[发明专利]一种用于汞离子检测的光电化学传感器的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于汞离子检测的光电化学传感器的制备方法,属于化学分析测试领域。

背景技术

汞离子是常见的重金属污染物之一，其在环境中的扩散可导致在人体组织中富集并损坏人体组织器官。目前检测汞离子的方法有，例如光谱法、色谱法、电化学法及免疫分析法等。然而每种方法都至少有下列缺点之一，如设备昂贵、方法复杂、稳定性差、耗时、灵敏度不高、选择性一般等特点。因此，寻求方便、简便、超灵敏、高特异性的汞离子分析法是分析工作者的兴趣点之一。

光电化学检测是一种新颖的测试方法，该方法是基于光激发光电信标导致电子-空穴对的分离，在合适的偏电位条件下，实现电子在分析物、半导体及电极上快速传递，从而形成光电流，分析物的存在能够定量地影响光电流的变化，从而实现对分析物的光电化学检测。就光电信标而言，目前的设计体系主要基于单一的半导体，例如：纳米二氧化钛、硫化镉、硒化镉、碲化镉、吡啶钌、聚噻吩衍生物等。然而，单一的半导体由于光生电子对易复合，从而抑制光电信号的产生及进一步地影响光电化学检测灵敏度。因此，提高光生载流子对的有效浓度，提高光电转化效率是提高光电化学检测灵敏度的关键。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能促进电子-空穴对的有效分离，提高光生电子的生成比率的用于汞离子检测的光电化学传感器的制备方法。

技术方案：本发明所述的用于汞离子检测的光电化学传感器的构建方法，包括如下步骤：

（1）将玻碳电极清洁后，用光阳极材料苝四羧酸/石墨烯异质结悬浮液滴涂于玻碳电极表面于室温下晾干后；

（2）将氨基化T碱基固定于经EDC-NHS活化处理后的电极表面；具体方法为：

将1～4 mmol L^-1的EDC和2.5～10 mmol L^-1的NHS按照1：1的比例混合，将电极浸于上述混合液中于室温下放置1～2小时；接着用缓冲液淋洗电极表面，然后，将5～20μmol L^-1 的氨基化T碱基溶液滴涂于电极表面，于4℃下温育过夜后用缓冲液淋洗电极表面；

（3）分别在不同电极或分次在同一电极的表面滴涂待检测的不同浓度的汞离子和干扰离子；

（4）在滴涂有汞离子的电极表面滴涂羟胺和氯金酸混合溶液，利用汞离子催化在电极表面形成纳米金；具体方法为：

将含有0.1%吐温80的40～80 mmol L^-1羟胺和0.3～0.6 mmol L^-1氯金酸按1：1的比例混合，取其10～20 μL滴涂于电极表面于25℃下温育7分钟后用缓冲液淋洗电极表面。

进一步地，所述苝四羧酸/石墨烯异质结悬浮液的制备方法为：将0.5×10^-4 – 2×10^-4 mol L^-1的苝四羧酸DMF溶液和0.5×10^-2 – 2×10^-2 mg mL^-1的石墨烯悬浮液按照2:1 – 8:1的比例在室温条件下混合超声1～4小时，再搅拌1～4小时静置过夜，生成苝四羧酸/石墨烯异质结。

苝四羧酸区别于一般的有机半导体如三联吡啶钌、卟啉及聚噻吩等，因为其是含有四个羧基基团芳环有机分子，对称性的四个羧基中有两个可用于异质结的构建，另两个可以实现与探针分子的共价键合。苝四羧酸的禁带宽度为1.66 eV，吸收边为745 nm，其在可见光范围内有广泛的吸收，因此其能吸收更多的光子，即可产生更多的光生载流子对，同时其具有很好的光学稳定性，因此其为优良的光电化学信标。石墨烯是零带隙半导体，其载流子迁移率比硅高100倍，在室温下具有微米级自由程和大的相干长度，是纳米电路的理想材料。此外，石墨烯还具有完美的量子隧道效应及半整数的量子霍尔效应等一系列性质。这些优异的性能使得石墨烯在纳米电子器件、气体传感器、电池，超级电容器和储氢方面及纳米复合材料等领域有光明的应用前景。本发明将苝四羧酸和石墨烯复合而成其异质结有益于苝四羧酸光生载流子对的快速分离及转移，比起单一的苝四羧酸作为光电信标，苝四羧酸-石墨烯异质结基光电流能增大约2.4倍（图8所示）。从而能够提高光电化学检测的灵敏度。

玻碳电极清洁方法为：将玻碳电极经0.3 μm粒径三氧化二铝悬浮液抛光后，依次用乙醇和纯水清洗干净，然后放置室温晾干。