基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧化氢和亚硝酸盐的方法
基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧化氢和亚硝酸盐的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电化学检测方法，特别是涉及一种基于双金属卟啉配位聚合物的 电化学传感器检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法。
【背景技术】
[0002] 配位聚合物是一类通过配位键将金属离子或簇与有机配体连接而成的有机-无 机杂化材料，因其稳定性、多功能性、可调控性等而被广泛应用于催化、气体存储及分离、光 学材料、磁性材料等很多方面（参见：（a)SRBatten，SMNeville，DRTurner，Coordination Polymers：Design,AnalysisandApplication, 2008. (b)ChemicalSocietyReviews, 38(2009).)。但是，将配位聚合物作为电催化剂用于电传感的研宄还很少（参见：(a) Zhang，W.，Wang，LL.，Zhang，N.，Wang，G.F.，Fang，B.，2009.Functionalizationof Single-WalledCarbonNanotubeswithCubicPrussianBlueandItsApplication forAmperometricSensing.Electroanalysis21 (21)，2325-2330. (b)Zhou，B.，2012. Con/Znn-(L-Tyrosine)MagneticMetal-OrganicFrameworks.EuropeanJournalof InorganicChemistry.) 〇
[0003] 金属-卟啉配位聚合物以金属卟啉作为配体（构筑单元，骨架部分）是 因为其具有生物相容性，在仿生催化中得到应用（参见：(a)Liu，J.Y.，etal.， Comparativestudyonheme-containingenzyme-likecatalyticactivitiesof water-solublemetalloporphyrins.JournalofMolecularCatalysisa-Chemical， 2002.179 (1-2)，27-33. (b)Vago,M.，etal.?Metalloporphyrinelectropolymerization： electrochemicalquartzcrystalmicrogravimetricstudies.Journalof ElectroanalyticalChemistry，2004. 566 (1)，177-185.)。金属P卜卩林是一类具有稳 定n键的共轭环化合物，因此具有光，电，催化，仿生等方面的性质（参见：(a)Kosal， M.E. ?etal.，Afunctionalzeoliteanalogueassembledfrommetalloporphyrins. NatureMaterials，2002. 1 (2)，118-121. (b)Shultz，A.M.，etal.，ACatalytically Active，PermanentlyMicroporousMOFwithMetalloporphyrinStruts.Journal oftheAmericanChemicalSociety，2009. 131 (12)，4204-4205. (c)Sheldon，R.A.， MetalloporphyrinsinCatalyticOxidations.MarcelDekker，1994.)。因此，金属-卟淋 配位聚合物是具有极佳应用前景的功能材料，在电化学和生物相关领域都具有潜在优势。
[0004] 基于金属-卟啉配位聚合物的电化学传感器尚未见报道。与重要生物过程相关的 物质（如过氧化氢）和食品中亚硝酸盐的检测一直是分析化学（包括电分析化学）的重要 课题。对过氧化氢和亚硝酸盐的电化学检测则分别涉及电催化还原和氧化，而利用不同活 性位检测不同物质的双功能电化学传感器报道较少。（参见：(a)Ammam，M.，Easton，E.B.， 2012.Novelorganic-inorganichybridmaterialbasedontris(2?2f -bipyridyl) dichlororuthenium(II)hexahydrateandDawson-typetungstophosphateK-7H4PW 18062centerdot18H(2)0asabifuctionalhydrogenperoxideelectrocatalyst forbiosensors.SensorsandActuatorsB-Chemical161(1)，520-527. (b)Bai，Y.H.， Zhang,H. ,Xu,J.J. ,Chen,H.Y. , 2008.RelationshipbetweenNanostructureand Electrochemical/BiosensingPropertiesofMnO(2)NanomaterialsforH(2)0(2)/ Choline.JournalofPhysicalChemistryC112(48)，18984-18990.)〇
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧 化氢或亚硝酸盐的方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0007] 一种基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧化氢或亚硝酸盐的方 法，其特征在于，所述的方法采用基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器作为工作电 极，采用计时电流法检测过氧化氢或亚硝酸盐；
[0008] 所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器，包括基底电极，所述的基底 电极表面修饰双金属卟啉配位聚合物或者双金属卟啉配位聚合物/碳纳米管的复合物；所 述的双金属P卜啉配位聚合物为mes〇-5,10,15, 20-四-(对羧基苯基）P卜啉双金属配位聚合 物（CoTCPP-Cu)，是双金属Co、Cu与四-(对羧基苯基）卟啉（TCPP)自组装形成的配位聚 合物，具有以下结构
[0010] 式中，CoTCPP为四-(对羧基苯基）钴卟啉；
[0011] 其中金属Co与四-(对羧基苯基）P卜啉中心的四个N发生配位，每个金属Cu分别 与来自四个四_(对羧基苯基）卟啉的羧基中的氧配位，每个羧基与两个金属Cu发生双齿 配位。
[0012] 所述的电化学传感器中，所述的基底电极优选为玻碳电极。
[0013] 所述的电化学传感器中，所述的碳纳米管包括单壁碳纳米管（SWNTs)和多壁碳纳 米管（MWNTs)。
[0014] 所述的电化学传感器采用以下方法制备：
[0015] 将CoTCPP-Cu超声分散于去离子水中形成悬浮液，将该悬浮液滴涂于基底电极表 面，晾干；再在电极表面滴涂nafion溶液，晾干，即得所述的电化学传感器（CoTCPP-Cu修饰 电极，记作电化学传感器-I)。
[0016] 或者，首先在基底电极上滴涂碳纳米管悬浮液并晾干，然后将所述的CoTCPP-Cu 悬浮液滴涂在所述电极表面并凉干；再在电极表面滴涂nafion溶液，晾干，制得所述的电 化学传感器（CoTCPP-Cu/CNTs修饰电极，记作电化学传感器-II)。
[0017] 所述的电化学传感器基于双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu，为电流型传感器。碳 纳米管的掺入可显著提高其电传感性能。本发明方法采用所述的传感器具有双金属活性， 具有独特的氧化还原双金属双功能电化学催化活性，对过氧化氢的还原和亚硝酸盐的氧化 具有良好的电化学传感性能。
[0018] 具体地，根据本发明方法，基于所述的电化学传感器检测过氧化氢的方法，包括以 下步骤：
[0019] (1)制备所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器；
[0020] (2)计时电流法（i-t)测定过氧化氢的标准曲线
[0021] 配制过氧化氢标准溶液，以所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器为 工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极组成三电极系统，在恒定的检测电 位下，采用计时电流法得到过氧化氢响应电流的i-t曲线，绘制或线性回归得到i_c标准曲 线；
