论文题目: 采用分子印迹技术构建电化学传感器界面的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 分析化学
作者: 宦双燕
导师: 沈国励,俞汝勤
关键词: 分子印迹技术,离子印迹,电化学传感器,电聚合膜,自组装单层膜,无机高分子
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 分子印迹聚合物以其具有模拟天然受体的分子识别能力，越来越成为一类重要的人工合成材料。印迹聚合物可以提供高选择性和稳定性的人工合成受体，而电化学传感器具有设计制造简单、灵敏度高、价格低廉、容易微型化等优点，尽管分子印迹技术的主要应用目前仍然是在分离领域，但将分子印迹聚合物用作识别元件构建新一代的电化学传感器已经有了初步的研究，并具有可观的应用前景。传统印迹方法所使用的功能单体、交联剂和聚合方法都有较大的局限性，聚合物易溶胀破坏印迹孔穴，模板分子的洗脱困难，膜厚难控制，高的交联度使得传质和电子传递速度慢，造成信号响应慢，检测下限高，非特异性吸附强，再生和可逆性差等问题，这都给分子印迹技术在电化学传感器中的应用带来困难。因此寻找新的印迹基质和印迹方法以满足电化学传感器对敏感元件的要求具有重要的研究意义。而目前，有关结合位点的作用机理，聚合物的形态和传质机理仍然不够清楚，如何从分子水平上更好地理解分子印迹过程和识别过程仍需要进一步研究。另外，天然分子识别系统都是在水相中进行的，而以前的研究中，分子印迹和识别过程大多只能在有机相进行，如何利用特殊的分子间作用在水溶液或极性溶剂中进行印迹和识别，仍是一个难题。据此，本论文研究了三类新基质在分子印迹技术中的应用，克服了传统印迹基质存在的困难，将分子印迹技术和电化学传感较好地结合起来，成功地构建了一系列以此印迹基质为敏感元件的电化学传感器，并对印迹和识别过程机理进行了初步的探讨，对水溶液和极性溶剂中的印迹和识别进行了研究，主要内容如下：1． 首次在基于巯基自组装物质基础上的电聚合膜中制备了印迹识别位点，将其用作电化学传感器的识别元件，分别构建了对电活性的污染物硝基苯和非电活性的药物辛可宁选择性响应的分子印迹电化学传感器。与传统电聚合膜相比，基于巯基单层膜的印迹电聚合薄膜表现出稳定性高，不易脱落，抗恶劣环境能力强的优点。(1) 硝基苯在印迹膜上的还原过程是一个经典的CrEi机理，响应在2分钟内达到稳定，采用恒电位计时安培法进行了快速检测，线性范围为：5． 00×10-5-4． 50×10-3mol/L。对于电活性的硝基苯，首次提出了采用电化学降解的方法来洗脱模板分子，避免了传统的机械洗脱和有机溶剂萃取法对印迹膜和识别位点造成的损伤，使该传感器具有更长的使用寿命，良好的重现性(RSD=2． 5％)和可逆性。(2) 采用恒电位计时安培法，以铁氰化钾为探针分子对辛可宁实现了间接、快速的测定。检测的线性范围为5． 00×10-6-4． 00×10-5mol/L，检测限为1． 50×10-7mol/L。该印迹膜的响应时间较短(4分钟)，满足传感器快速响应的要求。识别过程中的主要驱动力是疏水作用和空腔匹配作用。采用分子印迹技术构建电化学传感器界面的研究 2.在疏基自组装单层膜中制备了印迹识别位点，将其用作电化学传感器的识别元件，分别构建了对L一/D一丝氨酸和对铜、汞、铅离子选择性响应的印迹电化学传感器。在自组装单层膜中制备印迹识别位点能够降低扩散障碍，使传感器响应更为灵敏。(l)以丝氨酸为模板分子，以L一半肤氨酸为组装单体，首次利用氨基酸分子之间较强的作用力实现了在水相中的印迹和识别过程。分别以L和D型一丝氨酸为模板时，得到的印迹单层膜具有一定的光学活性，其对L和D型一丝氨酸的异构选择性系数约为3.0。