基于纳米材料修饰的电化学传感器的研究

论文摘要

定量检测和分析葡萄糖及H2O2的浓度在医学、药物学、食品卫生以及工业生产等众多领域具有很重要的应用。目前对葡萄糖和H2O2的定量测定采用酶生物传感器,其具有高的选择性与灵敏度,但是其检测结果易受酶自身的特点和酶固定化技术的影响。利用无机纳米材料修饰电极制备的无酶传感器具有检测时间短、费用低廉、电极可重复使用的优点,其研究在近年来受到广泛的关注。本论文制备不同结构的铜及其氧化物纳米材料,并将其修饰在玻碳电极上构建了无酶电化学生物传感器,实现了葡萄糖和H2O2在电极上的直接氧化,具有一定的应用前景。主要工作及取得的研究结果如下：1.采用液相化学还原法制备超细Cu粉末,系统研究了制备条件对产物尺寸以及形貌的影响。实验结果表明反应只能在酸性条件下进行,且溶液pH值越小,产物尺寸越小,形貌由球状变得不规则；提高温度有利于反应的发生；表面活性剂PVP K-30在本实验范围内对产物的尺寸和形貌影响不大。电化学研究表明此材料修饰的电极对H2O2具有较好的电化学催化能力,但是在电极反应过程中易被氧化。2.采用射频感应耦合等离子体氧化技术对纯Cu粉末进行氧化处理,XRD检测证明氧化后产物中含有少量Cu2O。基于此材料修饰的电极的电化学行为表明,该修饰电极检测双氧水的能力与制备的铜粉相似。3.以DMF为反应溶剂,利用NaBH4还原CuSO4制备出尺寸均匀的Cu2O颗粒,尺寸约为200nm,具有多层级自组装结构和良好的结晶度；产物比表面积为13.1m2/g。电化学研究表明采用此材料制备的Cu2O/Nafion/GC传感器具有很好的电化学催化能力,对H2O2的检测极限、灵敏度和电流响应时间分别是0.0039μM、3.693A M-1和小于0.5s；对葡萄糖的检测极限和电流响应时间分别47.2μM和小于4s,线性范围为50μM-1.1mM。4.利用Benidict试剂制备Cu2O颗粒：SEM图像表明产物为微米颗粒,随着反应时间的延长其尺寸增加,形貌由立方体先变为凹多面体,再变为凸多面体。电化学研究表明采用法制备出的Cu2O制备的Cu2O/Nafion/GC无酶传感器的尽管工作范围较窄,但灵敏度非常高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 生物传感器
• 1.1.1 生物传感器的概述
• 1.1.2 生物传感器的原理
• 1.2 葡萄糖电化学生物传感器
• 1.2.1 葡萄糖生物传感器概述
• 1.2.2 葡萄糖化学生物传感器
• 1.3 无酶葡萄糖电化学生物传感器
• 1.3.1 化学修饰电极的定义
• 1.3.2 化学修饰电极的发展概况
• 1.3.3 化学修饰电极的类型
• 1.3.4 化学修饰电极的电催化
• 1.3.5 化学修饰电极在分析化学中的应用
• 1.4 纳米材料
• 1.4.1 纳米材科的性质
• 1.4.2 纳米材料在电化学生物传感器中的特殊功能
• 1.5 本研究的目的及意义
• 第2章 实验方法
• 2.1 纯Cu粉末及其等离子体氧化物的制备
• 2.1.1 实验仪器和试剂
• 2.1.2 Cu粉末的制备
• 2.1.3 等离子体氧化
• 2O粉末的制备'>2.2 不同形貌Cu₂O粉末的制备
• 2.2.1 实验仪器和试剂
• 2O粉末的制备'>2.2.2 不同方法制备Cu₂O粉末的制备
• 2.3 无酶电化学传感器的制备
• 2.3.1 电极预处理
• 2.3.2 测试溶液的配制
• 2.3.3 电化学方法检测传感性能
• 2.4 表征方法
• 2.4.1 X射线衍射（XRD）
• 2.4.2 透射电子显微镜（TEM）
• 2.4.3 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.4.4 电化学工作站
• 第3章 基于CU粉末及其氧化物修饰的无酶电化学传感器的研究
• 3.1 引言
• 3.2 纯Cu粉末的制备
• 3.2.1 pH值对Cu粉末的影响
• 3.2.2 温度对Cu粉末的影响
• 3.2.3 表面活性剂用量对Cu粉末的影响
• 3.3 基于纯Cu粉末修饰电极的电化学性质研究
• 3.3.1 电化学知识简介
• 3.3.2 基于Cu粉末修饰的无酶电化学传感器的研究
• 3.4 等离子体氧化纯Cu粉末
• 3.4.1 射频感应耦合等离子体简介
• 3.4.2 等离子体氧化产物
• 3.5 等离子体氧化产物的电化学研究
• 3.6 本章小结
• 2O粉末修饰的无酶电化学传感器的研究'>第4章 基于CU₂O粉末修饰的无酶电化学传感器的研究
• 4.1 引言
• 2O粉末'>4.2 不同方法制备Cu₂O粉末
• 2O粉末'>4.2.1 方法一制备Cu₂O粉末
• 2O粒子'>4.2.2 方法二制备的纳米Cu₂O粒子
• 2O/NAFION/GC电极电化学研究'>4.3 Cu₂O/NAFION/GC电极电化学研究
• 2O粉末修饰电极的电化学研究'>4.3.1 基于方法一制备的Cu₂O粉末修饰电极的电化学研究
• 2O粉末修饰电极的电化学研究'>4.3.2 基于方法二制备的Cu₂O粉末修饰电极的电化学研究
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