CN108195920A - 用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备及分析方法 - Google Patents

用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备及分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于检测2,4,6‑三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，将2，5‑二羟基对苯二甲酸、三水合硝酸铜通过水热合成法制备Cu‑MOF‑74晶体；将氯化血红素溶解于甲醇水溶液制成氯化血红素储备液；将Cu‑MOF‑74晶体和氯化血红素储备液混合，使氯化血红素和Cu‑MOF‑74发生配位作用，氯化血红素固定于Cu‑MOF‑74的表面以及孔道内，制得氯化血红素/Cu‑MOF‑74复合材料；将氯化血红素/Cu‑MOF‑74复合材料分散于DMF中制成电极修饰液，取该修饰液滴涂于抛光的玻碳电极表面，置于干燥器中室温干燥得到2,4,6‑三氯苯酚的电化学传感器。本发明所制备的氯化血红素/Cu‑MOF‑74电化学传感器具有较低的检出限，能够更加灵敏的检测出测定实际样品中的2,4,6‑三氯苯酚，该电化学传感技术操作简单、灵敏度高、成本低。

Description

用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备及分析方法
技术领域
本发明属于一种电化学传感器的制备方法及分析方法，更具体涉及一种利用氯化血红素固定化酶催化检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器制备及分析方法。
背景技术
目前现有的2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)检测方法，具有样品预处理过程繁琐、检测时间长、仪器成本高等缺点。氯化血红素在水溶液中易形成二聚体和多聚体，丧失催化活性。传统分析中天然酶稳定性差，易受环境影响。现有的电化学方法检测2,4,6-三氯苯酚存在检出限不足，难以满足实际样品检测的要求等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测较为灵敏的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法及分析方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，
将2，5-二羟基对苯二甲酸、三水合硝酸铜通过水热合成法制备Cu-MOF-74晶体；
将氯化血红素溶解于甲醇水溶液制成氯化血红素储备液；
将Cu-MOF-74晶体和氯化血红素储备液混合，使氯化血红素和Cu-MOF-74发生配位作用，氯化血红素固定于Cu-MOF-74的表面以及孔道内，制得氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料；
将氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料分散于N,N-二甲基甲酰胺中制成电极修饰液，取电极修饰液滴涂于抛光的玻碳电极表面，置于干燥器中室温干燥得到2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器。
在一些实施方式中，所述水热合成法所用到的试剂为N,N-二甲基甲酰胺，异丙醇。
在一些实施方式中，将2，5-二羟基对苯二甲酸和三水合硝酸铜加入到N,N-二甲基甲酰胺形成澄清溶液后，再加入异丙醇得混合溶液，再由混合溶液制备Cu-MOF-74晶体。
在一些实施方式中，所述2，5-二羟基对苯二甲酸、三水合硝酸铜溶解于N,N-二甲基甲酰胺通过超声混合均匀。
在一些实施方式中，所述2，5-二羟基对苯二甲酸与三水合硝酸铜在真空环境中反应。
在一些实施方式中，所述Cu-MOF-74晶体的保存方法为：将Cu-MOF-74晶体浸泡于无水乙醇中4天，每24小时更换一次无水乙醇，再将Cu-MOF-74晶体置于150℃真空干燥5小时，并储存于惰性气氛中。
在一些实施方式中，所述甲醇水溶液中的水和甲醇的体积比为3:7。
在一些实施方式中，所述玻碳电极依次使用0.5μm和0.3μm的α-Al2O3悬浊液在麂皮上磨成镜面。
在一些实施方式中，所述玻碳电极通过N2吹干。
一种分析方法，具体分析步骤如下：
以氯化血红素/Cu-MOF-74为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，实验在电化学工作站上进行，其附属的计算机软件用作实验数据的采集和处理，用微量进样器取一定量不同浓度的2,4,6-三氯苯酚标准溶液加入到电解池中，在0.4-0.7V电位范围内进行差分脉冲扫描，记录差分脉冲伏安图，测量峰电流值；
其线性方程为：0.01-0.1μmol L-1：Ipa(μA)＝13.26C(μmol L-1)+0.03(R2＝0.996)，
0.10-9.0μmol L-1：Ipa(μA)＝3.27C(μmol L-1)+1.73(R2＝0.998)，检出限为0.005μmol L-1，所述2,4,6-三氯苯酚标准溶液的浓度范围为0.01-9μmol L-1，根据2,4,6-三氯苯酚的峰电流值与浓度间的关系绘制线性曲线图；
当检测环境中存在2,4,6-三氯苯酚时，电化学传感器在检测环境中产生电流信号，根据峰电流与2,4，6-三氯苯酚浓度间的线性关系图实现对样品的检测。
