基于碳纳米管修饰电极的甲醛生物传感器.kdh

《基于碳纳米管修饰电极的甲醛生物传感器.kdh》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第40卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第6期2012年6月ChineseJournalofAnalyticalChemistry909～914DOI:10．3724/SP．J．1096．2012．11171基于碳纳米管修饰电极的甲醛生物传感器*张仁彦张学骜贾红辉李新华(国防科学技术大学理学院工程物理研究所，长沙410073)摘要利用甲醛脱氢酶和羧基化多壁碳纳米管修饰的丝网印刷电极，制备了基于还原型辅酶Ⅰ检测的甲醛生物传感器，并优化了传感器的检测条件。结果表明，此传感器对甲醛有较好的电催化氧化作用，显著降低了甲醛的氧化峰电位。在0．001～11mmol/L范围内，响应电流

2、与甲醛的浓度线性相关，其线性回归方程为i(!A)=0．944c(mmol/L)+0．0623，相关系数为0．9934，响应时间约为20s，检出限为0．2!mol/L(S/N=3)。关键词碳纳米管;甲醛脱氢酶;还原型辅酶Ⅰ;丝网印刷电极1引言［1，2］甲醛(HCHO)是一种无色、易溶、具有强烈刺激性气味的有机污染物，快速准确地检测甲醛对于环境保护和人类健康具有重要意义。其传统检测方法主要有分光光度法、催化动力学光度法、荧光光度［3，4］法、电化学法及色谱法等。上述方法的主要缺陷在于需要现场采集样品，再到实验室内进行分析，［5］不能满足快速、实时在线检测和连续检测等要求。而传统的电化学

3、传感器虽然制作简单、成本较低、［4］产品性能稳定，但其所受干扰物质多，且电解质易与被测甲醛气体发生不可逆化学反应。生物传感器，特别是电化学生物传感器，具有检测速度快、在线分析能力强、灵敏度高、特异性好等［6］优点，有望实现对甲醛的快速实时在线检测和连续检测。研究表明，甲醛在甲醛脱氢酶(FDH)的催化下生成甲酸和还原型辅酶Ⅰ(NADH)，通过检测甲醛酶催化反应中生成的NADH可以实现对甲醛的［7～10］检测。相关研究在近年取得了重大进展。但是，NADH在普通电极上电催化氧化过程需要较高的［7］氧化峰电位(＞1V)。在如此高的氧化峰电位下检测NADH的过程易受其它电化学反应的干扰，从而

4、［11］［12，13］使NADH的直接测定变得十分困难。碳纳米管具有大的比表面积和优异的电子输运性能，用［14］其修饰电极可以显著降低NADH的氧化峰电位。本研究构建了可以在低电位下检测NADH的羧基化多壁碳纳米管修饰丝网印刷电极，并采用自组装法将FDH固定化在该电极表面，制备了基于NADH检测的甲醛生物传感器。与现有的电化学传感［3，9］+器相比，此生物传感器引入了对甲醛特异性敏感的FDH，并实现了NAD的再生，提高了传感器的抗干扰能力和使用寿命。但是，此传感器仍存在对检测环境要求较高、检出限较高等不足。2实验部分2．1仪器与试剂CHI760C电化学分析仪/工作站(上海辰华仪器有

5、限公司);pHS-25型pH计，HH恒温水浴锅(江苏中大仪器厂);KQ-500B型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);DZF型真空干燥箱(北京科委永兴仪器有限公司);SZ-93自动双重纯水蒸馏器(上海亚荣生化仪器厂)。+甲醛脱氢酶(FDH，Putida公司);氧化型辅酶Ⅰ(NAD)和还原型辅酶Ⅰ(NADH)，均购于Sigma公司;羧基化的多壁碳纳米管(深圳纳米港公司);银浆427SS、碳浆423SS(分析纯，Acheson公司)，实验用水均为二次蒸馏水，其它试剂均为分析纯。实验所用的甲醛标准气体用乙酰丙酮分光光度法标定。［7］2．2甲醛生物传感器的制备2011-10-16收稿;

6、2012-01-14接受*E-mail:xazhang@nudt．edu．cn910分析化学第40卷甲醛生物传感器的制备见文献［7］。在0．5mm厚的陶瓷基板上依次印刷银层、碳层和绝缘层，放入90℃真空干燥箱中15min。用微量注射器取5!L1．0g/L多壁碳纳米管溶液，滴于电极表面，室温下空气中风干。制得的羧基化多壁碳纳米管修饰的丝网印刷电极如图1a所示，其中直径为4mm的圆盘为工作电极，银电极作为参比电极，碳电极为对电极。取一片制备好的羧基化多壁碳纳米管修饰的丝网印刷电极，经水洗后以氮气吹干;滴50!L戊二醛溶液于其上，室温中保存1h，水洗后以氮气吹干;滴5!LFDH溶液在工作

7、电极和参比电极之间的反应区域，室温静置4h，水洗后以氮气吹干，即得甲醛生物传感器，置于4℃冰箱中冷藏待用。2．3检测系统的搭建采用的检测系统如图1b所示，以在线气体扩散法通过气液的相转移途径，将甲醛由气相转入甲醛+分析溶液(含有NAD的磷酸盐缓冲溶液)中。实验中，甲醛标准气体在适当的位置注入到缓慢匀速流动的氮气流中，载带待测物的氮气流通过甲醛分析溶液时，甲醛生物传感器产生暂态电流时间曲线，据此可以对甲醛进行定量分析。［7］图1羧基化多壁碳纳米管修饰的丝网印刷电极(a)