專利名稱：一種金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法
技術領域：
本發明涉及復合修飾電極合成技術領域，具體涉及一種金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法以及該復合修飾電極應用于鄰苯二酚和對苯二酚的同時檢測分析。
背景技術：
鄰苯二酌·(catechol,又稱兒茶酌·, CA)和對苯二酌· (Hydroquinone,又稱氫醌,HQ)是苯二酚的兩種同分異構體，在農業、染料、醫藥、橡膠、感光材料等領域有著廣泛的應用。這兩種物質在自然條件下難以降解，并具有一定毒性，國際癌癥研究組織(IARC)將CA、HQ分別列為2B、3級致癌物。因此，對二者進行快速、準確、痕量分析檢測具有十分重要的意義。目前，對兩者的分析檢測方法主要有高相液相色譜法，以PH為基礎的流動注射分析，同步熒光法。但是，這些方法中液相色譜法由于其儀器昂貴、耗時以及光學方法需要額外的試劑產生光信號其應用大大受到了限制。電化學方法由于其儀器低廉、操作簡便、靈敏度高、能夠快速現場檢測而受到科研工作者的關注。免予CA和HQ的氧化還原電位相近，氧化還原峰易發生重疊，且在電極表面會相互競爭，使得其電化學響應與物質的濃度不能呈現線性關系，是目前電化學研究中面臨的最大問題。因此選擇合適的化學修飾電極解決兩者的相互干擾問題是目前電化學方法的首要目標。過度金屬氧化物和氫氧化物膜如鎳、鈷、鐵、銅等的研究已經吸引了大量科研工作者的興趣。其中，鈷氫氧化物膜由于其獨特的性能已經廣泛的應用到電池、傳感器的制備、電分析檢測等各個領域。鈷氫氧化物膜在電分析檢測方面的應用，主要是利用了在堿性條件下含有高價態鈷離子的氧化物對大量的電活性分子具有較強的電化學催化活性，并且CoOOH的存在起著非常重要的作用。另外，金納米粒子(GNPs)由于其良好的導電性、生物相容性及電催化活性而被廣泛的應用到電化學及生物傳感器的制備。因此，納米金/羥基氧化鈷(GNPs/CoOOH)是一種非常理想的修飾電極的材料，并期望該修飾電極能夠用于一些電活性物質的分析檢測。
發明內容
本發明的目的正是針對上述現有技術所存在的缺陷而研制的一種金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法，利用該復合修飾電極可應用于鄰苯二酚和對苯二酚的同時檢測分析。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的
一種金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法，以玻碳電極為基礎電極，利用鈷氫氧化物膜來修飾基礎電極，將鈷氫氧化物膜修飾電極置于HAuCl4的KNO3溶液中，以SCE為參比，鉬絲為對電極，得到GNPs/CoOOH復合修飾電極。具體步驟如下
a、玻碳電極用Al2O3粉末拋光成鏡面，依次在無水乙醇和二次蒸餾水中超聲清洗，將其置于H2SO4中掃描；
b、將上述處理好的玻碳電極在氮氣下吹干，然后采用鍍膜/循環伏安法制備鈷氫氧化物膜修飾電極；
C、將上述電極置于HAuCl4的KNO3溶液中，以SCE為參比，鉬絲為對電極，于-O. 2 V下保持4 min，取出后用水反復沖洗，得到GNPs/CoOOH復合修飾電極，懸在pH 10. O的PBS溶液上方保存備用。在本發明中，所述HAuCl4的KNO3溶液為5 mM HAuCl4的O. 5 M KNO3溶液。在步驟a中，玻碳電極分別用1. O Mm, O. 3 Mm, O. 05 Mm Al2O3粉末拋光成鏡面,水沖洗后，依次在無水乙醇和二次蒸餾水中超聲清洗1-2分鐘。