)考察了支持電解質(zhì)、掃描速度和干擾物質(zhì)等因素對(duì)此修飾電極的影響.

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器和試劑

CHI-660電化學(xué)工作站（CHI，上海辰華公司），使用三電極系統(tǒng)：ssDNA-GR修飾基平面石墨電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲為對(duì)電極；HH-S型數(shù)顯恒溫油浴鍋；79-1磁力加熱攪拌器；JL-120型超聲波清洗器.

魚(yú)精DNA（北京拜爾迪生物公司），使用前未純化；磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、乙醇、氫氧化鈉等為分析純?cè)噭?；所有溶液均用超純水配?在進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)前，溶液通高純氮除氧至少30min，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保持氮?dú)鈿夥?所有電化學(xué)實(shí)驗(yàn)均在室溫條件下進(jìn)行.

2.2 ssDNA-石墨烯復(fù)合材料的制備

取魚(yú)精 DNA溶于0.05mol/L NaOH溶液中使其濃度為10mg/mL.取5mL魚(yú)精DNA溶液煮沸10分鐘后，立即放入冰浴中迅速冷卻即為ssDNA溶液，分裝成小份于-20℃環(huán)境中保存.

向干燥的潔凈試管中加入1mL氧化石墨烯水溶液（1mg/mL），0.5mL ssDNA溶液，1.5mL二次水后，超聲混合均勻，再加入20μL水合肼，移入油浴中于100℃下加熱20 h.得到的黑色分散液即為ssDNA-石墨烯復(fù)合物，置于冰箱中保存?zhèn)溆?

2.3 修飾電極的制備

基平面石墨電極用1700#金相砂紙拋光并分別用二次水、病痛超聲清洗干凈，于室溫下自然晾干.取10μL制備好的ssDNA-石墨烯溶液滴于基平面石墨電極表面，在室溫下自然晾干后置于二次水中浸泡4小時(shí),即得到石墨烯修飾電極，記為GR/BPG修飾電極.

3 結(jié)果討論

3.1 2，4一二硝基苯酚的電化學(xué)行為

圖1 GR/BPG修飾電極（b-e）及裸電極（a）在0.1mol/L pH 7.0PBS中對(duì)2,4-二硝基苯酚的循環(huán)伏安響應(yīng)（a-e：0.098，0.014，0.028，0.056，0.098 mM 2,4-二硝基苯酚）

GR/BPG修飾電極在pH7.0的磷酸緩沖溶液中的循環(huán)伏安曲線見(jiàn)圖1(曲線b)，溶液中含有1.0×10-4mol L-1的2，4-DNP時(shí)，在-0.078V和-0.159V電位處出現(xiàn)明顯的兩對(duì)氧化還原峰及-0.700V電位出出現(xiàn)一個(gè)單獨(dú)的還原峰(曲線c)，這說(shuō)明2,4-DNP在電極表面發(fā)生了氧化還原反應(yīng).而在含有相同濃度2，4-DNP的緩沖溶液中，以BPG電極進(jìn)行掃描，在相同電位范圍內(nèi)僅出現(xiàn)微弱的電化學(xué)響應(yīng)(曲線1)，表明石墨烯對(duì)2，4-DNP具有了很好的電催化作用.且GR/BPG修飾電極對(duì)溶液中2，4-二硝基苯酚的循環(huán)伏安響應(yīng)隨著2，4-二硝基苯酚濃度的增加而增大（曲線a，c，d，e）.

3.2 條件的優(yōu)化

3.2.1 測(cè)定底液和pH值的影響

實(shí)驗(yàn)比較了2，4-二硝基苯酚在酒石酸-酒石酸鈉(pH1.5~4.5)、HAc-NaAc (pH4.0~6.0)、 磷 酸 以 及 KNO3、KH2PO4、KCl等溶液(均為0.1mol/L)中的電化學(xué)行為，結(jié)果表明2，4-二硝基苯酚在pH7.0的磷酸鹽緩沖溶液中峰型最好，峰電流最高，背景電流最低.而當(dāng)磷酸緩沖溶液pH從5.0逐漸增加到7.0時(shí)，峰電流變化不大.因此本文選擇0.1mol/L pH7.0的磷酸鹽緩沖溶液作為最佳測(cè)定介質(zhì).