[0022] 优选地，检测电位为-0. 20V~-0. 55V，最佳工作电位为-0. 25V。
[0023] ⑶检测
[0024] 在与 步骤（2)相同的条件下，对检测样品进行电化学检测，读取响应电流，依据 i-c标准曲线计算得到过氧化氢浓度。
[0025] 根据本发明方法，基于所述的电化学传感器检测亚硝酸盐的方法，包括以下步 骤：
[0026] (1)制备所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器；
[0027] (2)计时电流法（it)测定亚硝酸盐的标准曲线
[0028] 配制亚硝酸盐标准溶液，以所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器为 工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极组成三电极系统，在恒定的检测电 位下，采用计时电流法得到亚硝酸盐响应电流的i-t曲线，绘制或线性回归得到i-c标准曲 线；
[0029] 优选地，检测电位为0. 70V~0. 95V，最佳工作电位为0. 85V。
[0030] (3)检测
[0031] 在与步骤（2)相同的条件下，对检测样品进行电化学检测，读取响应电流，依据 i-c标准曲线计算得到亚硝酸盐浓度。
[0032] 本发明的有益效果：根据本发明的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，基于金 属-卟啉配位聚合物的电化学传感器，具有独特的双金属电催化活性，是一种双功能电化 学传感器，对过氧化氢和亚硝酸盐等物质具有良好的电催化性能。为了进一步改善传感器 的性能，通过金属卟啉配位聚合物/CNTs复合材料制备电化学传感器-II。本发明通过电化 学传感技术检测过氧化氢或亚硝酸盐，解决了当前食品、环境和工业中过氧化氢、亚硝酸盐 检测中存在的检测速度慢、成本高，操作复杂等问题，具有检测速度快，灵敏度高，成本低等 特点。
[0033] 下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施 方式为限，而是由权利要求加以限定。
【附图说明】
[0034] 图1为双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu的XRD谱图，包括平面结构的XRD谱图 (用圆形标注），层间距的XRD谱图（用方形标注）。
[0035] 图2为双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu的红外光谱图（FTIR)。
[0036] 图3为双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu的紫外（UV)光谱图。
[0037] 图4为双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu的透射电镜图（A)和扫描电镜图（B)。
[0038] 图5电化学传感器-I的循环伏安图，图A: (a)裸玻碳电极，无过氧化氢；(b)裸 玻碳电极，〇.Smmoir1过氧化氢；(C)电化学传感器-1，无过氧化氢；（d)电化学传感器-1， 0.Smmoll/1过氧化氢；图B:(a)裸玻碳电极，无亚硝酸钠；(b)裸玻碳电极，0. 25mmolLH亚 硝酸钠；（c)电化学传感器-1，无亚硝酸钠；（d)电化学传感器-I，0.ZSmmoir1亚硝酸钠。
[0039] 图6 (A)电化学传感器-I对过氧化氢在恒电位_0. 25V的电流响应图，插图为电 流响应对过氧化氢浓度作图；(B)电化学传感器-I对亚硝酸钠在恒电位0. 85V的电流响应 图，插图为电流响应对亚硝酸钠浓度作图。
[0040] 图7电化学传感器-II的循环伏安图，图A: (a)多壁碳纳米管修饰玻碳电极，无过 氧化氢；(b)多壁碳纳米管修饰玻碳电极，0.Smmoll/1过氧化氢；（c)电化学传感器-II，无 过氧化氢；（d)电化学传感器-II，0.Smmoll/1过氧化氢；图B: (a)多壁碳纳米管修饰玻碳 电极，无亚硝酸钠；(b)多壁碳纳米管修饰玻碳电极，O.SmmolI/1亚硝酸钠；（c)电化学传感 器-II，无亚硝酸钠；（d)电化学传感器-II，0.Smmoir1亚硝酸钠。
[0041] 图8(A)电化学传感器-II对过氧化氢在恒电位_0. 25V的电流响应图，插图为电 流响应对过氧化氢浓度作图；(B)电化学传感器-II对亚硝酸钠在恒电位0. 85V的电流响 应图，插图为电流响应对亚硝酸钠浓度作图。
[0042] 图9电化学传感器-II分别检测过氧化氢⑷和亚硝酸钠⑶的抗干扰性。
【具体实施方式】
[0043] 下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要 指出以下实施例只用于对
【发明内容】
的描述，并不构成对本发明保护范围的限制。
[0044] 根据本发明的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器，是一种双金属卟 啉配位聚合物CoTCPP-Cu修饰电极，即在基底电极表面修饰双金属卟啉配位聚合物 CoTCPP-Cu(电化学传感器-I);或者是一种CoTCPP-Cu/MWNTs修饰电极，即先以碳纳米管 修饰所述的基底电极，再在电极表面修饰双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu(电化学传感 器-II)。
[0045] 所述的双金属卟啉配位聚合物为mes〇-5,10,15, 20-四-(对羧基苯基）卟啉双金 属配位聚合物（CoTCPP-Cu)，是双金属Co、Cu与四-(对羧基苯基）卟啉（TCPP)自组装形 成的配位聚合物，其中金属Co与四-(对羧基苯基）P卜啉中心的四个N发生配位，每个金属 Cu分别与来自四个四_(对羧基苯基）卟啉的羧基中的氧配位，每个羧基与两个金属Cu发 生双齿配位；即具有以下结构
[0046]
[0047] 式中，CoTCPP为四_(对羧基苯基）钴卟啉。
[0048] 所述的mes〇-5,10,15, 20-四_(对羧基苯基）P卜啉双金属配位聚合物可米用以下 方法制备：
[0049] CoTCPP和铜盐分别溶于DMF中，将配好的铜盐溶液加入到CoTCPP溶液中，再加 入酸溶液，得到有红色絮状物析出的混合溶液，混合溶液中CoTCPP:铜盐：酸的摩尔比为 1 : 4~40 : 100~400 ;将所述混合溶液加热至50~100°C进行溶剂热反应2~12天， 产物洗涤、干燥，即可得到紫红色粉末状所述双金属配位聚合物。
[0050] 上述方法制备的配位聚合物中可以包含结晶水或溶剂分子等组分。
[0051] 所述的电化学传感器采用以下方法制备：
[0052] 将CoTCPP-Cu超声分散于去离子水中形成悬浮液，将该悬浮液滴涂于基底电极表 面，晾干；再在电极表面滴涂nafion溶液，晾干，制得电化学传感器-I;
[0053] 或者，首先在基底电极上滴涂碳纳米管悬浮液并晾干，然后将所述的CoTCPP-Cu 悬浮液滴涂在所述电极表面并凉干；再在电极表面滴涂nafion溶液，晾干，制得电化学传 感器-II。
[0054] 采用循环伏安法测定其电催化活性，表明所述的电化学传感器具有独特的氧化还 原双金属双功能电化学催化活性，并可用于对过氧化氢和亚硝酸盐的电化学检测。
[0055] 基于所述的电化学传感器检测过氧化氢的方法，包括以下步骤：
[0056] (1)配制过氧化氢标准溶液
[0057] 配制一组不同浓度的过氧化氢标准溶液。
[0058] (2)循环伏安法检测过氧化氢
[0059] 在pH= 7的PBS电解质中，以裸的玻碳电极或修饰的玻碳电极为工作电极，铂电 极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在电位-1. 〇~1. 0V内，以扫描速度100mVf进 行循环伏安扫描。裸电极和电化学传感器分别在有或无过氧化氢下的CV曲线，比较说明传 感器对H202是否有响应。当电流随着过氧化氢浓度的增大而增大则说明电化学传感器可应 用于检测过氧化氢。
[0060] (3)计时电流法（i-t)检测过氧化氢
[0061] 采用电化学传感器对过氧化氢进行电化学检测，在_0. 25V检测电位下，电化学传 感器-I在PBS(0. 1M，pH= 7)溶液中对连续滴加不同浓度和不同量的过氧化氢后，响应的 电流逐渐增大即得到i-t曲线，以大于噪音信号3倍的电流对应的浓度为最低检出限，由 i-c标准曲线得出检测的线性范围，灵敏度。