其有益效果为：本发明所制备的氯化血红素/Cu-MOF-74电化学传感器具有较低的检出限，能够更加灵敏的检测出测定实际样品中的2,4,6-三氯苯酚，为2,4,6-三氯苯酚的测定提供了一种有效的方法，该电化学传感技术操作简单、灵敏度高、成本低。
本发明选用N,N-二甲基甲酰胺作为复合材料的分散溶剂，N,N-二甲基甲酰胺挥发度小，室温下挥发速度慢，使用它作为电极修饰材料的分散溶剂滴涂于电极表面，最终在电极表面形成一层均匀的修饰材料膜，若使用乙醇、水等挥发速度快的溶剂作为分散液，由于挥发速度快会使电极表面形成的修饰材料膜产生裂痕，易脱落从而影响传感器检测性能。
本发明在水热合成法中添加的异丙醇使合成的Cu-MOF-74晶体材料表面以及孔道内形成更多不饱和的金属位点，提高了氯化血红素的固定量。
本发明使用无水乙醇浸泡晶体，可将晶体中的溶剂与无水乙醇进行交换，乙醇的沸点交底，有利于后续的干燥处理。
本发明中的氯化血红素为辣根过氧化物酶的活性中心，是以三价铁为活性中心的原卟啉分子，在辣根过氧化物酶外亦能够实现催化，是一种性能优良的模拟酶；氯化血红素分子之间容易通过大π键或是Fe-O-Fe键结合形成二聚物甚至多聚物，容易使其失去过氧化酶的性质，氯化血红素的二聚物或多聚物的形成使其在水溶液中的催化活性降低，但氯化血红素通过配位键固定于Cu-MOF-74基质上，便可有效地解决氯化血红素形成二聚体及多聚体的问题，固定后的氯化血红素在水溶液中的催化活性明显提高；Cu-MOF-74材料是由2,5-二羟基对苯二甲酸为有机配体，羧基氧原子、羟基氧原子与Cu配位构成三维峰巢状的稳定结构，拥有一维六边形孔道，且孔道内不满了高密度的不饱和金属位点；使用Cu-MOF-74固定氯化血红素分子，氯化血红素末端有两个-COOH基团，可与Cu-MOF-74中裸露的Cu金属为点结合形成配位键，从而实现氯化血红素在Cu-MOF-74中的固定；同时，Cu-MOF-74与氯化血红素分子之间存在π-π共轭作用也大大增加了氯化血红素在Cu-MOF-74间的吸附量，有效地提高了氯化血红素的催化活性；氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料制备方法简单、制作成本低、催化活性高且无毒无污染。使用本发明的分析方法所得的分析结果较为准确和有效。
附图说明
图1为本发明的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器对不同浓度2,4,6-三氯苯酚标准溶液的电化学相应信号图；
图2为本发明的峰电流与2，4，6-三氯苯酚标准溶液的浓度为0.01-0.10μmol L-1的线性关系图；
图3为本发明的峰电流与2，4，6-三氯苯酚标准溶液的浓度为0.10-9.0μmol L-1的线性关系图；
具体实施方式
实施例1
Cu-MOF-74晶体的制备：称取0.13g的2,5-二羟基对苯二甲酸和0.33g三水合硝酸铜溶解于20mL的N,N-二甲基甲酰胺中，超声5min充分溶解得到澄清的亮绿色溶液，随后加入1mL异丙醇，混合均匀得混合溶液。将混合溶液放置于50mL反应釜中，在真空环境中升温至80℃反应18小时。反应式如下：
反应结束后，自然冷却到室温，得微红色针状的Cu-MOF-74晶体，并用DMF清洗数次以除去未反应的硝酸铜与2,5-二羟基对苯二甲酸。将Cu-MOF-74晶体浸泡于100mL的无水乙醇中4天，每24小时更换一次乙醇溶液，再将Cu-MOF-74晶体置于150℃真空环境中干燥5小时并储存于惰性气氛中。
氯化血红素储备液的制备：将氯化血红素(Hemin)溶于水/甲醇混合溶剂中制成浓度为20mg L-1的氯化血红素储备液，水/甲醇混合溶剂中水和甲醇的体积比为3:7。
氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料的制备：称取5mg的Cu-MOF-74晶体加入到20mL的氯化血红素储备液中，使用铝箔封口，在室温下搅拌6小时，使氯化血红素和Cu-MOF-74发生配位作用，氯化血红素固定于Cu-MOF-74的表面以及孔道内。反应结束后，甲醇离心清洗至上清液无色，制得深红色固体氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料，将氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料在80℃的真空环境中干燥后于4℃储存。
电化学传感器的制备：将直径为5mm的玻碳电极依次使用0.5μm和0.3μmα-Al2O3(Buehler)悬浊液在麂皮上将玻碳电极磨成镜面，用无水乙醇和水超声清洗，得到平滑光洁新鲜的电极表面，并用N2流吹干电极表面。取1mg氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料分散在1mL的DMF中，取悬浊液滴加在处理好的玻碳电极表面，置于干燥器中，制得电化学传感器。
在含有10mL的pH值为7.0的磷酸缓冲溶液的电解液中，以氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极。实验在CHI852C电化学工作站上进行，其附属的计算机软件用作实验数据的采集和处理；用微量进样器取一定量的2,4,6-三氯苯酚溶液加入到电解池中，在0.4-0.7V电位范围内进行差分脉冲扫描，记录差分脉冲伏安图，测量峰电流值；按此方法加入不同浓度的2,4,6-三氯苯酚标准溶液，用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器对不同浓度2,4,6-三氯苯酚标准溶液的电化学相应信号如图1所示，通过图1可看出该电化学传感器对2,4,6-三氯苯酚样品的检测情况，随着2,4,6-三氯苯酚样品浓度的升高，检测的峰电流逐渐增强，呈线性变化。线性范围为0.01-9μmol L-1，其线性方程为：
