[发明专利]一种基于锐钛矿型TiO2纳米粒子的pH传感器及pH值检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于锐钛矿型TiO₂纳米粒子的pH传感器及pH检测方法。利用TiO₂纳米粒子的特性，经过简单的滴涂晾干操作，获得pH传感器。采用电致化学发光技术，对其发光电位随pH变化的行为进行记录，获得pH值检测方法。该pH值检测原理可进一步构建pH生物传感器对酶底物的浓度进行检测。

背景技术

TiO₂纳米材料具有比表面积大，表面吸附特性活跃，可产生高的光电催化效率等优势，已广泛用于制作燃料电池、污水处理等。其表面性质活跃，易于通过吸附沉积进行二级修饰，以获得更高的光电荷获取效率。此外，TiO₂纳米材料的光电活性也受到广泛关注，在紫外光的激发下，TiO₂纳米粒子可产生较强的光电流。近年来，纳米半导体材料的电致化学发光性质得到了较为广泛的研究。以发光强度为检测变量，纳米电致化学发光传感器可用于检测水相中的金属离子、生物体系中的小分子、蛋白和核酸浓度，获得了较高的灵敏度。TiO₂纳米晶体作为新兴的电致化学发光体展现出较稳定的电致化学发光信号。有研究报道，TiO₂纳米粒子表面的zeta电位可因“电位决定离子”的吸附而改变，这一性质可能为TiO₂纳米粒子作为电致化学发光体带来新的应用空间。

目前广泛应用的pH测定方法有pH试纸法和玻璃电极法。pH试纸法一般用于粗略测量，其显色区域颜色判定与蘸取测试液多少、读取时间及判定者的主观因素密切相关，有时误差可达1-2个pH单位。玻璃电极法是常用的较精确的pH测量方法，测量精确度通常可达0.1pH单位，更精密的仪器甚至可达0.01pH单位。但是，玻璃电极法仍存在一些不足，例如在测量过程中需先对温度和两个标准pH缓冲液校正，然后再测量待测液的pH值，对于少量样品的检测操作较复杂。

发明内容

本发明提供了一种基于锐钛矿型TiO₂纳米粒子的pH传感器及pH值检测方法，利用简单的滴涂晾干方法，将锐钛矿型TiO₂纳米粒子固定于ITO导电玻璃表面，形成均匀薄膜，应用三电极系统，获得pH传感器。

本发明的技术方案为：一种基于锐钛矿型TiO₂纳米粒子的pH传感器，为三电极结构，Ag/AgCl作为参比电极，Pt电极作为辅助电极，以ITO导电玻璃为基底层，涂覆锐钛矿TiO₂纳米粒子层作为pH传感器的工作电极。

以ITO导电玻璃为基底层，涂覆锐钛矿TiO₂纳米粒子层，再通过氨基-氨基或氨基-羧基交联反应将选定的酶-底物催化反应体系中的酶修饰到TiO₂纳米粒子修饰区域上方作为pH传感器中的工作电极。

应用所述的基于锐钛矿型TiO₂纳米粒子的pH传感器的pH值检测方法，步骤为：

第一步：锐钛矿TiO₂纳米粒子采用超声均匀分散于水相中；

第二步：将经超声分散的锐钛矿TiO₂纳米粒子滴涂在洁净的ITO导电玻璃底端，室温下晾干，形成平铺均匀薄膜，构建成pH传感器的敏感元件，室温避光保存待用；

第三步：将所构建的经TiO₂纳米粒子修饰的ITO导电玻璃作为工作电极，Ag/AgCl作为参比电极，Pt电极作为辅助电极，连接形成三电极系统，获得完整的pH传感器，调整缓冲溶液的pH值，检测不同pH值情况下pH传感器上所修饰的TiO₂纳米粒子的电致化学发光信号，记录不同pH值下的电致化学发光峰电位，应用origin6.1软件拟合峰电位-pH值工作曲线及pH值计算公式。

应用所述的基于锐钛矿型TiO₂纳米粒子的pH传感器的pH值检测方法，步骤为：

第一步：锐钛矿TiO₂纳米粒子采用超声均匀分散于水相中；

第二步：将经超声分散的锐钛矿TiO₂纳米粒子滴涂在洁净的ITO导电玻璃底端，室温下晾干，形成平铺均匀薄膜，构建成pH传感器的敏感元件，室温避光保存待用；