CN106645342A - 一种用于检测溴氰菊酯的电化学传感器制备方法 - Google Patents

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王俊博
董泽刚
兰天宇
王贵
余桂元
陶文亮
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Abstract

本发明公开了一种用于检测溴氰菊酯的电化学传感器的制备方法，该方法包括(1)制备石墨烯作为分散液；(2)取裸玻碳电极抛光至镜面，再依次在无水乙醇、去离子水中超声并烘干，作为待加工玻碳电极；(3)取步骤(1)制得的分散液滴加在经步骤(2)处理的待加工玻碳电极表面上，然后烘干得到用石墨烯修饰的玻碳电极；(4)按照常规方法将步骤(3)所得的玻碳电极用于检测溴氰菊酯的电化学传感器。本方法所制备的电化学传感器与现有技术相比具有以下优点：不仅灵敏度高，而且有优良的稳定性、重复性；此外，本方法还有下述优点：制备步骤简单，无需复杂设备，检测成本低。适用于溴氰菊酯残留样品的检测。

Description

一种用于检测溴氰菊酯的电化学传感器制备方法
技术领域
本发明涉及用电化学技术方法测试或分析材料，具体来说，涉及用于检测溴氰菊酯的电化学传感器。
背景技术
众所周知，溴氰菊酯又叫敌杀死，属于广谱、中毒性、低残留杀虫剂，主要用于棉花、蔬菜、果树和中草药等害虫及卫生害虫的防治，具有杀虫谱广、活性高和对哺乳动物低毒等特点。但是皮肤接触可引起刺激症状，出现红色丘疹；急性中毒时，轻者有头痛、头晕、恶心、呕吐、食欲不振、乏力；重者还可出现肌束震颤和抽搐。
目前，检测溴氰菊酯的方法主要有色谱法、质谱法、免疫分析法和电化学法等。其中，电化学方法、尤其是结合化学修饰电极具有灵敏度高、响应速度快、仪器低廉、操作简便和成本低廉等特点，目前已经成为一种重要的分析手段。而将纳米材料引入化学修饰电极是目前电化学法的前沿领域，例如中国专利申请件2016101485070号《一种基于电化学发光激发的溴氰菊酯光电化学传感器的制备方法及应用》就是采用基于功能纳米材料构建的具备电致化学发光和光电化学双重信号策略的生物免疫传感器，该传感器有操作简单、携带方便、检测快、成本低的优点，可用于日常生产、生活等领域的对溴氰菊酯的快速、灵敏检测。但该技术方案用作工作电极的材料复杂，制备难度较高。
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是仅为原子层厚度的准二维材料，故又叫做单原子层石墨。它是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的新型纳米材料。迄今为止，尚无以石墨烯作为电极修饰材料制备电化学传感器的申请件。
发明内容
本发明旨在提供一种用于检测溴氰菊酯的电化学传感器的制备方法，用石墨烯修饰的玻碳电极用于检测溴氰菊酯，不仅灵敏度高，而且还有优良的稳定性、重复性。
发明人提供的用于检测溴氰菊酯的电化学传感器的制备方法由以下步骤组成：
(1)使用CHI660E电化学工作站，三电极体系均为石墨棒，4mL1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF6)和4mL水作为电解液，连续循环伏安法电解，石墨棒通过离子液体上的阳离子和片层上键的相互作用如洋葱般片状剥落在离子液体层；水层有少量产物，反应完毕后将离子液体层黑色沉淀收集，用无水乙醇洗净，在干燥箱中干燥，就得到带有极少量离子液体的石墨烯，作为分散液；
(2)取有效直径为3mm的裸玻碳电极抛光至镜面，再依次在无水乙醇、去离子水中超声并烘干，作为待加工玻碳电极；
(3)取步骤(1)制得的分散液滴加在经步骤(2)处理的待加工玻碳电极表面上，然后烘干得到用石墨烯修饰的玻碳电极；
(4)按照常规方法将步骤(3)制备所得的玻碳电极用于检测溴氰菊酯的电化学传感器。
上述步骤(1)中所述连续循环伏安法电解是在-10～10V电压下即扫速为0.5V s-1下进行的，电解时间为4～5h；所述干燥是于50℃～60℃下干燥5～6h。
上述步骤(2)中，所述超声处理时间控制在5min。
上述步骤(3)中，所述分散液的用量为5μL。
上述步骤(4)中，所述常规方法包括玻碳电极清洗、玻碳电极的石墨烯修饰和电化学法检测溴氰菊酯工序；所述电化学传感器使用的设备包括检测池、对电极、参比电极、工作电极和电化学工作站。
发明人指出：工作电极是电化学传感器的核心部件，也是实现快速、灵敏检测溴氰菊酯的关键。因此本发明制备的经过石墨烯材料修饰的电极作为工作电极，即可大幅度改善电化学传感器的性能，达到提高检测灵敏度和稳定性的目的。
本方法所制备的电化学传感器与现有技术相比具有以下优点：不仅灵敏度高，而且有优良的稳定性、重复性；此外，本方法还有下述优点：制备步骤简单，无需复杂设备，检测成本低。适用于溴氰菊酯残留样品的检测。
附图说明
图1为本发明方法制得的石墨烯的SEM照片，
图2为不同浓度的溴氰菊酯的DPV图，
图3为不同浓度的溴氰菊酯与DPV峰电流的线性关系曲线。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1 玻碳电极的制备
①石墨烯的电化学法制备
使用CHI660E电化学工作站，三电极体系均为石墨棒，4mL 1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF6)和4mL水作为电解液，在-10～10V电压下(扫速：0.5V s-1)连续循环伏安法电解4～5h，石墨棒会象洋葱皮一样通过离子液体上的阳离子和片层上π键的相互作用片状剥落在离子液体层；水层有少量产物，反应完毕后将离子液体层黑色沉淀收集，用无水乙醇洗涤干净，在干燥箱中50℃～60℃干燥5～6h，就得到带有极少量离子液体的单层石墨烯，作为分散液。
②石墨烯的SEM表征
将步骤①得到的石墨烯置于10000倍的电子显微镜下得到如图1所示的SEM图。由图1可见，得到的石墨烯具有片层状的结构，因此具有很大的比表面积，提供反应活性位点。
③制备石墨烯修饰的玻碳电极
取2mg步骤①制备的石墨烯按下述方法制备石墨烯修饰的玻碳电极：加入2mL DMF溶液，在超声条件下分散2h，得到浓度为1mg/mL的分散液；取有效直径为3mm的玻碳电极依次用0.3、0.05μm氧化铝悬浊液在麂皮上抛光至镜面，去除表面氧化物等杂质，并依次在无水乙醇、去离子水中超声5min洗去氧化铝粉末，在红外灯下烘干，得到抛光后的待加工玻碳电极(GCE)；用移液枪取5μL分散液滴加在待加工玻碳电极表面，置于红外灯下烘干后即制得石墨烯修饰电极。
实施例2 玻碳电极主要技术指标的考察
①以实施例1所制备的石墨烯修饰的玻碳电极为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，以铂电极为对电极，建立具有电解池的三电极***；
②将溴氰菊酯标准品加入到pH为13、浓度为0.2mol L-1的KCl-NaOH 50％乙醇缓冲溶液中，配制出浓度分别为1×10-6mol L-1、10×10-6mol L-1、50×10-6mol L-1和100×10- 6mol L-1的4个浓度的对溴氰菊酯标准品溶液；再移到恒温水浴锅中45℃的水解3min，再分别加入到步骤①的三电极***的电解池中，采用差分脉冲伏安法按以下程序和参数进行扫描：扫描电位-0.9V～-1.8V，电位增量0.01V～0.001V，振幅0.1V～0.01V，脉冲宽度0.2s，采样宽度0.0167s，脉冲周期0.5s，静止时间5s；先获得如图2所示的每一浓度标准品溶液所对应的脉冲电压与电流的关系曲线a～e，即DPV图，然后拾取每一条曲线上的DPV峰电流值，再以峰电流值为纵坐标，以标准品溶液的浓度为横坐标，在直角坐标系绘制出峰电流值与标准品溶液的浓度对应关系的曲线并进行线性回归，得到如图3所示溴氰菊酯的标准曲线；溴氰菊酯的标准曲线为ipc＝-0.9083-0.0321c，上述标准曲线方程中，ipc为DPV峰电流值，单位为μA，c为溴氰菊酯标准品溶液的浓度，单位为μmol L-1。
由图2可见，4个浓度的溴氰菊酯标准品溶液均在脉冲电位于为-1.38V附近都有DPV峰值电流，而且标准品在溶液中的浓度越高对应的曲线在DPV图中的位置也越高，在DPV峰值电流处曲线之间的分离度良好。
③溴氰菊酯农药实际样品检测：称取5g陈皮，绞碎制成试样。置于50mL离心管中，准确加入15mL丙酮，漩涡震荡混匀后以5000r/min离心10min，将上层清液转移至布氏漏斗中减压抽滤，取滤液备用。从中取5mL陈皮滤液移至50mL容量瓶,用pH13.0的0.2mol L-1的KCl-NaOH的50％乙醇缓冲溶液稀释到刻度。取10mL向其中分别加入一定量的溴氰菊酯标准溶液，再置于最适温度条件(45～50℃)下水解完全，再置电解池中进行测量，并做回收率实验，再根据建立的溴氰菊酯标准曲线，确定陈皮中溴氰菊酯含量。检测结果如表1所示：
表1 样品测定结果

