复合碳纳米材料用于瘦肉精类分子的电化学传感分析

【摘要】：“瘦肉精”是一类叫做p-受体兴奋剂类的药物,最常见的有克伦特罗(CLB)、莱克多巴胺(RAC)和沙丁胺醇(SAL),易在动物体内残留并通过食物链被人体摄入,会导致人体中毒,严重威胁到公众健康和生命安全。为了保证公众健康,本文致力于将复合纳米材料应用到电化学传感器中实现对猪肉等样品中残留“瘦肉精”的快速灵敏检测,同时探讨这类物质在传感界面发生的电化学反应。主要有以下几个方面的研究：将氧化石墨烯(GO)和酸化后的单壁碳纳米管(SWCNT)超声分散在Nafion的乙醇溶液中,滴涂于玻碳电极(GCE)表面,形成GO/SWCNT-Nafion/GCE。采用扫描电子显微电镜(SEM)对不同修饰电极的表面形貌进行表征,探讨了其对克伦特罗分子的循环伏安(CV)行为和差分脉冲伏安(DPV)行为,发现GO/SWCNT-Nafion复合膜对CLB分子表现出了显著的电催化氧化活性,其作用机制是CLB分子(1)中的苯胺基被氧化,在0.98V表现出特征氧化峰(Ⅰ),产生的激发态阳离子(2)与CLB分子通过"Head-to-head"耦合形成CLB的二苯胺中间体(3),在低电位下发生分子内电子转移形成CLB二聚体(4)。在优化的实验条件下,该复合膜对CLB在浓度为1.0×10-8～6.0×10-6mol/L范围具有良好的线性响应,检测下限达到6.0×10-9mol/L。该电极具有良好的选择性、重现性和稳定性,可应用于猪肉和猪肝脏样品中CLB的测定,加标回收率达到96.9-105.3%,表明该方法在食品安全分析领域具有应用价值。将酸化后的双壁碳纳米管(DWCNT)和氧化石墨烯(GO)按照1：1的比例超声分散于Nafion的乙醇溶液中,滴涂于玻碳电极(GCE)表面制成氧化石墨烯／双壁碳纳米管-Nafion修饰电极(GO/DWCNT-Nafion/GCE)用于莱克多巴胺的检测。采用扫描电子显微镜(SEM)对不同修饰电极表面的形貌进行了表征。通过循环伏安法(CV)和差分脉冲伏安法(DPV)对莱克多巴胺(RAC)在电极上的电化学行为进行研究并探讨了其氧化机理。实验结果表明,该氧化反应发生在莱克多巴胺分子两端的酚羟基上,伴随着两个单位的质子和电子的转移。在优化的实验条件下,该修饰电极对莱克多巴胺具有良好的线性响应,范围为1.0×10-8-1.0×10-5 mol/L,检测限为5.4×10-9 mol/L。该修饰电极具有良好的选择性、稳定性和重现性。最终,该修饰电极成功用于猪血清和猪尿样品中莱克多巴胺的检测,加标回收率为93.92-104.7%,表明本方法在食品安全领域具有应用前景。通过液相还原法制备多壁碳纳米管负载铂纳米粒子复合材料,超声分散于Nafion溶液中,滴涂于玻碳电极(GCE)表面制得了纳米铂/多壁碳纳米管-Nafion修饰玻碳电极(PtNPs/MWCNT-Nafion/GCE)。研究了沙丁胺醇(SAL,1)在该修饰电极表面的循环伏安(CV)行为和差分脉冲伏安(DPV)行为,发现PtNPs/MWCNTs-Nafion复合膜对SAL分子表现出了显著地电催化氧化活性,其作用机制是沙丁胺醇分子(1)失去一个单位的电子和质子后形成自由基中间体(2),自由基中间体(2)通过分子内电子共振转移到与酚羟基相邻的碳原子上形成自由基中间体(3),两个单位的中间体(3)通过C-C键的键合形成中间体(4),中间体(4)在该体系内容易转化为稳定的沙丁胺醇二聚体(5)。在优化的实验条件下,该复合膜修饰电极对SAL在浓度为3.0×10-8-2.0×10-6mol/L范围内有着良好的线性响应,检测限为1.0×10-8mol/L。该修饰电极具有良好的选择性、稳定性和重现性,可应用于猪肉和猪肝脏样品中SAL的测定,加标回收率可达94.76-104.6%,表明该方法在食品安全分析领域具有实际应用价值。
【关键词】：氧化石墨烯 碳纳米管 纳米铂 电化学传感器 瘦肉精
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O657.1;TP212