為獲得徹底干凈的玻碳電極表面，將清洗后的玻碳電極置于1. O M H2SO4中在-O. 3-1. 5 V電位窗口下掃描12圈(掃速50mV/S)。將本發明所制備的金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極應用于鄰苯二酚和對苯二酚的檢測分析，與其它傳統電極比較，可使得電催化作用提供、電信號增強、抗干擾能力性強、并獲得較低的檢出限。本發明的電化學實驗采用三電極系統，玻碳電極(GCE)、鈷氫氧化物膜電極(CoOOH/GCE)、金/鈷氫氧化物膜(GNPs/CoOOH)為工作電極，SCE為參比電極，CHI115鉬絲為對電極；在室溫條件下，選取0.1 M PBS為支持電解質，在一定電位窗口內，用CV和DPV方法進行測試，記錄其伏安曲線。本發明采用一種簡 單的方法制備了 GNPs/CoOOH復合修飾電極，利用過度金屬鈷的氫氧化物(CoOOH)結合金納米粒子(GNPs)，具有良好的導電性、生物相容性及電催化活性。利用該修飾電極對CA和HQ同時分析檢測，用循環伏安(CV)法和差示微分脈沖伏安(DPV)法考察了兩種物質在裸GCE、Co00H/GCE和GNPs-Co00H/GCE上的電化學行為。GNPs-Co00H/GCE對鄰苯二酚和對苯二酚具有較高的電催化能力，電信號大大增強，且獲得了較低的檢出限。另外，此修飾電極還具有優良的重現性、穩定性、較強的抗干擾能力等優點。
圖1 80 μΜ CA在0.1 M PBS ( pH 10. 0)溶液中的循環伏安圖；其中a GCE ；b Co00H/GCE ；c GNPs-Co00H/GCE ;掃速50 mV/S。圖2不同濃度的HQ和CA共存體系在GNPs-CoOOH/GCE的差示脈沖伏圖；內插圖為HQ和CA峰電流與濃度的線性關系圖。對苯二酚(HQ) (a-j) :7，9，11，14，20，35，50，65，80，100 μΜ;鄰苯二酚(CA) (a-j) :6，8，10，13，20，35，50，65，80，100 μΜ。圖3苯酚，鄰、間、對甲酚在GNPs-Co00H/GCE上的DPV圖。圖4 (A) EDTA (a)，苯并芘(b)，NH4+ (c)，Br^ (d)，NO3^ (e)，SO42- (f)對 CA 和 HQ干擾實驗；
(B) Mg2+ (a)，Al3+ (b)，Fe3+ (c)加入 EDTA 前及加入后 Mg2+ (d)，Al3+ (e)，Fe3+ (f)對CA和HQ干擾。
具體實施方式
本發明以下結合實施例(附圖)做進一步描述，但并不是限制本發明。
制備實施GNPs/CoOOH復合修飾電極的制備 I玻碳電極拋光玻碳電極分別用1.0 Mm,O. 3 Mm,O. 05 Mm Al2O3粉末拋光成鏡面,水沖洗后,依次在無水乙醇和二次蒸餾水中超聲清洗1-2分鐘。為獲得徹底干凈的玻碳電極表面，將其置于1. O M H2SO4中在-O. 3^1. 5 V電位窗口下掃描12圈(掃速50mV/S)；2鈷氫氧化物膜修飾電極的制備在氮氣下吹干備用。將上述處理好的玻碳電極采用鍍膜/循環伏安法制備鈷氫氧化物膜修飾電極；3電極的組裝將上述電極置于5 mM HAuCl4的O. 5 M KNO3溶液中，以SCE為參比，鉬絲為對電極， 于-O. 2 V下保持4 min，取出后用水反復沖洗，得GNPs/CoOOH復合修飾電極，懸在pH 10.0 的PBS溶液上方保存備用。
儀器與試劑CH1660D型電化學分析儀(上海辰華儀器公司);三電極體系玻碳電極(GCE)、Co00H/ GCE、GNPs_Co00H/GCE為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，CHI115鉬絲為對電極； KQ-3200超聲波清洗器(昆山市超聲波儀器制造廠)；pHS-25型酸度計(上海雷磁儀器廠)； DPV的實驗參數為振幅50 mV，脈沖寬度60 ms，脈沖周期200 ms。