[0062] 米用相同的检测原理，在_0. 20和-0. 55V检测电位下得到i-t曲线和i-c标准曲 线，综上实验可以获得最佳工作电位为-0. 25V。
[0063] (4)检测
[0064] 在检测样品时，通过读取电流的大小，依据标准曲线就可以计算出样品中所含被 检测物过氧化氢浓度的大小。
[0065] 基于所述的电化学传感器检测亚硝酸盐的方法，包括以下步骤：
[0066] (1)配制亚硝酸钠标准溶液
[0067] 配制一组不同浓 度的亚硝酸钠标准溶液。
[0068] (2)循环伏安法检测亚硝酸盐
[0069] 在pH= 7的PBS电解质中，以裸的玻碳电极或修饰的玻碳电极为工作电极，铂电 极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在电位-1. 〇~1. 0V内，以扫描速度100mVf进 行循环伏安扫描。裸电极和电化学传感器分别在有或无亚硝酸盐的电解质溶液中的CV曲 线，比较说明传感器对亚硝酸盐是否有响应。响应电流有增加则说明电化学传感器可应用 于检测亚硝酸盐。
[0070] (3)计时电流法（it)检测亚硝酸盐
[0071] 采用电化学传感器-I对过氧化氢进行电化学检测，在0. 85V检测电位下，电化学 传感器在PBS(0. 1M，pH= 7)溶液中对连续滴加不同浓度和不同量的亚硝酸盐溶液后响应 的电流逐渐增大即得到i-t曲线，以大于噪音信号3倍的电流对应的浓度为最低检出限，由 i-c标准曲线得出检测的线性范围，灵敏度。
[0072] (4)检测
[0073] 在检测样品时，通过读取电流的大小，依据标准曲线就可以计算出样品中所含被 检测物亚硝酸盐浓度的大小。
[0074] 实施例 1 双金属配位聚合物[Cu2(C0-TCPP) (H20)2] ?0? 5DMF?SKCKCoTCPP-Cu)的 制备
[0075] 称取CoTCPP3mg(0.Olmmol)，加入DMF3mL使之溶解；同时称取过量的 Cu(N03) 2. 3H20 100mg(0? 4mmol)，加入DMF2mL使之溶解。将上述配好的Cu(N03) 2溶液加入 到CoTCPP溶液中，边搅拌边加入HN03(1M) 1~4mL，最后得到有红色絮状物析出的混合溶 液。将该混合溶液放置到65~100°C烘箱内静置5天，得到紫红色粉末。过滤，分别用DMF、 H20和EtOH洗涤，并在室温下晾干。
[0076] CoTCPP的合成可参照文献：（a)Lindsey，J.S.，H.C.Hsu，andI.C.Schreiman， SYNTHESISOFTETRAPHENYLPORPHYRINSUNDERVERYMILD⑶NDITIONS.Tetrahedron Letters,1986. 27(41) ：4969-4970. (b)Kumar,A.,etal.,One-potgeneralsynthesisof metalloporphyrins.TetrahedronLetters，2007. 48(41) :7287_7290〇
[0077] 制得的双金属配位聚合物CoTCPP-Cu，XRD光谱（图1)显示平面结构特征峰 (110)、（320)、（400)、（330)、（440)和（550)八710)，层间距特征峰（001)、（002)和（004)， 计算出层间距为l.Onm。红外和紫外光谱图（图2、3)表明，Co与卟啉空腔中的N发生配 位，Cu与羧酸发生配位。CoTCPP-Cu在1726CHT1处-C00H中C= 0的伸缩振动吸收峰消 失，说明-C00H已全部配位，在1435CHT1和950CHT1处羧基的0-H振动吸收峰消失，进一步说 明-C00H已完全配位。1604、1404CHT1是羧酸根离子的反对称Vas(C00-)和对称Vs(C00-) 伸缩振动，1604与1404CHT1差值等于200CHT1，羧基可能以双齿方式与Cu(II)配位。如图3 为紫外光谱图，（a)TCPP在DMF中吸收光谱，在420nm处出现一个强峰S带，在515、549、590 和646nm处出现四个低能量的Q带。（b)是CoTCPP在DMF中的吸收光谱，由于金属离子Co 与卟啉环中的N发生配位，使得S带红移至433nm，四个Q带变成两个，出现在548和595nm 处，Q带吸收峰的减少是因为卟啉配体属于D2h点群，配合物属于D4h点群。（c)是Cu-C〇TCPP在DMF中的吸收光谱，S带蓝移至419nm，同时Q带减少为一个，这是因为金属卟啉环上带有 的羧基〇与Cu(II)配位，提高了配位聚合物分子的对称性。紫外可见光谱的变化说明配位 聚合物是以CoTCPP为结构单元的配位聚合物。从SEM和TEM电镜图（图4)中可以看出， 所述的CoTCPP-Cu为100-200nm碎片堆积成宽为0. 1-2ym，长为0. 5-3ym的不规则粒子。
[0078] 实施例2电化学传感器-I的制备
[0079] (1)裸玻碳电极的抛光与清洗
[0080] 将玻碳电极用二次去离子水洗净并超声一分钟，再用直径为0. 3um的氧化铝粉末 打磨五分钟，将打磨布和电极上的粉浆用二次去离子水洗净，并将玻碳电极放于二次去离 子水中超声一分钟，反复打磨与清洗后，最后将玻碳电极吹干备用。
[0081] (2)电极修饰
[0082] 将5mg的CoTCPP-Cu超声分散于400yL去离子水中形成悬浮液，将6yL该悬浮 液滴涂于步骤（1)得到的玻碳电极表面，晾干；再在电极表面滴涂2yL1 %nafion溶液， 晾干，即得CoTCPP-Cu修饰电极，记作电传感器-I。
[0083] 实施例3电化学传感器-I应用于过氧化氢检测的循环伏安扫描
[0084] (1)配制过氧化氢标准溶液
[0085] 取30%过氧化氢溶液84yL，并将其稀释到4mL.即配制成了 0. 2molI71过氧化氢 溶液，，其他浓度按相同方法配制。
[0086] (2)过氧化氢检测的循环伏安图
[0087] 在pH= 7的PBS电解液中裸电极和电化学传感器-I分别在有或无过氧化氢下的 C-V曲线，如附图5A所示，a为裸的GCE，b为裸的GCE加0. a与b比较说明裸 的GCE对H202没有响应。c-d分别是电化学传感器-I加入不同浓度的H2020和0. 5mmolI71， 随着过氧化氢的加入，还原电流的响应逐渐增强，说明电化学传感器-I对过氧化氢具有还 原电催化活性。
[0088] 实施例4电化学传感器-I检测过氧化氢条件的优化
[0089] 不同的检测电势会对检测产生影响，由计时电流法（it)进行确定。
[0090] 采用电化学传感器-I对过氧化氢进行电化学检测，附图6A所示，在-0. 25V检测 电位下，电化学传感器-I在PBS(0.lM，pH= 7)溶液中对连续滴加不同浓度（0.OlmolI71， 0? 02molL'0. 2molI71)和不同量的过氧化氢后响应的电流逐渐增大即得到it曲线，以大 于噪音信号3倍的电流对应的浓度为最低检出限，重复5次以上的实验得出，上述方法的 最低检出限为2. 5X1(T6M，附图6A中插图为过氧化氢的响应电流与浓度的校正曲线，线性 方程为：Y= -1. 01848-2. 01421X，得出上述检测的线性范围为7. 0X10_5-4. 7X10_3M(R= 0? 996)，灵敏度为 23. 5mAmol1cm2。
[0091] 采用相同的检测原理，在-0.20V检测电位下，得到的检测结果为：最低检出 限为 4. 0X10_5M，线性范围为 4. 4X10-4-7. 3X10_3M，灵敏度为 3. 5mAmollcnT2;同时 在检测电位为-0. 55V时，得到的检测结果为：最低检出限为7. 5X1(T6M，线性范围为 7. 5Xl(T6-3. 71X1(T3M，灵敏度为 23.SmAmor1LcnT2。
[0092] 综上实验可以获得最佳工作电位为-0. 25V。
[0093] 实施例5电化学传感器-I用于亚硝酸盐的检测
[0094] (1)配制亚硝酸钠标准溶液
[0095] 称取0. 1399g的亚硝酸钠粉末，再加入2. 028mL的二次去离子水溶解，即配制成 0? 2molI71，其他浓度按相同的方法配制。
[0096] (2)电化学传感器-I检测亚硝酸盐的循环伏安图
[0097] 如附图5B所示，为裸电极和电化学传感器-I分别在有或无亚硝酸钠下的CV曲 线，裸的玻碳电极在无亚硝酸盐的PBS电解质中的循环伏安（曲线a)，裸的玻碳电极在 0.Smmoll/1亚硝酸盐的PBS电解质中的循环伏安（曲线b)，电化学传感器-I无亚硝酸盐时 的循环伏安（曲线c)，电化学传感器-I在0.Smmoir1亚硝酸盐的PBS电解质中的循环伏 安（曲线d)，C〇m/C〇n氧化电流的响应逐渐增强，说明电化学传感器-I对亚硝酸盐的具有 氧化电催化活性。
