[发明专利]一种选择性检测亚硝酸根离子的电化学传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种高效选择性检测亚硝酸根离子的电化学传感器，首先制备了核‑壳异质结构的Cu‑MOF@ZIF‑8，然后基于Cu‑MOF和ZIF‑8的热稳定性差异，在氩气气氛中通过热解Cu‑MOF@ZIF‑8合成了核‑壳异质结构的Cu@C@ZIF‑8复合材料。以Cu@C@ZIF‑8修饰玻碳电极(Cu@C@ZIF‑8/GCE)为电化学传感器，在电解质溶液中对亚硝酸根离子进行电化学检测。Cu@C@ZIF‑8/GCE对亚硝酸根离子显示出了良好的检测灵敏性和优越的选择性。本发明构建的电化学传感器能实现对亚硝酸根离子的定量分析，且能够对亚硝酸根离子进行快速检测。

技术领域

本发明涉及电化学传感器技术领域，尤其涉及一种选择性检测亚硝酸根离子的电化学传感器及其制备方法与应用。

背景技术

亚硝酸盐是应用最广泛的工业盐之一，在熟食、香肠和泡菜中常用作膳食补充剂和防腐剂。然而，在食品和饮料工业中过度使用亚硝酸盐作为防腐剂会对生态系统和人类健康造成危害。此外，胃中亚硝酸盐的存在与胺和酰胺相互作用，形成N-亚硝胺化合物，这些化合物是致癌物质。目前为止，多种亚硝酸根离子分析策略已被开发，如原子吸收/发射光谱、电化学传感器、X射线荧光光谱、表面增强拉曼散射和比色光谱。特别是电化学方法，由于其操作简单、灵敏度高、成本低以及便携性，是亚硝酸根离子检测的良好策略。对于电化学方法，选择性检测食品中低浓度亚硝酸根离子的能力是有效监测亚硝酸根离子的关键。因此，设计具有良好选择性能力的先进电极材料非常重要。

金属-有机骨架(MOFs)是由有机连接体连接的无机金属团簇构成的一类结晶材料。它们由于其高比表面积，可裁剪性强，孔径可调，易于制备等优点，在各种应用中引起了广泛的兴趣，特别是在传感方面。有趣的是，MOFs中的孔隙可以通过调整孔径来功能化，以利用尺寸排他性效应来识别小分子，这有利于提高电化学传感检测的选择性。因此，开发高性能MOFs功能电极材料用于食品安全检测领域是电化学传感器设计的研究热点。对于纯MOFs，由于其存在稳定性差、导电性差等问题，限制了其在电催化中的应用。为了提高MOFs的导电性，一种有效方法是将MOFs与其他导电性良好的功能纳米材料，如石墨烯，碳纳米管，碳量子点，贵金属纳米粒子等相结合。目前大部分文献的报道是将单一的功能纳米材料封装于MOFs空腔内，然而，单一功能材料在催化性方面存在一定的局限性。因此，迫切需要开发一种选择性、灵敏的亚硝酸盐检测方法，将两种功能材料同时封装于MOFs空腔内，不但能够发挥两种功能材料各自的催化作用，而且可以产生良好的协同催化效应，使其电催化性能大大提升。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种高效选择性检测亚硝酸根离子的电化学传感器，首先制备了核-壳异质结构的Cu-MOF@ZIF-8，然后基于Cu-MOF和ZIF-8的热稳定性差异，在氩气气氛中通过热解Cu-MOF@ZIF-8合成了核-壳异质结构的Cu@C@ZIF-8复合材料。以Cu@C@ZIF-8修饰玻碳电极Cu@C@ZIF-8/GCE为电化学传感器，并将Cu@C@ZIF-8电极作为电化学传感平台测定亚硝酸根离子。本发明的方法操作简单、响应速度快、选择性高、稳定性好，使实地、在线快速检测亚硝酸根离子成为一种可能。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的第一方面，提供一种快速检测亚硝酸根离子的电化学传感器，所述电化学传感器包括玻碳电极，所述玻碳电极上覆有Cu@C@ZIF-8电极，所述Cu@C@ZIF-8电极为核-壳异质结构的复合材料。

本发明的第二方面，提供上述电化学传感器的的制备方法，包括以下步骤：

(1)将Cu(NO₃)₂·3H₂O，乙酸和三甲胺加入乙醇溶液中，超声得到均匀的溶液，将均苯三甲酸加入到上述溶液中，超声处理后得到混合液，将混合液在室温条件下反应，反应完毕再用CH₃OH洗涤并离心，干燥后得到Cu-MOFs；