3.3 速度的影響

在60-400mV/s范圍內(nèi)對(duì)溶液進(jìn)行伏安掃描，發(fā)現(xiàn)峰電流和掃速在修飾電極上均能呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，說(shuō)明2,4一二硝基苯酚在電極表面的反應(yīng)是吸附控制.當(dāng)掃速逐漸增加到時(shí)，峰電流線性增加，但背景電流也隨之增大，本文掃描速度選擇100mV/s.

3.4 修飾層厚度的影響

石墨烯膜的存在能顯著提高2，4-二硝基苯酚的氧化還原峰的峰電流.推測(cè)其原因可能是隨著修飾膜厚度的增加，2,4-二硝基苯酚在修飾電極表面的反應(yīng)位點(diǎn)也相應(yīng)增加，因此，峰電流也增加；但當(dāng)修飾膜太厚時(shí)，峰電流反而有所下降.經(jīng)實(shí)驗(yàn)比較，滴加10μL石墨烯溶液時(shí)，修飾電極的催化效果最佳.

3.3 線性范圍和檢出限

圖2 GR/BPG修飾電極對(duì)2，4-二硝基苯酚的安培響應(yīng)

圖3 峰電流與2,4-二硝基苯酚濃度的關(guān)系曲線

如圖2所示，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，采用計(jì)時(shí)電流法檢測(cè)了GR/BPG修飾電極對(duì)2，4-二硝基苯酚的響應(yīng)特征.連續(xù)加入10μL 0.28mM的2，4-二硝基苯酚溶液后，得到一臺(tái)階型曲線，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)5s，說(shuō)明該電極對(duì)2，4-二硝基苯酚的響應(yīng)較靈敏.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：2，4-二硝基苯酚的濃度在0.28-3.64μmolL-1范圍內(nèi)與電流成正比，線性相關(guān)系數(shù)為0.9969（圖3）.

3.4 干擾實(shí)驗(yàn)

在2,4-二硝基苯酚溶液濃度為1.0×10-6mol/L，允許誤差≤5%的情況下，50倍的Mg2+、Zn2+、NH4+、Mn2+、Na+、SO42-,20倍的Ca2+、Cu2+、苯酚、檸檬酸、酒石酸均不干擾測(cè)定.表明該修飾電極對(duì)2,4-二硝基苯酚有較好的選擇性.

3.5 模擬廢水測(cè)定

為了驗(yàn)證該方法的可行性和準(zhǔn)確度，室溫下在鏡湖水樣和自來(lái)水中加入一定濃度的2,4-二硝基苯酚制成模擬廢水，用GR/BPG修飾電極進(jìn)行測(cè)定.表1為模擬水樣的測(cè)定結(jié)果及其回收率（5次測(cè)定的平均值）.

表1 模擬廢水樣測(cè)定

4 結(jié)論

本文制備了石墨烯修飾電極.實(shí)驗(yàn)表明此修飾電極對(duì)2,4-二硝基苯酚具有明顯的電催化作用，其氧化還原峰電流隨2,4-二硝基苯酚濃度的增加而增加，且2,4-二硝基苯酚濃度在0.28-3.64μmolL-1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，常見(jiàn)物質(zhì)對(duì)其測(cè)定無(wú)明顯干擾.該修飾電極制作簡(jiǎn)便，檢測(cè)下限低，重現(xiàn)性和穩(wěn)定性較好，在一定的條件下此法有望用于對(duì)2,4-二硝基苯酚的分析測(cè)定.

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