[0098] 实施例6电化学传感器-I检测亚硝酸盐的it曲线[0099] 附图6B所示，在0.85V恒电压下，连续滴加不同浓度（O.OlmolL'0.02molI71， 0.2molI71)和不同量的亚硝酸盐，即可得到电化学传感器-I对亚硝酸盐响应的电流时间 曲线，插图为亚硝酸钠的响应电流与浓度的校正曲线，以大于噪音信号3倍的电流对应的 浓度为最低检出限，重复5次以上的实验得出，上述方法的最低检出限为5. 0X1(T6M，从标 准曲线（Y= 0. 33214+0. 72838X)得出线性范围为 3. 5Xl〇-5-5. 5X1(T3M，灵敏度为 15. 32mA moltcm2〇
[0100] 实施例7电化学传感器-II的制备
[0101] (1)裸玻碳电极的抛光与清洗：同上述实施例1步骤（1)
[0102] (2)电极修饰
[0103] 将6yL浓度为5mg/mL的多壁碳纳米管悬浮液滴涂于步骤（1)得到的玻碳电极表 面，晾干；再滴涂6yL浓度为12. 5mg/mL的CoTCPP-Cu悬浮液，晾干；最后在电极表面滴涂 2yL1%nafion溶液，晾干，即得CoTCPP-Cu/MWNTs修饰电极，记作电传感器-II。
[0104] 实施例8电化学传感器-II用于过氧化氢的检测
[0105] 如附图7A和8A所示，电化学传感器-II对过氧化氢具有明显的还原电催化活 性，在-0. 25V恒电位下连续滴加不同浓度（0.OlmolL'0. 02molL'0. 2molI71)和不同 量的过氧化氢得到电化学传感器-II对过氧化氢响应的电流时间曲线，以大于噪音信号3 倍的电流对应的浓度为最低检出限，重复5次以上的实验得出，上述方法的最低检出限为 5.OX1(Tm;插图为响应电流与浓度的校正曲线，标准曲线为Y= -0. 56706-11. 86815X，线 性范围扩大为5.OX10_7-6. 2X10_3M(R= 0. 999)，检测灵敏度提高到147. 8mAM_1cnT2,其电 催化过氧化氢还原的活性得到明显改善。
[0106] 实施例9电化学传感器-II用于亚硝酸盐的检测
[0107] 附图7B为裸电极和电化学传感器-II在有或无亚硝酸盐的C-V曲线。附图8B为在 0. 85V的电位下连续滴加不同浓度（0.OlmolL'0. 02molL'0. 2molI71)和不同量的亚硝 酸钠得到电流时间曲线以大于噪音信号3倍的电流对应的浓度为最低检出限，重复5次以 上的实验得出，上述方法的最低检出限为2. 5X1(T6M;插图为响应电流与浓度的校正曲线， 标准曲线的方程式为Y= 0. 33214+0. 72838X，得出线性范围扩大为2. 5X10_6-1. 1X10_3M(R =0. 9999)，其电催化亚硝酸盐氧化的活性大大提高。
[0108]实施例10电化学传感器-II的高选择性
[0109] 在检测过氧化氢时，如附图9A所示，PBS电解质环境中依次加入H202(0. 5mmol)， AA(0. 5mmol)，Glu(0. 5mmol)，DA(0. 5mmol)，UA(0. 5mmol)，H202 (0. 5mmol)检测不受干扰， 说明电化学传感器在过氧化氢的检测中具有高的选择性。同时在检测亚硝酸盐是，如附图 9B所示，PBS电解质环境中依次加入KN03(0. 5mmol)、Zn(Ac)2(0. 5mmol)、MgCl2(0. 5mmol)、 UA(0. 5mmol)、Glu(0. 5mmol)时，检测不受到干扰，说明电化学传感器在亚硝酸盐的检测中 具有高选择性。
【主权项】
1. 一种基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法， 其特征在于，所述的方法以基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器作为工作电极，采 用计时电流法检测过氧化氢或亚硝酸盐； 所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器，包括基底电极，所述的基底电极 表面修饰双金属卟啉配位聚合物或者双金属卟啉配位聚合物/碳纳米管的复合物；所述的 双金属卟啉配位聚合物为meso-5,10,15, 20-四-(对羧基苯基）卟啉双金属配位聚合物， 记为CoTCPP-Cu，是双金属Co、Cu与四-(对羧基苯基）卟啉（TCPP)自组装形成的配位聚 合物，具有以下结构式中，CoTCPP为四-(对羧基苯基）钴卟啉； 其中金属Co与四-(对羧基苯基）卟啉中心的四个N发生配位，每个金属Cu分别与来 自四个四_(对羧基苯基）卟啉的羧基中的氧配位，每个羧基与两个金属Cu发生双齿配位。2. 根据权利要求1所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的电化 学传感器中，所述的基底电极为玻碳电极，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米 管。3. 根据权利要求1所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的电化 学传感器采用以下方法制备： a) 将CoTCPP-Cu超声分散于去离子水中形成悬浮液，将该悬浮液滴涂于基底电极表 面，晾干；再在电极表面滴涂naf ion溶液，晾干，即得所述的电化学传感器；或者 b) 首先在基底电极上滴涂碳纳米管悬浮液并晾干，然后将所述的CoTCPP-Cu悬浮液滴 涂在所述电极表面并凉干；再在电极表面滴涂naf ion溶液，晾干，制得所述的电化学传感 器。4. 根据权利要求1所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的 CoTCPP-Cu采用以下方法制备： CoTCPP和铜盐分别溶于DMF中，将铜盐溶液加入到CoTCPP溶液中，再加入酸溶液，得到 有红色絮状物析出的混合溶液，混合溶液中CoTCPP :铜盐：酸的摩尔比为1 : 4~40 : 100~400 ;将所述混合溶液加热至50~100°C进行溶剂热反应2~12天，产物洗涤、干燥， 即可得到紫红色粉末状所述双金属配位聚合物。5. 根据权利要求1至4任一所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述 的方法检测过氧化氢，包括以下步骤： (1) 制备所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器； (2) 计时电流法测定过氧化氢的标准曲线 配制过氧化氢标准溶液，以所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器为工 作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极组成三电极系统，在恒定的检测电位 下，采用计时电流法得到过氧化氢响应电流的i-t曲线，绘制或线性回归得到i_c标准曲 线； (3)检测 在与步骤（2)相同的条件下，对检测样品进行电化学检测，读取响应电流，依据i-c标 准曲线计算得到过氧化氢浓度。6. 根据权利要求5所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的检测 电位为-〇· 20V ~-0· 55V。7. 根据权利要求1至4任一所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述 的方法检测亚硝酸盐，包括以下步骤： (1) 制备所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器； (2) 计时电流法测定亚硝酸盐的标准曲线 配制亚硝酸盐标准溶液，以所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器为工 作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极组成三电极系统，在恒定的检测电位 下，采用计时电流法得到亚硝酸盐响应电流的i-t曲线，绘制或线性回归得到i-c标准曲 线； (3) 检测 在与步骤（2)相同的条件下，对检测样品进行电化学检测，读取响应电流，依据i-c标 准曲线计算得到亚硝酸盐浓度。8. 根据权利要求7所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的检测 电位为〇· 70V~0· 95V。
【专利摘要】一种基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧化氢和亚硝酸盐的方法，以双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu或CoTCPP-Cu/CNTs复合材料修饰电极为工作电极，采用计时电流法检测过氧化氢或亚硝酸盐；所述的CoTCPP-Cu是双金属Co、Cu与四-(对羧基苯基)卟啉自组装形成的配位聚合物。本发明方法所采用的电化学传感器为电流型传感器，具有独特的双金属活性，具有高灵敏度，检测方法简便，适用范围广的优点，对过氧化氢的检测检测限可以达到5.0×10-7M，对亚硝酸盐的检测限可以达到2.5×10-6。本发明的检测方法具有快速现场检测、灵敏度高、成本低等特点。
