石墨烯修饰电极对多巴胺的分析研究

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随着荧光碳纳米颗粒、富勒烯、碳纳米管等纳米结构相继被发现,碳基纳米材料逐渐成为纳米科学领域的研究重点。石墨烯(Graphene)碳纳米颗粒是由碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构,是构建零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨等其他碳质材料的基本单元。石墨烯结构独特、性能优异,具有良好的导电性、高的比表面积以及机械、化学和热力学稳定性,有望成为一种良好的电化学传感材料。多巴胺(Dopamine,DA)是哺乳动物神经系统中一种重要的神经递质,其浓度的变化与神经活动有直接的关系。在人体器官中DA与抗坏血酸(AscorbicAcid,AA)共存,且两者的氧化峰电位相近,对DA的检测产生了严重的干扰。因此,在AA存在下对DA的选择性检测成了研究的重难点。本论文围绕石墨烯的新合成方法以及不同石墨烯修饰电极对DA的选择性检测开展了研究。具体内容如下:  (1)在表面活性剂的作用下,利用一种简单、绿色、低成本的电化学方法,一步制备石墨烯。原子力显微镜和电化学方法证实了所合成出的石墨烯具有厚度为ca.1~1.5nm的片状二维结构和良好的电子传递性能。通过滴涂的方法构建Graphene/Chitosan修饰电极,研究了Graphene/Chi修饰电极对DA的催化氧化行为。实验表明石墨烯修饰电极能够增大DA的氧化峰电流,并且能够排除AA的影响,实现DA的高灵敏、高选择性检测。DA的浓度与其氧化峰电流在5×10-7~9.83×10-5mol/L范围内呈现良好的线性关系,相关系数为0.9999,检出限为2.42×10-7mol/L(S/N=3)。Graphene/Chi修饰电极具有良好的稳定性和重现性。  (2)通过滴涂的方法构建Graphene/Nafion修饰电极,并研究其对DA的电催化行为。实验结果表明,Graphene/Nafion修饰电极能够增大DA的氧化峰电流和排除AA的干扰,实现DA的高灵敏、高选择性检测。DA的氧化峰电流与浓度在5×10-7~5.19×10-smol/L范围内呈现良好的线性关系,相关系数为0.9999,检出限为2.9×10-7mol/L(S/N=3)。Graphene/Nafion修饰电极具有良好的稳定性和重现性。  (3)通过滴涂的方法构建Graphene/PVP(PolyvinylPyrrolidone,PVP)修饰电极,并研究其对DA的催化氧化行为。PVP的酰亚胺与DA的酚羟基之间能够形成氢键,DA在Graphene/PVP修饰电极表面可以有效地富集,实现DA的高灵敏性检测;另外,PVP能够削弱AA与石墨烯之间的π-π共轭,实现DA的选择性检测。与Graphene/Chi、Graphene/Nafion修饰电极相比,Graphene/PVP修饰电极具有宽的线性范围和低的检测限。DA的氧化峰电流与其浓度在5.0×10-7~1.13×10-3mol/L范围内呈现良好的线性关系,相关系数为0.9999,检出限为3.8×10-8mol/L(S/N=3)。Graphene/PVP修饰电极具有良好的稳定性和重现性。  (4)用抗坏血酸作为还原剂,通过超声加热的方法,实现了对氧化石墨烯的还原,紫外、红外、扫描电镜和电化学方法表征了还原态的石墨烯。将石墨烯与壳聚糖复合,构建Graphene/Chi修饰电极,该电极能够将溶液中共存的AA和DA的氧化峰分开,达到同时检测的目的。在优化的条件下,在83.3μMDA溶液中,AA的浓度与相应的电流在0.6~1678.1μM范围内呈良好的线性关系,相关系数为0.9991,检测限为0.01μM。同样,在83.3μMAA存在的条件下,DA的浓度与相应的电流在0.3~1067.5μM范围内呈良好的线性关系,相关系数为0.9983,检测限为0.1μM。石墨烯修饰电极表现出了良好的重现性、稳定性和高的灵敏度,并成功地应用于血清样品中DA和AA的同时检测。
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