CoCl2 · 6H20, NaH2PO4, Na2HPO4, Na3PO4, KCl (天津科密歐化學品有限公司);鄰苯二酚和對苯二酚(Aldrich) ；HAuCl4 · 4H20 (上海試劑三廠);磷酸緩沖溶液(PBS):用O.1 M NaH2P04、Na2HP04、Na3PO4配制(PH 10.0)。所用試劑均為分析純，所有溶液均為二次蒸餾水配制。
應用實例鄰苯二酚在不同修飾電極上的循環伏安行為在-0.6-0. 3 V范圍內，用循環伏安法研究了 80 MM CA+0.1 M PBS ( pH 10. 0)在GCE、 CoOOH/GCE和GNPs-Co00H/GCE電化學行為，如圖1所示。鄰苯二酚在裸玻碳電極(指圖1中a)上發生準可逆氧化還原反應，其中鄰苯二酚的氧化還原峰-峰電位差(AEpa)為 159 mV，并且電流較弱，說明在裸GCE上的電子轉移速率較慢。在CoOOH/GCE (指圖1中b) 上，二者的電化學可逆性雖然沒有明顯提高，但是其峰電流略有增加，這表明鈷氫氧化物膜電極對鄰苯二酚具有一定地催化作用。而在GNPs-Co00H/GCE (見圖1中c)上，鄰苯二酚與CoOOH/GCE相比氧化還原峰-峰電位差(AEpa)為75 mV，并且峰電流明顯增加。因此， GNPs-CoOOH/GCE充分利用了兩種納米粒子的催化效果，可以加速電化學反應的電子轉移速率，對鄰苯二酚表現出了較強的催化活性。
鄰苯二酹和對苯二酹的選擇性測定參見圖2 :圖2不同濃度的HQ和CA共存體系在GNPs-CoOOH/GCE的差示脈沖伏圖； 內插圖為HQ和CA峰電流與濃度的線性關系圖。對苯二酚(HQ) (a-j) :7，9，11，14，20，35，50，65，80，100 μΜ ;鄰苯二酚(CA) (a-j) :6，8，10，13，20，35，50，65，80，100 μΜ ；
在優化的實驗條件下，采用DPV法考察了鄰苯二酚和對苯二酚濃度與峰電流的關系。圖2為向O.1 M PBS (pH 10. O)溶液中加入不同濃度的鄰苯二酚和對苯二酚所得到的DPV圖。對苯二酚的氧化峰電流與其濃度在7 μΜ 100 μΜ范圍內呈良好的線性關系，線性回歸方程 Ipa (μΑ)= - O. 0357C (μΜ) — O. 6993，r=0. 9949，檢出限為 O. 9 μΜ (S/N=3);鄰苯二酚的氧化峰電流與其濃度在6 μΜ 100 μΜ范圍內呈良好的線性關系，線性回歸方程Ipa (μΑ)= - O. 0223C (μΜ) — O. 4942，r=0. 9984，檢出限為 O. 8 μΜ (S/N=3)。穩定性、重現性與干擾試驗
對80 μΜ HQ和80 μΜ CA的混合溶液連續平行測定7次，其氧化峰電流的RSD分別為
2.60%和4. 02% ;在相同條件下對電極修飾5次，在80 μΜ HQ和80 μΜ CA混合溶液中進行測定，其RSD分別為1. 15%和4.01%。將該修飾電極置于O.1 M PBS (pH 10. O)在4°C冰箱中保存7天，峰電流仍能夠保持初始值的94. 2%。上述結果表明GNPs-CoOOH/GCE具有良好的穩定性和重現性。在O.1 M PBS (pH 10. O)中用DPV方法研究了一些常見離子和小分子等物質對HQ和CA共同測定的干擾試驗，如圖3、圖4所示。試驗結果表明低于10_2 M的NH4+, Br_，N03_，SO廣，EDTA、苯并芘、苯酚、鄰、間、對甲酚(1X10_4 Μ)不干擾HQ和CA的測定。由于溶液中存在大量的0Η_，Mg2+，Al3+，Fe3+與溶液中的0Η_存在相互作用，對測定產生不同程度的干擾，但是測試前加入少量的EDTA即可去除這些離子的干擾，結果如圖4 B所示。樣品測定