【IPC分类】G01N27/48, G01N27/30
【公开号】CN104897765
【申请号】CN201510263572
【发明人】周泊, 史丽梅, 张英华
【申请人】南京师范大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月21日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电化学检测方法，特别是涉及一种基于双金属卟啉配位聚合物的 电化学传感器检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法。
【背景技术】
[0002] 配位聚合物是一类通过配位键将金属离子或簇与有机配体连接而成的有机-无 机杂化材料，因其稳定性、多功能性、可调控性等而被广泛应用于催化、气体存储及分离、光 学材料、磁性材料等很多方面（参见：（a)SRBatten，SMNeville，DRTurner，Coordination Polymers：Design,AnalysisandApplication, 2008. (b)ChemicalSocietyReviews, 38(2009).)。但是，将配位聚合物作为电催化剂用于电传感的研宄还很少（参见：(a) Zhang，W.，Wang，LL.，Zhang，N.，Wang，G.F.，Fang，B.，2009.Functionalizationof Single-WalledCarbonNanotubeswithCubicPrussianBlueandItsApplication forAmperometricSensing.Electroanalysis21 (21)，2325-2330. (b)Zhou，B.，2012. Con/Znn-(L-Tyrosine)MagneticMetal-OrganicFrameworks.EuropeanJournalof InorganicChemistry.) 〇
[0003] 金属-卟啉配位聚合物以金属卟啉作为配体（构筑单元，骨架部分）是 因为其具有生物相容性，在仿生催化中得到应用（参见：(a)Liu，J.Y.，etal.， Comparativestudyonheme-containingenzyme-likecatalyticactivitiesof water-solublemetalloporphyrins.JournalofMolecularCatalysisa-Chemical， 2002.179 (1-2)，27-33. (b)Vago,M.，etal.?Metalloporphyrinelectropolymerization： electrochemicalquartzcrystalmicrogravimetricstudies.Journalof ElectroanalyticalChemistry，2004. 566 (1)，177-185.)。金属P卜卩林是一类具有稳 定n键的共轭环化合物，因此具有光，电，催化，仿生等方面的性质（参见：(a)Kosal， M.E. ?etal.，Afunctionalzeoliteanalogueassembledfrommetalloporphyrins. NatureMaterials，2002. 1 (2)，118-121. (b)Shultz，A.M.，etal.，ACatalytically Active，PermanentlyMicroporousMOFwithMetalloporphyrinStruts.Journal oftheAmericanChemicalSociety，2009. 131 (12)，4204-4205. (c)Sheldon，R.A.， MetalloporphyrinsinCatalyticOxidations.MarcelDekker，1994.)。因此，金属-卟淋 配位聚合物是具有极佳应用前景的功能材料，在电化学和生物相关领域都具有潜在优势。
[0004] 基于金属-卟啉配位聚合物的电化学传感器尚未见报道。与重要生物过程相关的 物质（如过氧化氢）和食品中亚硝酸盐的检测一直是分析化学（包括电分析化学）的重要 课题。对过氧化氢和亚硝酸盐的电化学检测则分别涉及电催化还原和氧化，而利用不同活 性位检测不同物质的双功能电化学传感器报道较少。（参见：(a)Ammam，M.，Easton，E.B.， 2012.Novelorganic-inorganichybridmaterialbasedontris(2?2f -bipyridyl) dichlororuthenium(II)hexahydrateandDawson-typetungstophosphateK-7H4PW 18062centerdot18H(2)0asabifuctionalhydrogenperoxideelectrocatalyst forbiosensors.SensorsandActuatorsB-Chemical161(1)，520-527. (b)Bai，Y.H.， Zhang,H. ,Xu,J.J. ,Chen,H.Y. , 2008.RelationshipbetweenNanostructureand Electrochemical/BiosensingPropertiesofMnO(2)NanomaterialsforH(2)0(2)/ Choline.JournalofPhysicalChemistryC112(48)，18984-18990.)〇
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧 化氢或亚硝酸盐的方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
[0007] 一种基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧化氢或亚硝酸盐的方 法，其特征在于，所述的方法采用基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器作为工作电 极，采用计时电流法检测过氧化氢或亚硝酸盐；
[0008] 所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器，包括基底电极，所述的基底 电极表面修饰双金属卟啉配位聚合物或者双金属卟啉配位聚合物/碳纳米管的复合物；所 述的双金属P卜啉配位聚合物为mes〇-5,10,15, 20-四-(对羧基苯基）P卜啉双金属配位聚合 物（CoTCPP-Cu)，是双金属Co、Cu与四-(对羧基苯基）卟啉（TCPP)自组装形成的配位聚 合物，具有以下结构
[0010] 式中，CoTCPP为四-(对羧基苯基）钴卟啉；
[0011] 其中金属Co与四-(对羧基苯基）P卜啉中心的四个N发生配位，每个金属Cu分别 与来自四个四_(对羧基苯基）卟啉的羧基中的氧配位，每个羧基与两个金属Cu发生双齿 配位。
[0012] 所述的电化学传感器中，所述的基底电极优选为玻碳电极。
[0013] 所述的电化学传感器中，所述的碳纳米管包括单壁碳纳米管（SWNTs)和多壁碳纳 米管（MWNTs)。
[0014] 所述的电化学传感器采用以下方法制备：
[0015] 将CoTCPP-Cu超声分散于去离子水中形成悬浮液，将该悬浮液滴涂于基底电极表 面，晾干；再在电极表面滴涂nafion溶液，晾干，即得所述的电化学传感器（CoTCPP-Cu修饰 电极，记作电化学传感器-I)。
[0016] 或者，首先在基底电极上滴涂碳纳米管悬浮液并晾干，然后将所述的CoTCPP-Cu 悬浮液滴涂在所述电极表面并凉干；再在电极表面滴涂nafion溶液，晾干，制得所述的电 化学传感器（CoTCPP-Cu/CNTs修饰电极，记作电化学传感器-II)。
[0017] 所述的电化学传感器基于双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu，为电流型传感器。碳 纳米管的掺入可显著提高其电传感性能。本发明方法采用所述的传感器具有双金属活性， 具有独特的氧化还原双金属双功能电化学催化活性，对过氧化氢的还原和亚硝酸盐的氧化 具有良好的电化学传感性能。
[0018] 具体地，根据本发明方法，基于所述的电化学传感器检测过氧化氢的方法，包括以 下步骤：
[0019] (1)制备所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器；
[0020] (2)计时电流法（i-t)测定过氧化氢的标准曲线
