基于PVN-GO复合膜的亚硝酸盐电化学传感器*

2014-07-18郑冬云张倩倩刘晓军朱珊莹曹汇敏陈亚光

传感器与微系统 2014年12期

关键词：中南复合膜亚硝酸盐

郑冬云，张倩倩，刘晓军，朱珊莹，曹汇敏，陈亚光

(1.中南民族大学生物医学工程学院，湖北武汉 430074；2.中南民族大学脑认知国家民委重点实验室，湖北武汉 430074)

基于PVN-GO复合膜的亚硝酸盐电化学传感器*

郑冬云1,2，张倩倩1,2，刘晓军1,2，朱珊莹1,2，曹汇敏1,2，陈亚光1,2

(1.中南民族大学生物医学工程学院，湖北武汉 430074；2.中南民族大学脑认知国家民委重点实验室，湖北武汉 430074)

聚香兰素；氧化石墨烯；玻碳电极；亚硝酸盐；电化学传感

0 引言

石墨烯(graphene)是世界上最薄的新型二维纳米材料,其厚度仅为0.35 nm，因具有优异的电学、力学和热学性质，而在各个领域中应用广泛[3～5]。其中，在生物医学领域应用较多的是功能化氧化石墨烯 (graphene oxide,GO)。GO因其表面含有大量的含氧活性基团，如羰基、羧基、羟基与环氧基等,而具有良好的生物相容性和水溶液稳定性,同时有利于化学功能化修饰，以应用于不同领域。香兰素(vanillin,VN)是重要的食用香料之一，在分析化学领域常作为检验蛋白质、氮杂荀、间苯三酚及单宁竣的试剂，而将VN作为电极修饰剂的工作还未见报道。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

VN和亚硝酸钠(NaNO2)购自上海试剂公司。NaNO2溶于水中制备成0.1 mol/L的储备液，并于4 ℃下保存。所有试剂均为分析纯，未经纯化直接使用。实验用水均为二次蒸馏水。水样为南湖湖水，未经任何处理，直接用于实际样品分析。

所有的电化学实验都在CHI660D电化学工作站(上海辰华仪器公司)上完成。采用传统的三电极系统，铂丝(Pt)为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，修饰的玻碳电极(GCE)或裸GCE为工作电极。扫描电镜是在FEI-Sirion 200场发射扫描电子显微镜(FEI公司)上完成的。电化学交流阻抗实验以5 mmol/L铁氰化钾溶液为支持电解质，在CHI660D电化学工作站上完成。

1.2 GO的制备

2 结果与讨论

2.1 PVN—GO复合膜的表征

图1 不同电极的扫描电镜图Fig 1 SEM images of different electrodes

电极表面的阻抗Z′大小直接影响着待测物质与电极表面进行电子传递速率的快慢，因此，对不同电极进行了电化学交流阻抗谱(EIS)表征。支持电解质为含有5 mmol/L[K3Fe(CN)6]的0.1 mol/L的KCl溶液，利用电化学交流阻抗Z″对氧化还原探针Fe(CN)63-/4-在不同电极上的电子传递动力学进行了研究。图2显示了不同电极的电化学交流阻抗图形，阻抗图中半圆半径的大小代表电阻的大小。由图2可明显看出:裸GCE表面的电阻最大；GO/GCE的电阻仅次于裸GCE，这或许是由于GO表面带负电荷的含氧基团与Fe(CN)63-/4-之间的静电排斥作用；在PVN/GCE上，该电阻有所降低，这可能是由于PVN低聚体的形成，有效改善了电极表面性能；Fe(CN)63-/4-在PVN—GO/GCE上的电阻降为最低，表明PVN-GO复合膜是优良的导电材料，可以有效促进电子传递，提高传感器的检测灵敏度，缩短响应时间。

图2 Fe(CN)63-/4-在不同电极上的电化学交流阻抗谱图Fig 2 Dependence of electrochemical AC impedance spectra on different electrodes

图在不同电极上的线性扫描伏安曲线(扫描速度：100 mV/s)Fig 3 Linear scan voltammogramms curve of 4 mmol/L N on different electrode(scan rate is 100 mV/s)

2.3 pH和扫描速率的影响

图4 PVN—GO/GCE上的氧化峰电流与其浓度之间的线性关系Fig 4 Linear relationship between oxidation peak currents of N and its concentrations at PVN—GO/GCE

2.5 传感器性能与实际样品分析

3 结论

表1 样品分析结果Tab 1 Results of sample analysis

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ZHENG Dong-yun1,2, ZHANG Qian-qian1,2, LIU Xiao-jun1,2, ZHU Shan-ying1,2, CAO Hui-min1,2, CHEN Ya-guang1,2

(1.College of Biomedical Engineering,South-Central University for Nationalities,Wuhan 430074,China;2.Key Laboratory of Brain Cognitive Science,State Ethnic Affairs Commission,South-Central University for Nationalities,Wuhan 430074,China)