响应在5分钟内稳定，线性范围为:1.00xl0.5一1.00、10-4mol/L，响应斜率为Zo.glmA.(一soxxo一6丫’，检测限为4.32xzo一6mol/L。(2)提出了一种利用铜离子和氨基之间可逆的配位键指导琉基单体的组装过程，在琉基自组装单层膜中制备离子识别位点的新方法。邻氨基硫酚和cu2+的最佳比是4:1，响应在3分钟内达到稳定。离子在印迹膜上是先配位，再发生电信号响应的。配体的邻位硫原子通过结构异构化参与部分配位作用，提高了膜的萃取能力。将印迹膜保存在稀的铜离子溶液中，能够在某种程度上克服二维印迹中琉基单体在金表面横向扩散的普遍性问题，提高了印迹膜和识别位点的稳定性，该印迹膜能够反复使用100次以上。印迹自组装单层膜能够在znZ+，eoZ+，MgZ+，NiZ+，eaZ+，Fe3+等干扰离子存在的情况下对Cu2+选择性响应。采用拟合曲线法对识别位点的分布和均相性进行了评价。吸附实验所得的数据同Langmuir一Freundhch等温式模型拟合较好，键合位点的分布呈均相的单峰分布曲线，表明该方法制备的印迹识别位点具有较高程度的均相性，利用可逆的配位键在单层膜中形成离子识别位点，是一种较为理想的印迹方法。(3)离子印迹能够将对特定离子的选择性引入到同一印迹基质中。在邻氨基硫酚自组装单层膜中，分别采用Hg2+、cuZ十和Pb2+离子为模板，构建的印迹单层膜电化学传感器在含这三种重金属离子的混合溶液中，能够实现对单一组分的选择性检测。混合溶液中，Hg2+印迹传感器线性范围为:5.00、10一8一1.3oKlo一6mol/L，检测下限为1.46、10一smol/L。;CuZ+印迹传感器线性范围为:1.ooxlo一7一5.oox一。一6mol/L，检测下限为3.73、10
论文目录:
摘要
Abstract
符号及缩写
第1章 绪论
1．1 分子印迹技术的基本原理
1．1．1 分子预组装-共价键结合作用
1．1．2 分子自组装-非共价键结合作用
1．2 分子印迹技术的理论研究
1．2．1 分子印迹技术动力学的研究
1．2．2 分子印迹技术热力学的研究
1．3 分子印迹技术的应用领域
1．3．1 色谱分析与色谱分离
1．3．2 膜分离和固相萃取
1．3．3 抗体和受体模拟物
1．3．4 模拟酶及辅助试剂
1．3．5 仿生传感器
1．4 分子印迹电化传感器的研究进展
1．4．1 分子印迹电化学传感器类型
1．4．2 现存问题
1．4．3 发展趋势
1．5 本论文的设想和工作思路
第一部分 电聚合膜用于构建电化学传感器界面的研究
第2章 分子印迹电聚合膜用于硝基苯的电化学检测
2．1 前言
2．2 实验部分
2．2．1 仪器和试剂
2．2．2 金电极的预处理
2．2．3 印迹低聚物膜的制备
2．2．4 检测步骤
2．3 结果与讨论
2．3．1 金电极表面原位印迹聚合膜的制备
2．3．2 印迹效果和电极过程机理
2．3．3 选择性和灵敏度
2．3．4 重现性和可逆性
2．3．5 回收率实验
2．4 小结
第3章 分子印迹电聚合膜作为仿生受体用于辛可宁的检测
3．1 前言
3．2 实验部分
3．2．1 仪器和试剂
3．2．2 金电极的预处理
3．2．3 印迹聚合膜的制备
3．2．4 检测步骤
3．3 结果与讨论
3．3．1 分子印迹聚合膜
3．3．2 电位诱导洗脱模板分子
3．3．3 单体和模板的比例对响应的影响
3．3．4 印迹膜电极的电化学响应
3．3．5 电极的选择性
3．3．6 回收率和使用寿命
3．4 小结
第二部分 自组装单层膜用于构建电化学传感器界面的研究
第4章 分子印迹自组装单层膜对丝氨酸的对映异构选择性研究
4．1 前言
4．2 实验部分
4．2．1 仪器和试剂
4．2．2 金电极的预处理