[0021] 配制过氧化氢标准溶液，以所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器为 工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极组成三电极系统，在恒定的检测电 位下，采用计时电流法得到过氧化氢响应电流的i-t曲线，绘制或线性回归得到i_c标准曲 线；
[0022] 优选地，检测电位为-0. 20V~-0. 55V，最佳工作电位为-0. 25V。
[0023] ⑶检测
[0024] 在与 步骤（2)相同的条件下，对检测样品进行电化学检测，读取响应电流，依据 i-c标准曲线计算得到过氧化氢浓度。
[0025] 根据本发明方法，基于所述的电化学传感器检测亚硝酸盐的方法，包括以下步 骤：
[0026] (1)制备所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器；
[0027] (2)计时电流法（it)测定亚硝酸盐的标准曲线
[0028] 配制亚硝酸盐标准溶液，以所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器为 工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极组成三电极系统，在恒定的检测电 位下，采用计时电流法得到亚硝酸盐响应电流的i-t曲线，绘制或线性回归得到i-c标准曲 线；
[0029] 优选地，检测电位为0. 70V~0. 95V，最佳工作电位为0. 85V。
[0030] (3)检测
[0031] 在与步骤（2)相同的条件下，对检测样品进行电化学检测，读取响应电流，依据 i-c标准曲线计算得到亚硝酸盐浓度。
[0032] 本发明的有益效果：根据本发明的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，基于金 属-卟啉配位聚合物的电化学传感器，具有独特的双金属电催化活性，是一种双功能电化 学传感器，对过氧化氢和亚硝酸盐等物质具有良好的电催化性能。为了进一步改善传感器 的性能，通过金属卟啉配位聚合物/CNTs复合材料制备电化学传感器-II。本发明通过电化 学传感技术检测过氧化氢或亚硝酸盐，解决了当前食品、环境和工业中过氧化氢、亚硝酸盐 检测中存在的检测速度慢、成本高，操作复杂等问题，具有检测速度快，灵敏度高，成本低等 特点。
[0033] 下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施 方式为限，而是由权利要求加以限定。
【附图说明】
[0034] 图1为双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu的XRD谱图，包括平面结构的XRD谱图 (用圆形标注），层间距的XRD谱图（用方形标注）。
[0035] 图2为双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu的红外光谱图（FTIR)。
[0036] 图3为双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu的紫外（UV)光谱图。
[0037] 图4为双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu的透射电镜图（A)和扫描电镜图（B)。
[0038] 图5电化学传感器-I的循环伏安图，图A: (a)裸玻碳电极，无过氧化氢；(b)裸 玻碳电极，〇.Smmoir1过氧化氢；(C)电化学传感器-1，无过氧化氢；（d)电化学传感器-1， 0.Smmoll/1过氧化氢；图B:(a)裸玻碳电极，无亚硝酸钠；(b)裸玻碳电极，0. 25mmolLH亚 硝酸钠；（c)电化学传感器-1，无亚硝酸钠；（d)电化学传感器-I，0.ZSmmoir1亚硝酸钠。
[0039] 图6 (A)电化学传感器-I对过氧化氢在恒电位_0. 25V的电流响应图，插图为电 流响应对过氧化氢浓度作图；(B)电化学传感器-I对亚硝酸钠在恒电位0. 85V的电流响应 图，插图为电流响应对亚硝酸钠浓度作图。
[0040] 图7电化学传感器-II的循环伏安图，图A: (a)多壁碳纳米管修饰玻碳电极，无过 氧化氢；(b)多壁碳纳米管修饰玻碳电极，0.Smmoll/1过氧化氢；（c)电化学传感器-II，无 过氧化氢；（d)电化学传感器-II，0.Smmoll/1过氧化氢；图B: (a)多壁碳纳米管修饰玻碳 电极，无亚硝酸钠；(b)多壁碳纳米管修饰玻碳电极，O.SmmolI/1亚硝酸钠；（c)电化学传感 器-II，无亚硝酸钠；（d)电化学传感器-II，0.Smmoir1亚硝酸钠。
[0041] 图8(A)电化学传感器-II对过氧化氢在恒电位_0. 25V的电流响应图，插图为电 流响应对过氧化氢浓度作图；(B)电化学传感器-II对亚硝酸钠在恒电位0. 85V的电流响 应图，插图为电流响应对亚硝酸钠浓度作图。
[0042] 图9电化学传感器-II分别检测过氧化氢⑷和亚硝酸钠⑶的抗干扰性。
【具体实施方式】
[0043] 下面通过具体实施例对本发明所述的技术方案给予进一步详细的说明，但有必要 指出以下实施例只用于对
【发明内容】
的描述，并不构成对本发明保护范围的限制。
[0044] 根据本发明的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器，是一种双金属卟 啉配位聚合物CoTCPP-Cu修饰电极，即在基底电极表面修饰双金属卟啉配位聚合物 CoTCPP-Cu(电化学传感器-I);或者是一种CoTCPP-Cu/MWNTs修饰电极，即先以碳纳米管 修饰所述的基底电极，再在电极表面修饰双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu(电化学传感 器-II)。
[0045] 所述的双金属卟啉配位聚合物为mes〇-5,10,15, 20-四-(对羧基苯基）卟啉双金 属配位聚合物（CoTCPP-Cu)，是双金属Co、Cu与四-(对羧基苯基）卟啉（TCPP)自组装形 成的配位聚合物，其中金属Co与四-(对羧基苯基）P卜啉中心的四个N发生配位，每个金属 Cu分别与来自四个四_(对羧基苯基）卟啉的羧基中的氧配位，每个羧基与两个金属Cu发 生双齿配位；即具有以下结构
[0046]
[0047] 式中，CoTCPP为四_(对羧基苯基）钴卟啉。
[0048] 所述的mes〇-5,10,15, 20-四_(对羧基苯基）P卜啉双金属配位聚合物可米用以下 方法制备：
[0049] CoTCPP和铜盐分别溶于DMF中，将配好的铜盐溶液加入到CoTCPP溶液中，再加 入酸溶液，得到有红色絮状物析出的混合溶液，混合溶液中CoTCPP:铜盐：酸的摩尔比为 1 : 4~40 : 100~400 ;将所述混合溶液加热至50~100°C进行溶剂热反应2~12天， 产物洗涤、干燥，即可得到紫红色粉末状所述双金属配位聚合物。
[0050] 上述方法制备的配位聚合物中可以包含结晶水或溶剂分子等组分。
[0051] 所述的电化学传感器采用以下方法制备：
[0052] 将CoTCPP-Cu超声分散于去离子水中形成悬浮液，将该悬浮液滴涂于基底电极表 面，晾干；再在电极表面滴涂nafion溶液，晾干，制得电化学传感器-I;
[0053] 或者，首先在基底电极上滴涂碳纳米管悬浮液并晾干，然后将所述的CoTCPP-Cu 悬浮液滴涂在所述电极表面并凉干；再在电极表面滴涂nafion溶液，晾干，制得电化学传 感器-II。
[0054] 采用循环伏安法测定其电催化活性，表明所述的电化学传感器具有独特的氧化还 原双金属双功能电化学催化活性，并可用于对过氧化氢和亚硝酸盐的电化学检测。
[0055] 基于所述的电化学传感器检测过氧化氢的方法，包括以下步骤：
[0056] (1)配制过氧化氢标准溶液
[0057] 配制一组不同浓度的过氧化氢标准溶液。
[0058] (2)循环伏安法检测过氧化氢
[0059] 在pH= 7的PBS电解质中，以裸的玻碳电极或修饰的玻碳电极为工作电极，铂电 极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在电位-1. 〇~1. 0V内，以扫描速度100mVf进 行循环伏安扫描。裸电极和电化学传感器分别在有或无过氧化氢下的CV曲线，比较说明传 感器对H202是否有响应。当电流随着过氧化氢浓度的增大而增大则说明电化学传感器可应 用于检测过氧化氢。
[0060] (3)计时电流法（i-t)检测过氧化氢
