納米材料修飾電極在電分析中的應用

納米材料修飾電極在電分析中的應用

　　摘要：納米材料是指三維空間尺度至少有一維處于納米量級(1-100nm)的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子所組成的新一代材料。本文就納米材料修飾電極在電分析中的應用進行了探討。

　　關鍵詞：納米材料 應用 修飾電極

　　一、引言

　　納米材料是指三維空間尺度至少有一維處于納米量級(1-100nm)的材料，具有小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等與本體材料不同的性質。

　　小尺寸效應表現為表面原子周圍缺少相鄰的原子，導致有許多懸空鍵，出現了不飽和的性質，因而隨著納米粒子中表面原子數的增加而出現活性表面。另外，具有較大比表面積的納米電極材料(例如納米顆粒、納米孔、納米線等)，有利于離子吸附、增加電極的有效反應面積，將其引入電化學中，可以大大提高修飾電極的靈敏度、重現性和穩定性等，這使得納米材料以及其復合材料修飾電極成為一大研究熱點。

　　二、納米材料修飾電極表征及測定方法

　　電化學方法具有靈敏度高、快捷方便、操作簡單等優點，常用的方法有循環伏安法、電化學交流阻抗、示差脈沖伏安法等。

　　2.1 循環伏安法

　　循環伏安法是最受歡迎的一種電化學方法。當納米材料修飾電極薄膜形成以后，讓其在探針離子中進行循環伏安掃描，通過循環伏安曲線電化學信號的變化來判斷修飾膜的電化學性質。由于Fe(CN)63?/4?具有靈敏的氧化還原性質，所以經常作為探針離子。

　　2.2 交流阻抗法

　　電化學交流阻抗技術通常用來表征修飾劑膜表面的電子傳遞行為，而且是獲得電極反應動力學參數的有效手段。用交流阻抗技術不僅可以研究膜自身的電阻特性，也可以研究其對溶液和基底間電子傳遞的阻礙作用。

　　2.3 示差脈沖伏安法

　　在線性掃描伏安法的線性電位上再加上一個重復脈沖電壓信號，解決了電極的背景電流大，氧化還原物質覆蓋度較小給檢測和研究電極表面修飾物帶來困難等問題。根據檢測物質不同的加入量與示差脈沖伏安法電流信號的關系來對未知樣品進行定量檢測。

　　三、金屬氧化物納米材料在修飾電極中的應用

　　金屬氧化物納米材料有高的比表面積和高的活性，所以它對外界的環境很敏感，環境的變化會引起表面電子運輸的變化。利用這種特性，可研制出響應速度快、靈敏度高以及選擇性好的各種電化學修飾電極。采用多種合成方法制備出不同形態的金屬氧化物納米材料，制備的修飾電極可用于環境、食品以及醫療等方面的檢測。

　　3.1 修飾電極在環境監測方面的運用

　　已報道的金屬氧化物納米材料如Co3O4、SiO2、Fe3O4、 SiO-Al2O3、α-Fe2O3、介孔MgO 納米片以及Bi2O3納米粒子等用于環境中Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+等重金屬離子的檢測。除了水體中的重金屬離子檢測研究之外，修飾電極還用于鄰苯二酚、苯酚等有機物和一氧化氮、二氧化氮等有害氣體的檢測。

　　3.2 修飾電極在食品檢測方面的運用

　　近年來，由于環境污染、農獸藥物殘留超標、添加劑濫用等因素帶來的食品安全問題引起人們的廣泛關注。化學修飾電極作為一種安全、可靠的檢測技術得到迅速發展。

　　Pardo等制備了用乙酰膽堿酶標記的CdS納米粒子修飾電極對酶抑制劑進行檢測，靈敏度高。Du等在MWCNTs表面沉積金納米顆粒，與固定有酶的CdTe量子點結合，制備的修飾電極檢測甲基對硫磷，檢出限為1.0 μg /L。瞿萬云等用納米WO3制備碳糊電極檢測食品中的蘇丹紅Ⅰ，發現納米WO3修飾電極明顯提高了蘇丹紅Ⅰ的氧化峰電流，線性范圍寬，檢出限低，也可用于辣椒及番茄醬等食品中蘇丹紅Ⅰ的檢測。

　　廉園園等制備了CeO2修飾的碳糊電極對環境激素雙酚A進行了檢測，據此建立了塑料樣品中BPA的線性掃描伏安法。Yu等制備了殼聚糖和Fe3O4復合材料修飾電極，用于雙酚A的檢測。Yin等將PAMAM-Fe3O4復合材料修飾電極用于牛奶中雙酚A的檢測，有一定的實際意義。

　　3.3 修飾電極在醫療方面的運用

　　由于具有快速、準確的優良性能，修飾電極也廣泛應用于生物醫學上，例如葡萄糖、膽固醇、多巴胺等生物大分子的檢測。Junjie Fei等用二氧化鈦修飾電極對痕量阿紅霉素進行了測定，并消除了尿酸、抗壞血酸、黃嘌呤等小生物分子的干擾，方法靈敏度高，電極穩定性好。Huanshun Yin等用納米三氧化二鐵與石墨烯和殼聚糖結合修飾玻碳電極對鳥嘌呤進行了循環伏安測定，線性范圍寬、穩定性好。

　　四、碳納米材料在修飾電極中的應用

　　除了金屬氧化物修飾電極外，新型碳納米材料(碳納米管、碳納米纖維以及石墨烯等)也是修飾電極材料的研究重點。大的比表面積、高的電導率及表面反應活性等導致碳納米材料吸附能力增強、表面的活性位點增加、催化效率提高。

　　Salimi等制備了吸附過氧化氫酶的MWCNTs修飾電極，結果表明此修飾電極對氧和過氧化氫的還原表現出顯著的電催化活性。Fangxin Hu用石墨烯-多壁碳納米管(RGO-MWNTs)混合材料修飾電極對鄰苯二酚(CC)、對苯二酚(HQ)、對甲苯酚(PC)以及亞硝酸鹽(NO2-)同時進行檢測，循環伏安圖中出現了四個明顯的分離峰，線性范圍分別為5.5-540.0 μM、8.0-391.0 μM、5.0-430.0μM 和75.0-6060.0 μM。

　　Cun Wang等以非共價鍵的Fe(III)-卟啉改性后功能化的碳納米管為修飾劑，能同時對抗壞血酸(AA)、多巴胺(DA)、尿酸(UA)以及亞硝酸鹽(NO2-)進行檢測，并用標準加入法對尿道、血清等樣品進行檢測，結果令人滿意。

　　五、結語

　　納米材料的優良特性決定了其在修飾電極方面的廣泛應用，尤其是碳納米管及金屬納米材料。因此碳材料及金屬納米復合材料通常用于多物質的同時檢測，電極穩定性好、靈敏度高。本文就納米材料修飾電極在電分析中的應用進行了探討。

　　參考文獻：

　　[1]王亞珍，陳飛，吳天奎.nano-TiO2修飾金電極對 NO2-的電化學檢測[J].江漢大學學報：自然科學版，2005，33(4)：26-28.

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