0.01-0.1μmol L-1：Ipa(μA)＝13.26C(μmol L-1)+0.03(R2＝0.996)，
0.10-9.0μmol L-1：Ipa(μA)＝3.27C(μmol L-1)+1.73(R2＝0.998)，
检出限为0.005μmol L-1。
通过上述线性方程可得到峰电流与2，4，6-三氯苯酚浓度间的线性关系图。如图2所示，图2为2，4，6-三氯苯酚样品浓度在0.01-0.10μmol L-1范围内的线性关系图，在0.01-0.1μmol L-1范围内2,4,6-三氯苯酚在电极表面以吸附作用为主，图3为在2，4，6-三氯苯酚样品浓度在0.10-9.0μmol L-1浓度范围内的线性关系图，在0.1-0.1μmol L-1以扩散作用为主，因此该传感器对2,4,6-三氯苯酚的响应呈现两段线性。
本发明所提出的方法被用来检测水样中的2,4,6-TCP，采用标准加入法对已知浓度的2,4,6-TCP标准液进行验证。分析结果下表所示，其回收率在97.0％到102.0％之间，证实了当前方法的有效性和准确性。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域普通技术人员来讲，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，
将2，5-二羟基对苯二甲酸、三水合硝酸铜通过水热合成法制备Cu-MOF-74晶体；
将氯化血红素溶解于甲醇水溶液制成氯化血红素储备液；
将Cu-MOF-74晶体和氯化血红素储备液混合，使氯化血红素和Cu-MOF-74发生配位作用，氯化血红素固定于Cu-MOF-74的表面以及孔道内，制得氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料；
将氯化血红素/Cu-MOF-74复合材料分散于N,N-二甲基甲酰胺中制成电极修饰液，取电极修饰液滴涂于抛光的玻碳电极表面，置于干燥器中室温干燥得到2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器。
2.根据权利要求1所述的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述水热合成法所用到的试剂为N,N-二甲基甲酰胺、异丙醇。
3.根据权利要求2所述的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，将2，5-二羟基对苯二甲酸和三水合硝酸铜加入到N,N-二甲基甲酰胺形成澄清溶液后，再加入异丙醇得混合溶液，再由混合溶液升温加压制备Cu-MOF-74晶体。
4.根据权利要求3所述的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述2，5-二羟基对苯二甲酸、三水合硝酸铜溶解于N,N-二甲基甲酰胺通过超声混合均匀。
5.根据权利要求1所述的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述2，5-二羟基对苯二甲酸与三水合硝酸铜在真空环境中反应。
6.根据权利要求1所述的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述Cu-MOF-74晶体的保存方法为：将Cu-MOF-74晶体浸泡于无水乙醇中4天，每24小时更换一次无水乙醇，再将Cu-MOF-74晶体置于150℃真空干燥5小时，并储存于惰性气氛中。
7.根据权利要求1所述的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述甲醇水溶液中的水和甲醇的体积比为3:7。
8.根据权利要求1所述的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述玻碳电极依次使用0.5μm和0.3μm的α-Al2O3悬浊液在麂皮上磨成镜面。
9.根据权利要求7所述的用于检测2,4,6-三氯苯酚的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述玻碳电极通过N2气吹干。
10.一种分析方法，其特征在于，
以氯化血红素/Cu-MOF-74修饰的玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，实验在电化学工作站上进行，其附属的计算机软件用作实验数据的采集和处理，用微量进样器取一定量不同浓度的2,4,6-三氯苯酚标准溶液加入到电解池中，在0.4-0.7V电位范围内进行差分脉冲扫描，记录差分脉冲伏安图，测量峰电流值；
其线性方程为：0.01-0.1μmol L-1：Ipa(μA)＝13.26C(μmol L-1)+0.03(R2＝0.996)，
0.10-9.0μmol L-1：Ipa(μA)＝3.27C(μmol L-1)+1.73(R2＝0.998)，检出限为0.005μmolL-1，所述2,4,6-三氯苯酚的线性范围为0.01-9μmol L-1，根据2,4,6-三氯苯酚的峰电流值与浓度间的关系绘制线性曲线图；
当检测环境中存在2,4,6-三氯苯酚时，如权利要求1-8任一项所述的电化学传感器在检测环境中产生电流信号，根据峰电流与2,4，6-三氯苯酚浓度间的线性关系图实现对样品的检测。
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