[0061] 采用电化学传感器对过氧化氢进行电化学检测，在_0. 25V检测电位下，电化学传 感器-I在PBS(0. 1M，pH= 7)溶液中对连续滴加不同浓度和不同量的过氧化氢后，响应的 电流逐渐增大即得到i-t曲线，以大于噪音信号3倍的电流对应的浓度为最低检出限，由 i-c标准曲线得出检测的线性范围，灵敏度。
[0062] 米用相同的检测原理，在_0. 20和-0. 55V检测电位下得到i-t曲线和i-c标准曲 线，综上实验可以获得最佳工作电位为-0. 25V。
[0063] (4)检测
[0064] 在检测样品时，通过读取电流的大小，依据标准曲线就可以计算出样品中所含被 检测物过氧化氢浓度的大小。
[0065] 基于所述的电化学传感器检测亚硝酸盐的方法，包括以下步骤：
[0066] (1)配制亚硝酸钠标准溶液
[0067] 配制一组不同浓 度的亚硝酸钠标准溶液。
[0068] (2)循环伏安法检测亚硝酸盐
[0069] 在pH= 7的PBS电解质中，以裸的玻碳电极或修饰的玻碳电极为工作电极，铂电 极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在电位-1. 〇~1. 0V内，以扫描速度100mVf进 行循环伏安扫描。裸电极和电化学传感器分别在有或无亚硝酸盐的电解质溶液中的CV曲 线，比较说明传感器对亚硝酸盐是否有响应。响应电流有增加则说明电化学传感器可应用 于检测亚硝酸盐。
[0070] (3)计时电流法（it)检测亚硝酸盐
[0071] 采用电化学传感器-I对过氧化氢进行电化学检测，在0. 85V检测电位下，电化学 传感器在PBS(0. 1M，pH= 7)溶液中对连续滴加不同浓度和不同量的亚硝酸盐溶液后响应 的电流逐渐增大即得到i-t曲线，以大于噪音信号3倍的电流对应的浓度为最低检出限，由 i-c标准曲线得出检测的线性范围，灵敏度。
[0072] (4)检测
[0073] 在检测样品时，通过读取电流的大小，依据标准曲线就可以计算出样品中所含被 检测物亚硝酸盐浓度的大小。
[0074] 实施例 1 双金属配位聚合物[Cu2(C0-TCPP) (H20)2] ?0? 5DMF?SKCKCoTCPP-Cu)的 制备
[0075] 称取CoTCPP3mg(0.Olmmol)，加入DMF3mL使之溶解；同时称取过量的 Cu(N03) 2. 3H20 100mg(0? 4mmol)，加入DMF2mL使之溶解。将上述配好的Cu(N03) 2溶液加入 到CoTCPP溶液中，边搅拌边加入HN03(1M) 1~4mL，最后得到有红色絮状物析出的混合溶 液。将该混合溶液放置到65~100°C烘箱内静置5天，得到紫红色粉末。过滤，分别用DMF、 H20和EtOH洗涤，并在室温下晾干。
[0076] CoTCPP的合成可参照文献：（a)Lindsey，J.S.，H.C.Hsu，andI.C.Schreiman， SYNTHESISOFTETRAPHENYLPORPHYRINSUNDERVERYMILD⑶NDITIONS.Tetrahedron Letters,1986. 27(41) ：4969-4970. (b)Kumar,A.,etal.,One-potgeneralsynthesisof metalloporphyrins.TetrahedronLetters，2007. 48(41) :7287_7290〇
[0077] 制得的双金属配位聚合物CoTCPP-Cu，XRD光谱（图1)显示平面结构特征峰 (110)、（320)、（400)、（330)、（440)和（550)八710)，层间距特征峰（001)、（002)和（004)， 计算出层间距为l.Onm。红外和紫外光谱图（图2、3)表明，Co与卟啉空腔中的N发生配 位，Cu与羧酸发生配位。CoTCPP-Cu在1726CHT1处-C00H中C= 0的伸缩振动吸收峰消 失，说明-C00H已全部配位，在1435CHT1和950CHT1处羧基的0-H振动吸收峰消失，进一步说 明-C00H已完全配位。1604、1404CHT1是羧酸根离子的反对称Vas(C00-)和对称Vs(C00-) 伸缩振动，1604与1404CHT1差值等于200CHT1，羧基可能以双齿方式与Cu(II)配位。如图3 为紫外光谱图，（a)TCPP在DMF中吸收光谱，在420nm处出现一个强峰S带，在515、549、590 和646nm处出现四个低能量的Q带。（b)是CoTCPP在DMF中的吸收光谱，由于金属离子Co 与卟啉环中的N发生配位，使得S带红移至433nm，四个Q带变成两个，出现在548和595nm 处，Q带吸收峰的减少是因为卟啉配体属于D2h点群，配合物属于D4h点群。（c)是Cu-C〇TCPP在DMF中的吸收光谱，S带蓝移至419nm，同时Q带减少为一个，这是因为金属卟啉环上带有 的羧基〇与Cu(II)配位，提高了配位聚合物分子的对称性。紫外可见光谱的变化说明配位 聚合物是以CoTCPP为结构单元的配位聚合物。从SEM和TEM电镜图（图4)中可以看出， 所述的CoTCPP-Cu为100-200nm碎片堆积成宽为0. 1-2ym，长为0. 5-3ym的不规则粒子。
[0078] 实施例2电化学传感器-I的制备
[0079] (1)裸玻碳电极的抛光与清洗
[0080] 将玻碳电极用二次去离子水洗净并超声一分钟，再用直径为0. 3um的氧化铝粉末 打磨五分钟，将打磨布和电极上的粉浆用二次去离子水洗净，并将玻碳电极放于二次去离 子水中超声一分钟，反复打磨与清洗后，最后将玻碳电极吹干备用。
[0081] (2)电极修饰
[0082] 将5mg的CoTCPP-Cu超声分散于400yL去离子水中形成悬浮液，将6yL该悬浮 液滴涂于步骤（1)得到的玻碳电极表面，晾干；再在电极表面滴涂2yL1 %nafion溶液， 晾干，即得CoTCPP-Cu修饰电极，记作电传感器-I。
[0083] 实施例3电化学传感器-I应用于过氧化氢检测的循环伏安扫描
[0084] (1)配制过氧化氢标准溶液
[0085] 取30%过氧化氢溶液84yL，并将其稀释到4mL.即配制成了 0. 2molI71过氧化氢 溶液，，其他浓度按相同方法配制。
[0086] (2)过氧化氢检测的循环伏安图
[0087] 在pH= 7的PBS电解液中裸电极和电化学传感器-I分别在有或无过氧化氢下的 C-V曲线，如附图5A所示，a为裸的GCE，b为裸的GCE加0. a与b比较说明裸 的GCE对H202没有响应。c-d分别是电化学传感器-I加入不同浓度的H2020和0. 5mmolI71， 随着过氧化氢的加入，还原电流的响应逐渐增强，说明电化学传感器-I对过氧化氢具有还 原电催化活性。
[0088] 实施例4电化学传感器-I检测过氧化氢条件的优化
[0089] 不同的检测电势会对检测产生影响，由计时电流法（it)进行确定。
[0090] 采用电化学传感器-I对过氧化氢进行电化学检测，附图6A所示，在-0. 25V检测 电位下，电化学传感器-I在PBS(0.lM，pH= 7)溶液中对连续滴加不同浓度（0.OlmolI71， 0? 02molL'0. 2molI71)和不同量的过氧化氢后响应的电流逐渐增大即得到it曲线，以大 于噪音信号3倍的电流对应的浓度为最低检出限，重复5次以上的实验得出，上述方法的 最低检出限为2. 5X1(T6M，附图6A中插图为过氧化氢的响应电流与浓度的校正曲线，线性 方程为：Y= -1. 01848-2. 01421X，得出上述检测的线性范围为7. 0X10_5-4. 7X10_3M(R= 0? 996)，灵敏度为 23. 5mAmol1cm2。
[0091] 采用相同的检测原理，在-0.20V检测电位下，得到的检测结果为：最低检出 限为 4. 0X10_5M，线性范围为 4. 4X10-4-7. 3X10_3M，灵敏度为 3. 5mAmollcnT2;同时 在检测电位为-0. 55V时，得到的检测结果为：最低检出限为7. 5X1(T6M，线性范围为 7. 5Xl(T6-3. 71X1(T3M，灵敏度为 23.SmAmor1LcnT2。
[0092] 综上实验可以获得最佳工作电位为-0. 25V。
[0093] 实施例5电化学传感器-I用于亚硝酸盐的检测
[0094] (1)配制亚硝酸钠标准溶液
[0095] 称取0. 1399g的亚硝酸钠粉末，再加入2. 028mL的二次去离子水溶解，即配制成 0? 2molI71，其他浓度按相同的方法配制。
[0096] (2)电化学传感器-I检测亚硝酸盐的循环伏安图
[0097] 如附图5B所示，为裸电极和电化学传感器-I分别在有或无亚硝酸钠下的CV曲 线，裸的玻碳电极在无亚硝酸盐的PBS电解质中的循环伏安（曲线a)，裸的玻碳电极在 0.Smmoll/1亚硝酸盐的PBS电解质中的循环伏安（曲线b)，电化学传感器-I无亚硝酸盐时 的循环伏安（曲线c)，电化学传感器-I在0.Smmoir1亚硝酸盐的PBS电解质中的循环伏 安（曲线d)，C〇m/C〇n氧化电流的响应逐渐增强，说明电化学传感器-I对亚硝酸盐的具有 氧化电催化活性。
