还原石墨烯-纳米过渡金属氧化物共修饰电极的构建及偶氮色素的电化学检测研究.pdf

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1、分类号密级还原石墨烯-纳米过渡金属氧化物共修饰电极的构建及偶氮色素的电化学检测研究研究生姓名：刘晓鹏指导教师姓名、职称：贺全国（教授）邓培红（教授）学科专业：生物医学工程研究方向：生物传感器湖南工业大学二零一八年六月十二日摘要苋菜红、日落黄、柠檬黄等偶氮类色素为常用的食品着色剂，其使用成本和稳定性都较天然着色剂好，在食品制造业的使用频率较高。但是当人体摄入过多的偶氮类色素可能会造成过动症、智力衰退、甚至可能引发癌症。因此，偶氮类色素已成为影响食品安全与人类健康的一大隐忧。偶氮类色素传统的检测方法主要为高效液相色谱法，但是该方法成本高、耗时多、操

2、作复杂。电化学分析方法具有灵敏度高、操作简单等优点，但其干扰因素比较多，需要选择专一性比较高的催化剂。因此，本课题以电化学分析方法为基础，对复合材料共修饰电极进行一系列研究，旨在研究开发出一套灵敏、快速、价廉的电化学检测方法，用于快速检测偶氮类色素含量。石墨烯具有良好的导电性、较大的比表面积和优异的刚度与延展性能，常被用于制备灵敏度高和选择性大的修饰电极。过渡金属氧化物具有耐热性好、对光、热和杂质敏感等特点，常被用作催化剂来加快反应速度。本课题将还原石墨烯作为基底材料，与过渡金属氧化物如MnO2、Cu2O和TiO2等进行复合，并附载在玻碳电极上

3、构建出石墨烯-过渡金属氧化物共修饰电极，从而制备出对苋菜红、日落黄和柠檬黄三种偶氮色素敏感的电化学传感器。采用SEM、TEM和XRD等仪器对复合材料和修饰电极进行表征。利用二阶线性扫描伏安法对偶氮色素在修饰电极表面的电化学反应进行了研究与测试。实验结果发现MnO2-还原石墨烯复合修饰电极对苋菜红的检测效果最优、Cu2O-还原石墨烯复合修饰电极对日落黄的检测效果最优，而TiO2还原石墨烯复合修饰电极对柠檬黄的检测效果最优。所制备的偶氮色素电化学传感器可应用于实际样品的检测，优于已有文献报道研究的成果。三种偶氮色素电化学传感器研究结果如下：1.利用

4、MnO2-还原石墨烯复合材料构建苋菜红电化学传感器利用水热法制备纳米棒状MnO2，利用改良的Hummer法制备氧化石墨烯（GO）；将纳米棒状MnO2与GO以一定的比例进行复合并附载到玻碳电极上得到修饰电极MnO2NRs-GO/GCE，利用电化学方法还原得到纳米棒状MnO2-还原石墨烯复合修饰电极（MnO2NRs-ErGO/GCE）。采用透射电镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）对修饰电极材料的形貌和物相进行了表征。采用循环伏安法研究了苋菜红I在裸电极（玻碳电极，GCE），还原石墨烯（ErGO）或MnO2NRs-ErGO修饰的玻碳电极上的电化学行

5、为，并研究了检测条件，如：底液pH值、富集电位、富集时间，对苋菜红电化学行为的影响。结果表明，MnO2NRs-ErGO复合材料增大了玻碳电极的电化学活性面积，提高了苋菜红的电化学氧化响应灵敏度。在最优的检测条件下，线性扫描−8−5伏安法检测苋菜红线性范围为2.0×10mol/L~1.0×10mol/L和−5−4−81.0×10mol/L~4.0×10mol/L，检出限为1.0×10mol/L（S/N=3）。该修饰电极检测用于真实饮料样品，获得满意结果。2.利用Cu2O-还原石墨烯复合材料构建日落黄电化学传感器将Cu2O-氧化石墨烯（Cu2O-G

6、O）复合材料在玻碳电极表面进行电化学还原，制备Cu2O-还原石墨烯复合膜修饰的玻碳电极（Cu2O-ErGO/GCE）。采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对修饰电极材料的形貌和物相进行了表征。通过循环伏安法和二阶导数线性扫描伏安法考察了日落黄在裸电极及ErGO或Cu2O-ErGO修饰电极上的电化学行为，并对测定条件如底液pH值、富集电位、富集时间进行了优化。结果表明，Cu2O-ErGO增大了电化学活性面积，提高了日落黄的电化学氧化响应。在最优的检测条件下，线性扫描伏安法−8−5−9检测日落黄线性范围为2.0×10~2.0×10mol/

7、L，检测限为6.0×10mol/L（S/N=3）。该修饰电极具有制备简单、选择性好、灵敏度高等优点，且可用于检测饮料样品中的日落黄含量。3.利用TiO2-还原石墨烯复合材料构建柠檬黄电化学传感器将TiO2-氧化石墨烯（TiO2-GO）复合材料在玻碳电极表面进行电化学还原，制备TiO2-还原石墨烯复合膜修饰的玻碳电极（TiO2-ErGO/GCE）。采用透射电镜和X射线衍射仪对修饰电极材料的形貌和物相进行了表征。通过循环伏安法和二阶导数线性扫描伏安法考察了日落黄在裸电极及ErGO或TiO2-ErGO修饰电极上的电化学行为，并对测定条件如底液pH值、

8、富集电位、富集时间进行了优化。结果表明，TiO2-ErGO增大了电化学活性面积，提高了柠檬黄的电化学氧化响应。在最优的检测条件下，线性扫描伏安法检测柠