[发明专利]碳纳米管纤维负载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，具体为一种基于碳纳米管纤维和金属酞菁制备电化学传感器的制备方法。

背景技术

人们越来越关注生态环境以及个人健康，其中如亚硝酸盐、过氧化氢、葡萄糖等与之息息相关的物质便也越来越受到人们的关注。亚硝酸盐是一种应用广泛的工业盐，如用于食品防腐剂、染料助剂等。它具有很好的溶解性，故在大自然分布十分广泛。但它同时也是一种危害人体健康的物质，能与血液中的的血红蛋白相结合，使血红蛋白失去运送氧的能力，在生物信号、癌症等方面扮演重要角色。过氧化氢是一种强氧化剂，在食品加工方面具有漂白、防腐和除臭的作用。我国食品添加剂使用标准表示，食品成品中的过氧化氢含量受到严格把控。过氧化氢也是生物过程中的重要小分子，对人体有毒害作用，甚至导致癌症等。葡萄糖是人体不可缺少的物质，其含量与新陈代谢能力和疾病病情状况有重要联系，尤其在糖尿病研究领域，葡萄糖的检测尤为重要。当下而言，用于亚硝酸盐、过氧化氢、葡萄糖等目标物的检测有许多方法，如常规滴定法、分光光度法、荧光光度法、高效液相色谱法等，但是各自存在灵敏度低、选择性不高、操作程序繁琐、成本昂贵等缺点。开发一种高灵敏度，快速的响应，高选择性和经济的稳定检测方法很有必要。

金属酞菁是一种结构类似金属卟啉，具有平面多电子共轭大π键结构的功能性化合物。它有很好的环境稳定性和热稳定性，以及优越的物理和化学性质，被广泛运用于催化氧化材料、传感器的敏感材料等方面。将其负载于合适的固体载体，克服其在水和多数有机溶剂中溶解度差的限制，实现金属酞菁异相催化。

碳纳米管纤维具有很好的传导电子能力和导电性，生物相容性，热稳定性和力学性能。碳纳米管纤维具有sp²杂化共轭结构，其与金属酞菁的大π共轭结构具有良好的亲和性，并且能弥补金属酞菁导电性差的不足。将二者进行有机复合有利于实现协同电催化作用。将其用于电化学传感器，有利于实现对目标物的准确灵敏、高选择性的稳定快速检测，在环境检测、医药工业、生物分析、食品安全等多个领域有重要意义。

发明内容

当下而言，用于亚硝酸盐、过氧化氢、葡萄糖等目标物的检测有许多方法，如常规滴定法、分光光度法、荧光光度法、高效液相色谱法等，但是各自存在灵敏度低、选择性不高、操作程序繁琐、成本昂贵等缺点。本发明目的在于提供一种具有高灵敏度，快速的响应时间，良好选择性和稳定性等特点的电化学传感器的制备方法，具体步骤如下：

第一步，配制电化学法所需的金属酞菁溶液

将金属酞菁和四丁基高氯酸铵加入到N,N-二甲基甲酰胺中，通过超声法促进其充分溶解，金属酞菁浓度为0.01~0.5 mM，四丁基高氯酸铵浓度为0.01~1.0 M，制备得电化学法所需沉积液。

第二步，电化学法制备碳纳米管纤维/金属酞菁复合电极

采用三电极体系，将一定长度的碳纳米管纤维作为工作电极，铂丝作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极。利用电化学工作站，采用恒电流法或者恒电位法，对于恒电位法，采用沉积电压是0.1~5 V，沉积时间是1~500 s；对于恒电流法，采用沉积电流是0.1~5 mA，沉积时间为1~500 s。将金属酞菁负载于碳纳米管纤维表面，用去离子水浸洗，以除去表面残留液体及杂质，室温下空气干燥24小时，制得碳纳米管纤维/金属酞菁复合电极。

第三步，将碳纳米管纤维/金属酞菁复合电极用于目标物的检测

先配制磷酸盐缓冲溶液（pH：2~12，浓度：0.01~1.0 M），再配制含有目标物的磷酸盐缓冲液。采用三电极体系，将碳纳米管纤维/金属酞菁复合电极作为工作电极，铂丝作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，利用电化学工作站，检测电流对目标物浓度的响应，检测方法包括：

1）循环伏安法。利用三电极体系，扫描范围采用0~1.0 V，在相应的扫描速率下，检测目标物氧化还原过程，以及不同扫描速率和不同目标物浓度的电流响应情况。

2）恒电位法。利用三电极体系，设定相应的恒电位和时间，测定不同目标物浓度的响应电流。

3）计时电流法。利用三电极体系，磷酸盐缓冲溶液通过磁子以恒定速率不断搅拌，依次加入相应离子表征其选择性。逐渐微量增加目标物浓度，检测响应电流和响应时间。