電化學(xué)發(fā)光傳感器用于雙酚A的檢測

樊雪梅， 趙 青， 王書民， 李哲建

(1.商洛學(xué)院化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院，陜西商洛 726000;2.西北師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

MPI-E型電致化學(xué)發(fā)光分析系統(tǒng)(西安瑞邁電子科技有限公司)；Zennium電化學(xué)工作站(德國，Zahner公司)；UV-1600PC 紫外-可見分光光度計(jì)(中國上海美譜達(dá)儀器有限公司)；F-4600熒光分光光度計(jì)(日本，日立公司)；RT5 POWER電磁攪拌機(jī)(德國，IKA公司)；WF-300D超聲波清洗機(jī)(寧波海曙五方超聲設(shè)備有限公司)；TGL-18C型離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)；PT-RO 10L實(shí)驗(yàn)室超純水設(shè)備(上海品拓環(huán)保工程設(shè)備有限公司)。三電極系統(tǒng)：工作電極為裸玻碳電極(GCE，直徑為2 mm)或修飾電極，Pt絲為對電極，Ag/AgCl(飽和KCl溶液)為參比電極。

1.2 RuSiO2NPs的制備

1.3 電化學(xué)發(fā)光傳感器的制備

將GCE在0.05 μm Al2O3拋光粉上打磨光亮，分別在HNO3(1+1)、乙醇(1+1)和超純水中各超聲3 min，自然晾干。取10 μL Nafion/MWCNTs混合液滴加于干凈的GCE表面，自然晾干。然后向Nafion/MWCNTs/GCE上滴加制備好的RuSiO2NPs 10 μL，RuSiO2NPs復(fù)合納米粒子將通過靜電吸附自組裝于Nafion/MWCNT/GCEs表面，隨后用0.01 mol/L PBS(pH=7.4)沖洗電極，去除非特異性吸附的RuSiO2NPs，用循環(huán)伏安技術(shù)將RuSiO2NPs/Nafion/MWCNTs電極在0.9～1.4 V電位窗口下，掃描至穩(wěn)定除去電極表面多余的RuSiO2NPs，最終可制得電化學(xué)發(fā)光傳感器。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

以RuSiO2NPs/Nafion/MWCNTs/GCE為工作電極，Ag/AgCl(飽和KCl溶液)為參比電極，鉑絲為對電極，以100 mV/s掃速，在含有不同濃度BPA的0.1 mol/L PBS(pH=7.4,含50 mmol/L TPA)中，使用循環(huán)伏安法檢測，BPA與RuSiO2NPs/Nafion/MWCNTs/GCE作用時間為20 min，光電倍增管負(fù)高壓為800 V，放大倍數(shù)為3。通過電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的減少值(ΔI=I0-IS，IS是修飾電極檢測BPA的發(fā)光強(qiáng)度值，I0是修飾電極檢測的空白值)對BPA進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 RuSiO2 NPs的吸收光譜和熒光光譜

圖和RuSiO2 NPs(b)的紫外-可見光譜圖(A)和熒光光譜圖(B)Fig.1 UV-Vis spectra(A) and fluorescence spectra(B) of and RuSiO2 NPs(b) mol/L；RuSiO2 NPs：dilution for 20 times.

2.2 修飾電極的電化學(xué)表征

使用循環(huán)伏安法以及電化學(xué)發(fā)光法對不同修飾電極表面進(jìn)行了電化學(xué)以及電化學(xué)發(fā)光研究。圖2(A)為不同電極在5 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4--0.10 mol/L KCl-0.10 mol/L PBS(pH=7.4)中的循環(huán)伏安圖。由圖可知，Nafion/MWCNTs/GCE(曲線b)的電流強(qiáng)于裸GCE(曲線a)，這是因?yàn)镸WCNTs加速了電子的傳遞，RuSiO2NPs/Nafion/MWCNTs/GCE(曲線c)電流強(qiáng)于Nafion/MWCNTs/GCE(曲線b)，說明RuSiO2NPs已修飾于Nafion/MWCNTs/GCE上。圖2(B)是不同電極在0.1 mol/L PBS( pH=7.4,含50 mmol/L TPA)中的電化學(xué)發(fā)光曲線。由圖可以看出，裸GCE(曲線a)和Nafion/MWCNTs/GCE(曲線b)幾乎不發(fā)光，當(dāng)將RuSiO2NPs修飾在Nafion/MWCNTs/GCE(曲線c)上時，則出現(xiàn)了明顯的電化學(xué)發(fā)光現(xiàn)象，表明RuSiO2NPs已很好的固定在Nafion/MWCNTs/GCE表面，從而顯示出良好的電化學(xué)發(fā)光行為。