4．2．3 印迹膜的制备
4．2．4 电化学检测步骤
4．3 结果与讨论
4．3．1 印迹单层膜的性质
4．3．2 响应时间
4．3．3 L-丝氨酸印迹电极的选择性
4．3．4 D-丝氨酸印迹电极的响应比较
4．4 小结
第5章 基于铜离子印迹的自组装单层膜的电化学传感器研究
5．1 前言
5．2 实验部分
5．2．1 仪器和试剂
5．2．2 金电极和金片的预处理
5．2．3 印迹膜的制备
5．2．4 检测步骤
5．3 结果与讨论
5．3．1 印迹单层膜的性质
5．3．2 m-AT和o-AT印迹自组装膜
5．3．3 铜离子在印迹自组装膜上的响应
5．3．4 选择性、可逆性和回收率
5．3．5 识别位点分布和亲合性
5．4 小结
第6章 离子印迹单层膜用于混合重金属离子溶液中单一组分的分析
6．1 前言
6．2 实验部分
6．2．1 仪器和试剂
6．2．2 金电极的预处理
6．2．3 印迹自组装膜的制备
6．2．4 检测步骤
6．3 结果与讨论
6．3．1 印迹单层膜性质
6．3．2 印迹效果研究
6．3．3 实验条件的优化
6．3．4 在汞、铜、铅离子混合溶液中的DPV实验
6．3．5 干扰和回收率实验
6．3．6 存在的问题
6．4 小结
第三部分 无机高分子基质用于构建电化学传感器界面的研究
第7章 印迹TiO_2膜用于苯二酚异构体的选择性识别
7．1 前言
7．2 实验部分
7．2．1 仪器和试剂
7．2．2 石墨电极的修饰
7．2．3 电化学测量
7．3 结果与讨论
7．3．1 印迹膜的制备
7．3．2 IR和AFM实验
7．3．3 pH值的影响
7．3．4 电极过程机理
7．3．5 印迹效果
7．3．6 苯二酚与结合位点的配比
7．3．7 不同印迹膜的选择性吸附能力
7．3．8 比较实验
7．4 小结
第8章 以基态配合物为模板在TiO_2中制备汞离子的识别位点的研究
8．1 前言
8．2 实验部分
8．2．1 仪器和试剂
8．2．2 ANDS和汞离子的基态配合物
8．2．3 溶胶-凝胶法制备印迹TiO_2膜
8．2．4 电化学测量
8．3 结果与讨论
8．3．1 基态配合物的形成
8．3．2 印迹膜的制备
8．3．3 印迹膜电极对汞离子的电化学响应
8．3．4 印迹膜的选择性
8．3．5 可逆性、重现性和回收率
8．4 小结
结论
参考文献
致谢
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)
发布时间: 2005-04-04
参考文献
- [1].DNA甲基化转移酶及多巴胺的新型电化学传感器研究[D]. 周嘉婉.湖南大学2018
- [2].新型高灵敏分子印迹电化学传感器的构建及改进研究[D]. 马亚.华南理工大学2018
- [3].新型信号增强电化学传感器用于小分子物质的检测方法研究[D]. 刘冰倩.福州大学2015
- [4].石墨烯基三维纳米复合材料的制备及其在电化学传感器中的应用[D]. 马光冉.江西师范大学2018
- [5].共价键植单分子层和纳米复合材料修饰电极生物电化学传感器[D]. 李永新.中国科学技术大学2006
- [6].抗精神病类药物电化学传感器研究[D]. 黄菲.复旦大学2007
- [7].基于分子印迹聚合膜的电化学传感器和生物传感器的研制[D]. 王志华.西北师范大学2007
- [8].功能化纳米二氧化钛光电化学传感器的构建及在农药残留检测中的应用[D]. 金党琴.扬州大学2016
- [9].基于纳米半导体构建的电化学和光电化学传感器用于环境污染物监测研究[D]. 王睿.华中科技大学2014
- [10].基于纳米材料的无酶电化学传感器构置及应用[D]. 孟祖超.西北大学2012