一种基于两种电化学方法联用的过氧化氢传感器的制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于检测过氧化氨的传感器的制备方法，属于新型纳米功能材料 与电化学生物传感分析技术领域。
【背景技术】
[0002] 过氧化氨是一种氧化剂，一般情况下能够分解为水和氧气，但比较慢，当加入催化 剂(或生物酶)时，反应速度加快，由此可W即时得到过氧化氨的量或催化剂(或生物酶）的 量，同时在生物体内过氧化氨也经常W反应中间体的形式存在，因此，过氧化氨在医学诊 断、临床治疗、环境检测和食品生产等领域均扮演着重要的角色，研究开发过氧化氨检测方 法也就具有十分重要的应用价值。电化学生物传感分析技术由于操作简便、检测速度快等 优势，日益得到人们的重视。目前，用于检测过氧化氨的电化学生物传感分析技术按照检测 手段来分主要有电化学传感器、电致化学发光传感器和光电化学传感器=种。其中，电致化 学发光传感器和光电化学传感器相对于电化学传感器，具有背景信号噪音少、灵敏度高、检 测成本低等特点，近几年被越来越多的研究者所关注。
[0003] 电致化学发光也称为电化学发光，是指通过电化学方法在电极表面产生一些特殊 的物质，运些物质之间或与体系中其他组分之间通过电子传递形成激发态，由激发态返回 到基态产生发光现象。电致化学发光传感器即通过改变电极表面的修饰材料，与分析物产 生电化学发光，在最优条件下，根据分析物浓度与电化学发光强度的相关变化实现对分析 物的定性定量分析。
[0004] 光电化学传感器是基于外加光源激发光电敏感材料导致电子-空穴对进行分离， 在合适的偏电位条件下，实现电子在电极、半导体及修饰物和分析物上的快速传递，并形成 光电流。在最优条件下，分析物浓度的变化会直接影响光电流的大小，可W根据光电流的变 化实现对分析物的定性定量分析。
[0005] 但是，由于电致化学发光传感器需要外置光信号捕捉设备如光电二极管等，而光 电化学传感器需要外设光源来激发光电敏感材料，运在一定程度上影响了二者操作的便捷 性，限制了他们在实际生产、生活中更为广泛的应用。因此，设计、制备更为简便、快捷的检 测过氧化氨的电化学生物传感分析技术具有十分重要的实用价值。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种操作简单、携带方便、检测快、成本低的过氧化氨传感 器的制备方法，所制备的传感器，可用于日常生产、生活等领域的对过氧化氨的快速、灵敏 检测。基于此目的，本发明在同一电解池中，采用四电极系统，即两个工作电极、一个对电极 和一个参比电极，其中工作电极1采用儒渗杂的二硫化钢二维纳米材料Cd-Mo&和电聚合的 鲁米诺进行修饰，作为电致化学发光工作电极Wl，也作为自发光光源，工作电极2采用二氧 化铁纳米粒子溶胶Ti化NPs和辣根过氧化物酶溶液皿P进行修饰，作为光电化学工作电极 W2。进行检测时，在电解池中加入过氧化氨后，在Wl上施加阶跃电压，由于Cd-MoSs的催化、 增强和稳定发光的作用，鲁米诺与过氧化氨反应，产生电致化学发光，运便相当于"开灯"， 当阶跃电压为0时，电致化学发光消失，运便相当于"关灯"，与此同时在W2上一直施加恒定 电压，由于Ti化NPs会因为电致化学发光产生的发光激发导致电子-空穴对进行分离，皿P 催化过氧化氨产生氧气，使过氧化氨成为空穴"给体"，从而在W2上得到光电流，当电致化学 发光消失，即"关灯"时，光电流随即消失，产生的光电流的大小与过氧化氨浓度正相关，因 此通过记录光电流的大小即可实现对过氧化氨的检测。
[0007]基于W上发明原理，本发明采用的技术方案如下： 1. 一种基于两种电化学方法联用的过氧化氨传感器的制备方法，其特征在于，制备步 骤为： (1) 电致化学发光工作电极Wl的制备： 1) WITO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂儒渗杂的二硫化钢二维纳米材料Cd-MoS2溶液，覆盖面积为1 cm X 1 cm,室溫下惊干； 2) 将1)得到的工作电极，浸入电解液中，浸入面积为Cd-MoSs所覆盖的面积，利用S电 极系统对工作电极进行电化学沉积，沉积后取出工作电极，使用超纯水清洗，4 °C下避光干 燥，制得电致化学发光工作电极Wl; 所述的儒渗杂的二硫化钢二维纳米材料Cd-Mo S2溶液为Cd-MoSs的水溶液，所述的Cd-MoS2为渗杂有儒离子的二硫化钢二维纳米材料，所述的二维纳米材料为纸片状，厚度约为 10~20皿，所述的Cd-MoSs的制备方法为:将0.005~0.01 g氯化儒CdCl2、2~6血的0.1 mol/L 抗坏血酸溶液、0.5~1.5血的钢酸钢化2M0化溶液和0.01~0.03 g硫化钢化2S，混合并揽拌 15分钟后，放入反应蓋中，在150~220°C下，反应12~16小时;冷却至室溫后，使用去离子水离 屯、洗涂，在40 °C下进行真空干燥，即制得儒渗杂的二硫化钢二维纳米材料Cd-MoSs，将其溶 于去罔子水制得Cd-MoSs溶液； 所述的电解液为含有鲁米诺的硫酸溶液，所述的电解液中鲁米诺的浓度为1~IOmmol/ U硫酸浓度为O.