萃取溶液的選取將未捕集有主流煙氣粒相物的玻璃纖維濾片折疊放入200 mL錐形瓶中，準確加入50 mL O.1 M PBS (pH 10. O)萃取溶液，室溫下超聲萃取20 min，靜置5min。取約8 mL萃取液，用O. `45 μ m微孔濾膜過濾，為消除Mg2+，Al3+，Fe3+等的干擾，測試前加入適量的EDTA,進行加標回收試驗,結果如表I所示。表I煙氣空白溶液中鄰苯二酚和對苯二酚回收率結果(n=5)
權利要求
1.一種金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法，其特征在于以玻碳電極為基礎電極，利用鈷氫氧化物膜來修飾基礎電極，將鈷氫氧化物膜修飾電極置于HAuCl4的KNO3溶液中，以SCE為參比，鉬絲為對電極，得到GNPs/CoOOH復合修飾電極。
2.根據權利要求1所述的金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法，其特征在于 在制備方法的具體步驟如下a、玻碳電極用Al2O3粉末拋光成鏡面，依次在無水乙醇和二次蒸餾水中超聲清洗，將清洗后的玻碳電極置于H2SO4中掃描；b、將上述處理好的玻碳電極在氮氣下吹干，然后采用鍍膜/循環伏安法制備鈷氫氧化物膜修飾電極；C、將上述電極置于HAuCl4的KNO3溶液中，以SCE為參比，鉬絲為對電極，于-O. 2 V下保持4 min，取出后用水反復沖洗，得到GNPs/CoOOH復合修飾電極，懸在pH 10. O的PBS溶液上方保存備用。
3.根據權利要求2所述的金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法，其特征在于 所述 HAuCl4 的 KNO3 溶液為 5 mM HAuCl4 的 0. 5 M KNO3 溶液。
4.根據權利要求2所述的金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法，其特征在于 在步驟a中，玻碳電極分別用1.0 Mm,0.3 Mm,0. 05 Mm Al2O3粉末拋光成鏡面，水沖洗后，依次在無水乙醇和二次蒸餾水中超聲清洗1-2分鐘。
5.根據權利要求2所述的金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法，其特征在于 為獲得徹底干凈的玻碳電極表面，將清洗后的玻碳電極置于1.0 M H2SO4中在-0. 3-1. 5 V 電位窗口下掃描12圈，掃速50mV/S。
全文摘要
一種金/鈷氫氧化物膜修飾玻碳電極的制備方法，其特征是以玻碳電極為基礎電極，利用鈷氫氧化物膜來修飾基礎電極，將鈷氫氧化物膜修飾電極置于HAuCl4的KNO3溶液中，以SCE為參比，鉑絲為對電極，得到GNPs/CoOOH復合修飾電極。該復合修飾電極，具有良好的導電性、生物相容性及電催化活性。利用該修飾電極對CA和HQ同時分析檢測，用循環伏安(CV)法和差示微分脈沖伏安(DPV)法考察了兩種物質在裸GCE、CoOOH/GCE和GNPs-CoOOH/GCE上的電化學行為。GNPs-CoOOH/GCE對鄰苯二酚和對苯二酚具有較高的電催化能力，電信號大大增強，且獲得了較低的檢出限，且重現性、穩定性、抗干擾性能良好。
文檔編號G01N27/30GK103063719SQ20121058800
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者侯宏衛, 田永峰, 張小濤, 劉彤, 陳歡, 韓書磊, 胡清源 申請人:國家煙草質量監督檢驗中心