基于PVN-GO復合膜的亞硝酸鹽電化學傳感器*

鄭冬云， 張倩倩， 劉曉軍， 朱珊瑩， 曹匯敏， 陳亞光

(1.中南民族大學 生物醫學工程學院，湖北 武漢 430074；2.中南民族大學 腦認知國家民委重點實驗室，湖北 武漢 430074)

基于PVN-GO復合膜的亞硝酸鹽電化學傳感器*

鄭冬云1,2， 張倩倩1,2， 劉曉軍1,2， 朱珊瑩1,2， 曹匯敏1,2， 陳亞光1,2

(1.中南民族大學 生物醫學工程學院，湖北 武漢 430074；2.中南民族大學 腦認知國家民委重點實驗室，湖北 武漢 430074)

聚香蘭素； 氧化石墨烯； 玻碳電極； 亞硝酸鹽； 電化學傳感

0 引 言

石墨烯(graphene)是世界上最薄的新型二維納米材料,其厚度僅為0.35 nm，因具有優異的電學、力學和熱學性質，而在各個領域中應用廣泛[3～5]。其中，在生物醫學領域應用較多的是功能化氧化石墨烯 (graphene oxide,GO)。GO因其表面含有大量的含氧活性基團，如羰基、羧基、羥基與環氧基等,而具有良好的生物相容性和水溶液穩定性,同時有利于化學功能化修飾，以應用于不同領域。香蘭素(vanillin,VN)是重要的食用香料之一，在分析化學領域常作為檢驗蛋白質、氮雜荀、間苯三酚及單寧竣的試劑，而將VN作為電極修飾劑的工作還未見報道。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

VN和亞硝酸鈉(NaNO2)購自上海試劑公司。NaNO2溶于水中制備成0.1 mol/L的儲備液，并于4 ℃下保存。所有試劑均為分析純，未經純化直接使用。實驗用水均為二次蒸餾水。水樣為南湖湖水，未經任何處理，直接用于實際樣品分析。

所有的電化學實驗都在CHI660D電化學工作站(上海辰華儀器公司)上完成。采用傳統的三電極系統，鉑絲(Pt)為對電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，修飾的玻碳電極(GCE)或裸GCE為工作電極。掃描電鏡是在FEI-Sirion 200場發射掃描電子顯微鏡(FEI公司)上完成的。電化學交流阻抗實驗以5 mmol/L鐵氰化鉀溶液為支持電解質，在CHI660D電化學工作站上完成。

1.2 GO的制備

2 結果與討論

2.1 PVN—GO復合膜的表征

圖1 不同電極的掃描電鏡圖Fig 1 SEM images of different electrodes

電極表面的阻抗Z′大小直接影響著待測物質與電極表面進行電子傳遞速率的快慢，因此，對不同電極進行了電化學交流阻抗譜(EIS)表征。支持電解質為含有5 mmol/L[K3Fe(CN)6]的0.1 mol/L的KCl溶液，利用電化學交流阻抗Z″對氧化還原探針Fe(CN)63-/4-在不同電極上的電子傳遞動力學進行了研究。圖2顯示了不同電極的電化學交流阻抗圖形，阻抗圖中半圓半徑的大小代表電阻的大小。由圖2可明顯看出:裸GCE表面的電阻最大；GO/GCE的電阻僅次于裸GCE，這或許是由于GO表面帶負電荷的含氧基團與Fe(CN)63-/4-之間的靜電排斥作用；在PVN/GCE上，該電阻有所降低，這可能是由于PVN低聚體的形成，有效改善了電極表面性能；Fe(CN)63-/4-在PVN—GO/GCE上的電阻降為最低，表明PVN-GO復合膜是優良的導電材料，可以有效促進電子傳遞，提高傳感器的檢測靈敏度，縮短響應時間。

圖2 Fe(CN)63-/4-在不同電極上的電化學交流阻抗譜圖Fig 2 Dependence of electrochemical AC impedance spectra on different electrodes

圖在不同電極上的線性掃描伏安曲線(掃描速度：100 mV/s)Fig 3 Linear scan voltammogramms curve of 4 mmol/L N on different electrode(scan rate is 100 mV/s)

2.3 pH和掃描速率的影響

圖4 PVN—GO/GCE上的氧化峰電流與其濃度之間的線性關系Fig 4 Linear relationship between oxidation peak currents of N and its concentrations at PVN—GO/GCE

2.5 傳感器性能與實際樣品分析

3 結 論

表1 樣品分析結果Tab 1 Results of sample analysis

[1] Miller A B,Linseisen J.Achievements and future of nutritional cancer epidemiology[J].Int J Cancer,2010,126(7):1531-1537.

[2] Hord N G,Tang Y,Bryan N S.Food sources of nitrates and nitrites:The physiologic context for potential health benefits[J].Am J Clin Nutr,2009,90: 1-10.

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[4] Huang P,Zhu H,Jing L,et al.Graphene covalently binding aryl groups: Conductivity increases rather than decreases[J].ACS Nano,2011,5(10):7945-7949.

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[8] 郭蕓蕓，張勝海，呂家根，等.魯米諾重氮化化學發光選擇性測定水中的亞硝酸鹽[J].分析試驗室，2014,33(5):533-536.

[9] 張克營，張 娜，徐基貴，等.基于碳納米薄片的修飾電極的制備及其在亞硝酸鹽檢測中的應用[J].分析試驗室，2013,32(11):31-33.

ZHENG Dong-yun1,2, ZHANG Qian-qian1,2, LIU Xiao-jun1,2, ZHU Shan-ying1,2, CAO Hui-min1,2, CHEN Ya-guang1,2

(1.College of Biomedical Engineering,South-Central University for Nationalities,Wuhan 430074,China;2.Key Laboratory of Brain Cognitive Science,State Ethnic Affairs Commission,South-Central University for Nationalities,Wuhan 430074,China)

10.13873/J.1000—9787(2014)12—0060—04

2014—09—03

國家自然科學基金資助項目 (31070885，61178087); 湖北省自然科學基金資助項目 (BZY09010)；中南民族大學中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(CZY14017，CTZ12001，CZQ12013)；中南民族大學科研團隊項目 (XTZ09002)

O 657.1

A

1000—9787(2014)12—0060—04

鄭冬云(1981-)，女，湖北武漢人，博士，講師，主要從事電化學與生物傳感器方面的研究。