圖2 不同電極在5 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4-- 0.10 mol/L KCl-0.10 mol/L PBS(pH=7.4)中的循環(huán)伏安圖(A)及在0.1 mol/L PBS(pH=7.4，含50 mmol/L TPA)中的電化學(xué)發(fā)光圖(B)Fig.2 Cyclic voltammograms obtained at different electrodes in 5 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4--0.10 mol/L KCl(0.10 mol/L pH=7.4 PBS)(A),ECL intensity-potential profiles obtained at different electrodes in 0.1 mol/L PBS(pH=7.4) containing 50 mmol/L TPA(B)(a)GCE,(b)Nafion/MWCNTs/GCE,(c)RuSiO2 NPs-Nafion/MWCNTs/GCE.

2.3 BPA在RuSiO2 NPs/Nafion/MWCNTs/GCE上的電化學(xué)發(fā)光行為

2.4 實(shí)驗(yàn)條件的選擇

實(shí)驗(yàn)考察了BPA與RuSiO2NPs/Nafion/MWCNTs/GCE作用時間對電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著結(jié)合時間的增加，電化學(xué)發(fā)光信號逐漸降低，到20 min時發(fā)光強(qiáng)度基本趨于平穩(wěn)，再繼續(xù)增加結(jié)合時間，響應(yīng)信號幾乎不變，這表明20 min時即可達(dá)到猝滅的最大程度，因此選擇20 min為最佳作用時間。同時，考察了pH值對電化學(xué)發(fā)光信號的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH=7.4時，BPA的抑制效果達(dá)到最大，因此選擇pH=7.4的緩沖溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。此外，考察了TPA濃度對實(shí)驗(yàn)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)TPA濃度為50 mmol/L時，BPA的抑制效果最好，因此選擇50 mmol/L TPA進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.5 干擾實(shí)驗(yàn)

2.6 線性范圍、檢測限和傳感器的重現(xiàn)性

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，測定不同濃度BPA電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度。在1.0×10-11～1.0×10-7mol/L范圍內(nèi)，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度減少值與BPA濃度的負(fù)對數(shù)呈良好的線性關(guān)系，線性方程為：ΔI=27588.62+2439.31lgc，相關(guān)系數(shù)R=0.9978，檢出限(S/N=3)為8.0×10-12mol/L。對1.0×10-9mol/L BPA平行測定11次，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.7%，說明該修飾電極有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

圖3 RuSiO2 NPs/Nafion/MWCNTs/GCE在含50 mmol/L TPA的0.1 mol/L PBS(pH=7.4)(a)和含有50 mmol/L TPA和1.0×10-10 mol/L BPA的0.1 mol/L PBS(pH=7.4)(b)中的電化學(xué)發(fā)光曲線Fig.3 ECL intensity-potential profiles obtained at RuSiO2 NPs/Nafion/MWCNTs/GCE in 0.1 mol/L PBS(pH=7.4,containing 50 mmol/L TPA)(a) and 0.1 mol/L PBS(pH=7.4,containing 50 mmol/L TPA and 1.0×10-10 mol/L BPA)

圖4 不同濃度BPA電化學(xué)發(fā)光響應(yīng)曲線Fig.4 ECL intensity-potential curves with different concentrations of BPA(a)blank,(b)1.0×10-11 mol/L,(c)1.0×10-10 mol/L,(d) 1.0×10-9 mol/L,(e)1.0×10-8 mol/L,(f)1.0×10-7 mol/L.

2.7 樣品測定

將嬰兒奶瓶洗凈并將瓶身剪碎，稱量15 g ，置于廣口瓶中，加入25 mL超純水，于80 ℃水浴恒溫1 h[14]，取出冷卻，將該浸泡液稀釋100倍作為分析樣品，按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定。同時，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，測定結(jié)果見表1。加標(biāo)回收率在97.5%～116.3%范圍，RSD在2.3%～3.1%之間，表明本方法可用于實(shí)際樣品的測定。

表1 樣品的測定及回收率實(shí)驗(yàn)Table 1 Determination of BPA in feeding bottle(n=11)

3 結(jié)論

采用反相微乳液法制備了RuSiO2NPs復(fù)合納米粒子，帶正電荷的RuSiO2NPs與帶負(fù)電荷的Nafion通過靜電作用自組裝，固定于玻碳電極表面，制備得到電化學(xué)發(fā)光傳感器，該傳感器具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，可以實(shí)現(xiàn)對雙酚A的免標(biāo)記檢測。

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