聚硫堇ITO光敏电极的制备及其在分析化学中的应用研究

论文摘要

光致电化学分析方法是利用光能激发物质产生光电流,通过直接或间接检测光电流的强弱实现检测目的分析方法。光致电化学分析方法的激发与检测是分步进行的,相对于光学方法而言,具有设备简单、成本低廉、易于微型化和集成化的优点;相对于电化学方法而言,由于光电流产生的原理类似于电催化原理,灵敏度较一般电化学方法要高,可与电化学发光分析法相媲美。光致电化学分析方法一般要借助于光敏电极,它是指利用具有光电活性的材料制备的光电极。本文将具有光电活性的硫堇电聚合在ITO电极的表面,构建了光电化学界面。该界面同时具有光敏和电子受体的功能,能与电子供体H2O2发生光电化学反应。由于H2O2是氧气还原和生物体内许多酶催化反应的中间产物,通过检测由此产生的光电流可实现对酶活性及底物的检测。本文通过聚硫堇光敏感界面的构建,做了以下四个方面的研究:1.将具有光电活性的硫堇电聚合在ITO电极的表面,使其与电子供体H2O2发生光致电化学反应,通过检测光电流实现对H2O2的检测。探讨了聚硫堇/过氧化氢光电化学敏感界面的响应机理,讨论了偏置电压、电解质溶液pH对光电化学反应和测定H2O2的影响。2.在测定H2O2基础上,利用光电界面与葡萄糖氧化酶催化葡萄糖产生的H2O2之间光致电化学反应产生的光电流实现对葡萄糖氧化酶催化活性的检测。探讨了光致电化学响应原理及偏置电压、电解质溶液pH和底物浓度对测定葡萄糖氧化酶催化活性的影响。通过测定商品葡萄糖氧化酶的催化活性,验证了方法的可行性。3.制备了一种新型光致电化学葡萄糖传感器。应用壳聚糖将葡萄糖氧化酶固定在聚硫堇光电极表面。优化的实验条件为固定化酶量为35μL葡萄糖氧化酶溶液（49.2mg·ml-1、122U·mg-1）、偏置电压为0.50V（vs.Ag/AgCl）、壳聚糖浓度为0.3%、pH5.5。该传感器的光电流与浓度范围为5.00～400×10-5mol·L-1的葡萄糖呈良好的线性关系,检测限为0.20 mmol·L-1。传感器具有良好的重现性,使用一周后,仍能保持其初始活性的90%以上。4.制备了一种新型光致电化学胆碱传感器。该传感器利用壳聚糖作为固定基质,戊二醛作为交联剂。优化的实验条件为固定化酶量为5μL胆碱氧化酶溶液（1.50mg·mL-1、12U·mg-1）、偏置电压为 0.50V（ks.Ag/AgCl）、壳聚糖浓度为 1%、pH6.5。该传感器的光电流与浓度范围为5.00-250×10-5mol·L-1的胆碱呈良好的线性关系。传感器具有良好的选择性和重现性,65.7 nA·mmol-1·L-1的灵敏度和30.0μmol·L-1的检测下限。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 光电化学的简介
• 1.1.1 光电化学的定义及其原理
• 1.1.2 光电化学的发展概况
• 1.1.2.1 贝克勒尔效应
• 2的出现'>1.1.2.2 TiO₂的出现
• 1.1.2.3 染料敏化剂的出现
• 1.1.3 国内外光电化学的应用研究进展
• 1.1.4 光电化学传感器
• 1.2 光敏电极
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 硫堇与聚硫堇
• 1.2.2.1 硫堇
• 1.2.2.2 聚硫堇
• 1.2.3 ITO电极
• 1.3 酶活性的测定
• 1.3.1 酶活性单位
• 1.3.2 酶活性浓度单位
• 1.3.3 酶活性的测定方法及其影响因素
• 1.4 本论文的选题背景和研究思路
• 参考文献
• 第二章 聚硫堇/过氧化氢光致电化学敏感界面的构建及其对过氧化氢的测定
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器与试剂
• 2.2.2 聚硫堇光电极的制备
• 2.2.3 光电流响应的测量
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚硫堇光电极的表征
• 2O₂光致电化学敏感界面的光致电化学响应原理探讨'>2.3.2 聚硫堇/H₂O₂光致电化学敏感界面的光致电化学响应原理探讨
• 2.3.3 pH对聚硫堇电化学的影响
• 2.3.4 偏置电压的影响
• 2O₂光致电化学敏感界面对H₂O₂的光电流响应'>2.3.5 聚硫堇/H₂O₂光致电化学敏感界面对H₂O₂的光电流响应
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 聚硫堇光电极测定葡萄糖氧化酶催化活性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器与试剂
• 3.2.2 聚硫堇光电极的制备、表征及光致电化学响应的测量
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 光电界面的光致电化学响应原理探讨
• 3.3.2 催化反应底物浓度的选择
• 3.3.3 蛋白质催化活性的测定
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 基于聚硫堇/过氧化氢光电化学敏感界面的葡萄糖传感器的制备及应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与试剂
• 4.2.2 传感器的制备方法
• 4.2.3 光电流响应的测量
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 修饰电极的表征
• 4.3.2 传感器对葡萄糖的光致电化学响应原理探讨
• 4.3.3 酶的固定量对传感器响应的影响
• 4.3.4 偏置电压、壳聚糖浓度及pH值对传感器响应的影响
• 4.3.5 传感器的线性范围、检测限及重现性
• 4.3.6 实际样品的测定
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 基于聚硫堇/过氧化氢光电化学敏感界面的胆碱生物传感器的制备及应用研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器和试剂
• 5.2.2 传感器的制备方法
• 5.2.3 光电流响应的测量
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 修饰电极的表征
• 5.3.2 传感器对胆碱的光电化学响应原理探讨
• 5.3.3 酶的固定量对传感器响应的影响
• 5.3.4 偏置电压、壳聚糖浓度及pH值对传感器响应的影响
• 5.3.5 传感器的线性范围、检测限及重现性
• 5.3.6 实际样品的测定
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读学位期间已发表和待发表的相关学术论文题录