Claims (5)

1.一种用于检测溴氰菊酯的电化学传感器的制备方法，其特征在于该方法发明人提供的用于检测溴氰菊酯的电化学传感器的制备方法由以下步骤组成：
(1) 使用CHI660E电化学工作站，三电极体系均为石墨棒，4 mL1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF6)和4 mL水作为电解液，连续循环伏安法电解，石墨棒通过离子液体上的阳离子和片层上π键的相互作用如洋葱般片状剥落在离子液体层；水层有少量产物，反应完毕后将离子液体层黑色沉淀收集，用无水乙醇洗净，在干燥箱中干燥，就得到带有极少量离子液体的石墨烯，作为分散液；
(2) 取有效直径为3mm 的裸玻碳电极抛光至镜面，再依次在无水乙醇、去离子水中超声并烘干，作为待加工玻碳电极；
(3) 取步骤(1)制得的分散液滴加在经步骤(2)处理的待加工玻碳电极表面上，然后烘干得到用石墨烯修饰的玻碳电极；
(4) 按照常规方法将步骤(3) 制备的玻碳电极用于检测溴氰菊酯的电化学传感器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述连续循环伏安法电解是在-10～10 V电压下即扫速为0.5 V s-1下进行的，电解时间为4～5 h；所述干燥是于50℃～60℃下干燥5～6 h。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(2)中，所述超声处理时间控制在5min。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中，所述分散液的用量为5μL 。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(4)中，所述常规方法包括玻碳电极清洗、玻碳电极的石墨烯修饰和电化学法检测溴氰菊酯工序；所述电化学传感器使用的设备包括检测池、对电极、参比电极、工作电极和电化学工作站。
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