[发明专利]碳纤维沉积金属酞菁制备电化学传感器

说明书

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，具体为一种基于碳纤维和金属酞菁制备电化学传感器的制备方法。

背景技术

随着人们环保意识和健康意识的进一步提升，对亚硝酸盐、过氧化氢、葡萄糖等目标物的检测越发受到人们的关注。其中亚硝酸盐作为一种工业盐，被广泛用于食品添加剂、染料助剂和抗腐蚀剂等添加剂中，亚硝酸盐具有很好的溶解性，故在大自然分布广泛。但它同时也是一种危害人体健康的物质。由于亚硝酸盐的强氧化性，其能与人体中的血红蛋白结合，使血红蛋白失去输送氧的能力[3]。同时在生物信号、癌症等方面也扮演重要角色。过氧化氢是许多酶促反应的媒介或产物，也是生物过程的信号分子，具有很重要的作用。但它也对细胞和组织具有毒害作用。葡萄糖是血液的必备成分，但过量的葡萄糖是引起糖尿病的原因。目前，其测定方法虽多，如分光光度法、化学发光法、高效液相色谱法等，但存在灵敏度低、易受杂质的干扰、选择性有限、检测费用昂贵等不足。因此，开发一种简单快速、灵敏且成本较低的方法来实现高效快速检测很有必要。

碳纤维具有完善的石墨化结构，良好的传导电子能力，高的热传导性及导电性，并且适合作为功能性纤维载体，在电催化领域显示出了良好的应用前景。金属酞菁是一类具有18个π电子的大共轭体系的功能性化合物，具有很强的储存和传递电子的能力，有利于电化学反应时电子的传递和转移，具有良好的催化能力和导电能力，故在电化学催化方面被广泛研究。碳纤维sp²杂化共轭结构与金属酞菁的大π共轭结构亲和能力强，将二者进行有机复合有利于实现电子的快速传递和协同电催化作用。将其用于电化学传感器，有利于实现对目标物的高灵敏度、高选择性和快速检测，在食品安全检测、水质检测、环境保护中有重要意义。

目前，亚硝酸盐、过氧化氢、葡萄糖等目标物浓度的测定方法虽多，如分光光度法、化学发光法、高效液相色谱法等，但存在灵敏度低、选择性有限、检测费用昂贵等不足。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种制备碳纤维/金属酞菁复合电极的方法，使其用于电化学传感器能够简单、灵敏、高效、快速检测目标物，具体内容如下：

第一步，制备沉积金属酞菁的电解液

将金属酞菁溶于N,N-二甲基甲酰胺，超声使其充分溶解，制成浓度为0.01~0.5 mM的金属酞菁溶液。再加入四丁基高氯酸铵，其浓度为0.01~1.0 M，充分溶解后，制得电沉积电解液。

第二步，电化学沉积制备碳纤维/金属酞菁复合电极

采用三电极体系，以一定长度的碳纤维为工作电极，Ag/Ag⁺电极为参比电极，铂丝为对电极，通过电化学工作站，采用恒电位法、恒电流法或循环伏安法，将金属酞菁沉积于碳纤维表面。采用恒电位法时，其沉积电压为0.1~5 V，沉积时间为1~1000 s；恒电流法时其沉积电流为0.1~5 mA，沉积时间为1~1000 s，采用循环伏安法时，其电压范围为0-5 V，循环次数为1-100次。所得复合电极用去离子水浸洗以除去表面残留液体及杂质，室温空气干燥24小时，制得碳纤维/金属酞菁复合电极。

第三步，将碳纤维/金属酞菁复合电极用于目标物的检测

配制pH值为5~10，浓度为0.01~1.0 M的磷酸盐缓冲溶液，然后将目标物亚硝酸盐溶于磷酸盐缓冲液中，制得含有目标物的磷酸缓冲液。采用三电极体系，以碳纤维/金属酞菁复合电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，通过电化学工作站，检测方法包括：

1）恒电位法。采用三电极体系，设定相应的恒电位电压0.5-1 V和时间 1-1000 s，测定碳纤维/金属酞菁复合电极在不同目标物浓度的磷酸盐缓冲溶液中的响应电流。

2）循环伏安法。采用三电极体系，设定扫描电压范围-0.2~1.0 V，扫描速率0.001-0.5 V/s，测定碳纤维/金属酞菁复合电极在不同目标物浓度的磷酸盐缓冲溶液中的循环伏安曲线。

3）计时电流法。采用三电极体系，向以恒定速率不断搅拌的磷酸盐缓冲溶液中，逐渐加入一定浓度的含有目标物的磷酸缓冲液，有规律的提高溶液中目标物浓度，检测电流的响应情况。