功能电化学传感器的研制与其在渔业生态环境监测中的应用

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1、分类号密级UDC编号硕士学位论文功能电化学传感器的研制及其在渔业生态环境监测中的应用李猛（1014036）指导教师姓名崔毅研究员杨凤副教授张旭志副研究员专业名称水产养殖论文答辩日期2013年6月2日学位授予日期2013年6月INVESTIGATIONOFFUNCTIONALELECTROCHEMICALSENSORSANDTHEIRAPPLICATIONINFISHERYECOLOGICALENVIRONMENTALMONITORINGByLIMengAThesisSubmittedtoDalianOceanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequ

2、irementfortheDegreeofMaster(Agriculture)Advisor:CUIYiYANGFeng&ZHANGXuzhiCommencedin:June,2011Completedin:May,2013本研究由国家自然科学基金（21005086）山东省自然科学基金（ZR2011BQ029）共同资助摘要摘要电化学传感器采用电极作为换能元件，其具有许多优点如灵敏度高、成本低、便携等，因而受到了电分析化学工作者的青睐。本论文的主要内容是高灵敏度、高实用性电化学传感器的研制，及其在渔业环境多种目标物质检测中的应用。决定电化学传感器性能的关键要素之一是工作电极。实验制备出

3、了两种功能性电化学工作电极——导电碳黑糊电极（CCBPE）和石墨烯-离子液体糊电极（G-ILPE），表征结果表明，二者皆具有良好的伏安分析性能。以之为基础的电化学伏安传感器应用于己烯雌酚（DES）和重金属铅的快速测定，实验取得了满意的结果。此外，基于所研制的高灵敏传感器，钙黄绿素（CA）的电化学行为及其与DNA的相互作用机理也得到了系统研究。全文包括六个章节。第一章为文献综述，对研究背景及选题依据进行了综述。第二章是功能电极CCBPE的研制、表征及应用。以合适比例的导电碳黑（CCB）与石蜡油制备出稳定性较好的糊电极，实验结果表明：该电极具有比表面积大，背景电流小，电荷传递能力强，吸附性

4、好等特点。采用循环伏安（CV）、线性扫描伏安（LSV）等一系列方法对DES在CCBPE上的电化学行为和电极响应机理进行了研究以及初步探讨。在此基础上，对支持电解质种类、pH值、富集电位和富集时间等一系列影响伏安响应信号的因素进行了研究和优化。在优化-9-7条件下，DES的氧化峰电流与其浓度在3.1×10~1.55×10M范围内呈现出-9良好的线性关系，检测限为1.55×10M（S/N=3）。据此建立了一种快速、高灵敏的DES检测方法。应用于测定经过简单预处理的淡水渔业水样，得到了满意的结果。第三章是海水中重金属铅的阳极溶出伏安检测新方法的建立。以CCBPE为工作电极，实验研究并优化了支

5、持电解质种类、pH值、富集电位、富集时间、镀铋、干扰物质等各种影响测定铅的相关参数，使得其检测限可达0.1μg/L。据之建立了海水中重金属铅的快速检测方法。应用于青岛近海渔业水样的检测，结果与采用原子吸收光谱法所得吻合良好，表明这种操作简单、快速、免汞、低费用的检测模式具有巨大的潜在应用价值。第四章是CA的电化学行为及其与DNA的相互作用的研究。在CCBPE上，CA进行2个质子、2个电子转移的不可逆氧化还原反应。在优化的分析条件下，CA的浓度在0.64-9.60μM的范围内与氧化峰电流（ipa）呈很好的线性关系，检测线可达到0.32μM（S/N=3）。实验分别采用伏安法和光谱法对CA和

6、DNA的相互作用进行了研究。结果表明，CA能够通过嵌插模式与DNA结合在一起。I摘要7实验条件下，CA和dsDNA的结合数n=1，结合常数β为1.10×10。在环介导等温基因扩增（LAMP）体系中，CA与DNA也明显出现该相互作用，致使CA的指示灵敏度出现了一定程度的降低。第五章是G-ILPE的研制与表征。将合适比例的N-辛基吡啶六氟磷酸盐（OPFP）和石墨粉一起研磨制备出G-ILPE。采用电化学方法对其性能进行了表征，结果表明该功能电极具有优良的富集、电子传导等特性。采用光学方法进一步对该电极优异电化学性能的形成机理进行了剖析，我们建立并验证了一个假说——研磨机械力致使石墨烯剥离，离

7、子液体作用使得石墨烯稳定存在，电极表面石墨烯提供较多活性位点，因而G-ILPE表现出高灵敏度、高催化性等特点。第六章为结论与展望。关键词：电化学传感器；导电碳黑糊电极；石墨烯-离子液体糊电极；己烯雌酚；重金属铅；钙黄绿素IIAbstractAbstractElectrochemicalsensorsarecenteredgreatexpectationsfortheirobviousadvantages,suchasportability,lo