^l.O mol/l; 所述的=电极系统，包括工作电极、参比电极和对电极，所述的参比电极为饱和甘隶电 极，所述的对电极为销丝电极； 所述的电化学沉积过程，采用的电化学方法为循环伏安法，起始电压为-0.2 V，终止电 压为1.5 V，扫速为100 mv/s，循环20~30圈； (2) 光电化学工作电极W2的制备： DWlTO导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8~12 yL二氧化铁纳米粒子溶胶Ti化 NPs,室溫下惊干； 2) 将1)中得到的工作电极放入马弗炉中，在450 °C下进行退火处理，处理后冷却至室 溫； 3) 将2)中得到的工作电极表面滴涂8~12 yL辣根过氧化物酶溶液HRP，4 °C下干燥，干 燥后用超纯水清洗，4 °C下干燥，制得光电化学工作电极W2; 所述的Ti化NPs为1 mg/血的二氧化铁纳米粒子水溶液； 所述的HRP为5 mU/mL的辣根过氧化物酶水溶液； (3) 基于两种电化学方法联用的过氧化氨传感器的制备方法： I)将W巧抓2面面相对插入电解池中，Wl与W2间距为0.5 cm~1.5 cm; 2似Ag/AgCl为参比电极RE、销丝电极为对电极CE,插入电解池中，与Wl和W2共同组成 四电极系统； 3) 在电解池中加入10血pH值为11~13的NaO田容液； 4) 将1)~3)所制得四电极系统W及电解池置于暗盒中，即制得基于两种电化学方法联 用的过氧化氨传感器。
[0008] 2.根据权利要求1所述的一种基于两种电化学方法联用的过氧化氨传感器的制 备方法，其特征在于，所述的传感器应用于过氧化氨的检测，其检测步骤为： (1) 利用电化学工作站，在Wl上采用阶跃电压的方法对Wl施加阶跃电压，初始电压为0 V，阶跃电压为0.7~0.9 V，阶跃时间为10~30 S;同时，在W2上采用时间-电流方法对W2施加 恒定电压，电压为0~0.6 V; (2) 在电解池中加入不同浓度的过氧化氨标准溶液，W2上的电流会随着过氧化氨浓度 的增大而相应增大，根据所得电流增大值与过氧化氨浓度之间的关系，绘制工作曲线； (3) 将待测过氧化氨溶液代替过氧化氨的标准溶液，按照（1)和(2)所述的过氧化氨工 作曲线的绘制方法进行检测。
[0009] 本发明的有益成果 (1) 本发明所述的过氧化氨传感器制备简单，操作方便，无需外部辅助设备，利用检测 设备的微型化、便携化，并实现了对过氧化氨的快速、灵敏、高选择性检测，具有广阔的市场 发展前景； (2) 本发明首次在同一电解池中采用四电极系统检测过氧化氨，实现了电致化学发光 与光电化学双功能信号放大策略。在电解池中随着过氧化氨浓度的增加，一方面，使得电致 化学发光强度线性增加，所激发的光电流线形增大；另一方面，过氧化氨作为电子给体，使 得光电化学反应中光电流线形增大。因此，电致化学发光和光电化学两种方法在同一电解 池中、同一电化学工作站下共同反应、相互作用，实现了对过氧化氨检测电信号的双重放 大，极大地提高了检测灵敏度和检出限，具有重要的科学意义。同时，由于无需另配激发光 源，使得检测设备更趋于微型化、集成化，具有广阔的市场应用价值。
【具体实施方式】
[0010] 实施例1 一种基于两种电化学方法联用的过氧化氨传感器 一种基于两种电化学方法联用的过氧化氨传感器的制备方法，具体的制备步骤为： (1)儒渗杂的二硫化钢二维纳米材料Cd-MoSs溶液的制备： 所述的儒渗杂的二硫化钢二维纳米材料Cd-Mo S2溶液为Cd-MoSs的水溶液，所述的Cd-MoS2为渗杂有儒离子的二硫化钢二维纳米材料，所述的二维纳米材料为纸片状，厚度约为 10~20皿，所述的Cd-MoSs的制备方法为:将0.005 g氯化儒CdCl2、2血的0.1 mol/L抗坏血 酸溶液、0.5 mL的钢酸钢化2Mo化溶液和0.01 g硫化钢化2S，混合并揽拌15分钟后，放入反 应蓋中，在150°C下，反应16小时;冷却至室溫后，使用去离子水离屯、洗涂，在40 °C下进行真 空干燥，即制得儒渗杂的二硫化钢二维纳米材料Cd-MoSs,将其溶于去离子水制得Cd-MoSs溶 液。
[0011] (2 )电致化学发光工作电极Wl的制备： 1) W 口O导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂（I)中制备的Cd-MoSs溶液，覆盖面积为 1 cm X 1 cm,室溫下惊干； 2) 将1)得到的工作电极，浸入电解液中，浸入面积为Cd-MoSs所覆盖的面积，利用S电 极系统对工作电极进行电化学沉积，沉积后取出工作电极，使用超纯水清洗，4 °C下避光干 燥，制得电致化学发光工作电极Wl; 所述的电解液为含有鲁米诺的硫酸溶液，所述的电解液中鲁米诺的浓度为1 mmol/L， 硫酸浓度为0.1 mol/l; 所述的=电极系统，包括工作电极、参比电极和对电极，所述的参比电极为饱和甘隶电 极，所述的对电极为销丝电极； 所述的电化学沉积过程，采用的电化学方法为循环伏安法，起始电压为-0.2V，终止电 压为1.5V，扫速为lOOmv/s，循环20圈。
[001^ (3)光电化学工作电极W2的制备： OWito导电玻璃为工作电极，在电极表面滴涂8 yL二氧化铁纳米粒子溶胶Ti化 NPs,室溫下惊干； 2) 将1)中得到的工作电极放入马弗炉中，在450 °C下进