[0098] 实施例6电化学传感器-I检测亚硝酸盐的it曲线[0099] 附图6B所示，在0.85V恒电压下，连续滴加不同浓度（O.OlmolL'0.02molI71， 0.2molI71)和不同量的亚硝酸盐，即可得到电化学传感器-I对亚硝酸盐响应的电流时间 曲线，插图为亚硝酸钠的响应电流与浓度的校正曲线，以大于噪音信号3倍的电流对应的 浓度为最低检出限，重复5次以上的实验得出，上述方法的最低检出限为5. 0X1(T6M，从标 准曲线（Y= 0. 33214+0. 72838X)得出线性范围为 3. 5Xl〇-5-5. 5X1(T3M，灵敏度为 15. 32mA moltcm2〇
[0100] 实施例7电化学传感器-II的制备
[0101] (1)裸玻碳电极的抛光与清洗：同上述实施例1步骤（1)
[0102] (2)电极修饰
[0103] 将6yL浓度为5mg/mL的多壁碳纳米管悬浮液滴涂于步骤（1)得到的玻碳电极表 面，晾干；再滴涂6yL浓度为12. 5mg/mL的CoTCPP-Cu悬浮液，晾干；最后在电极表面滴涂 2yL1%nafion溶液，晾干，即得CoTCPP-Cu/MWNTs修饰电极，记作电传感器-II。
[0104] 实施例8电化学传感器-II用于过氧化氢的检测
[0105] 如附图7A和8A所示，电化学传感器-II对过氧化氢具有明显的还原电催化活 性，在-0. 25V恒电位下连续滴加不同浓度（0.OlmolL'0. 02molL'0. 2molI71)和不同 量的过氧化氢得到电化学传感器-II对过氧化氢响应的电流时间曲线，以大于噪音信号3 倍的电流对应的浓度为最低检出限，重复5次以上的实验得出，上述方法的最低检出限为 5.OX1(Tm;插图为响应电流与浓度的校正曲线，标准曲线为Y= -0. 56706-11. 86815X，线 性范围扩大为5.OX10_7-6. 2X10_3M(R= 0. 999)，检测灵敏度提高到147. 8mAM_1cnT2,其电 催化过氧化氢还原的活性得到明显改善。
[0106] 实施例9电化学传感器-II用于亚硝酸盐的检测
[0107] 附图7B为裸电极和电化学传感器-II在有或无亚硝酸盐的C-V曲线。附图8B为在 0. 85V的电位下连续滴加不同浓度（0.OlmolL'0. 02molL'0. 2molI71)和不同量的亚硝 酸钠得到电流时间曲线以大于噪音信号3倍的电流对应的浓度为最低检出限，重复5次以 上的实验得出，上述方法的最低检出限为2. 5X1(T6M;插图为响应电流与浓度的校正曲线， 标准曲线的方程式为Y= 0. 33214+0. 72838X，得出线性范围扩大为2. 5X10_6-1. 1X10_3M(R =0. 9999)，其电催化亚硝酸盐氧化的活性大大提高。
[0108]实施例10电化学传感器-II的高选择性
[0109] 在检测过氧化氢时，如附图9A所示，PBS电解质环境中依次加入H202(0. 5mmol)， AA(0. 5mmol)，Glu(0. 5mmol)，DA(0. 5mmol)，UA(0. 5mmol)，H202 (0. 5mmol)检测不受干扰， 说明电化学传感器在过氧化氢的检测中具有高的选择性。同时在检测亚硝酸盐是，如附图 9B所示，PBS电解质环境中依次加入KN03(0. 5mmol)、Zn(Ac)2(0. 5mmol)、MgCl2(0. 5mmol)、 UA(0. 5mmol)、Glu(0. 5mmol)时，检测不受到干扰，说明电化学传感器在亚硝酸盐的检测中 具有高选择性。
【主权项】
1. 一种基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法， 其特征在于，所述的方法以基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器作为工作电极，采 用计时电流法检测过氧化氢或亚硝酸盐； 所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器，包括基底电极，所述的基底电极 表面修饰双金属卟啉配位聚合物或者双金属卟啉配位聚合物/碳纳米管的复合物；所述的 双金属卟啉配位聚合物为meso-5,10,15, 20-四-(对羧基苯基）卟啉双金属配位聚合物， 记为CoTCPP-Cu，是双金属Co、Cu与四-(对羧基苯基）卟啉（TCPP)自组装形成的配位聚 合物，具有以下结构式中，CoTCPP为四-(对羧基苯基）钴卟啉； 其中金属Co与四-(对羧基苯基）卟啉中心的四个N发生配位，每个金属Cu分别与来 自四个四_(对羧基苯基）卟啉的羧基中的氧配位，每个羧基与两个金属Cu发生双齿配位。2. 根据权利要求1所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的电化 学传感器中，所述的基底电极为玻碳电极，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米 管。3. 根据权利要求1所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的电化 学传感器采用以下方法制备： a) 将CoTCPP-Cu超声分散于去离子水中形成悬浮液，将该悬浮液滴涂于基底电极表 面，晾干；再在电极表面滴涂naf ion溶液，晾干，即得所述的电化学传感器；或者 b) 首先在基底电极上滴涂碳纳米管悬浮液并晾干，然后将所述的CoTCPP-Cu悬浮液滴 涂在所述电极表面并凉干；再在电极表面滴涂naf ion溶液，晾干，制得所述的电化学传感 器。4. 根据权利要求1所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的 CoTCPP-Cu采用以下方法制备： CoTCPP和铜盐分别溶于DMF中，将铜盐溶液加入到CoTCPP溶液中，再加入酸溶液，得到 有红色絮状物析出的混合溶液，混合溶液中CoTCPP :铜盐：酸的摩尔比为1 : 4~40 : 100~400 ;将所述混合溶液加热至50~100°C进行溶剂热反应2~12天，产物洗涤、干燥， 即可得到紫红色粉末状所述双金属配位聚合物。5. 根据权利要求1至4任一所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述 的方法检测过氧化氢，包括以下步骤： (1) 制备所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器； (2) 计时电流法测定过氧化氢的标准曲线 配制过氧化氢标准溶液，以所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器为工 作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极组成三电极系统，在恒定的检测电位 下，采用计时电流法得到过氧化氢响应电流的i-t曲线，绘制或线性回归得到i_c标准曲 线； (3)检测 在与步骤（2)相同的条件下，对检测样品进行电化学检测，读取响应电流，依据i-c标 准曲线计算得到过氧化氢浓度。6. 根据权利要求5所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的检测 电位为-〇· 20V ~-0· 55V。7. 根据权利要求1至4任一所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述 的方法检测亚硝酸盐，包括以下步骤： (1) 制备所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器； (2) 计时电流法测定亚硝酸盐的标准曲线 配制亚硝酸盐标准溶液，以所述的基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器为工 作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极组成三电极系统，在恒定的检测电位 下，采用计时电流法得到亚硝酸盐响应电流的i-t曲线，绘制或线性回归得到i-c标准曲 线； (3) 检测 在与步骤（2)相同的条件下，对检测样品进行电化学检测，读取响应电流，依据i-c标 准曲线计算得到亚硝酸盐浓度。8. 根据权利要求7所述的检测过氧化氢或亚硝酸盐的方法，其特征在于，所述的检测 电位为〇· 70V~0· 95V。
【专利摘要】一种基于双金属卟啉配位聚合物的电化学传感器检测过氧化氢和亚硝酸盐的方法，以双金属卟啉配位聚合物CoTCPP-Cu或CoTCPP-Cu/CNTs复合材料修饰电极为工作电极，采用计时电流法检测过氧化氢或亚硝酸盐；所述的CoTCPP-Cu是双金属Co、Cu与四-(对羧基苯基)卟啉自组装形成的配位聚合物。本发明方法所采用的电化学传感器为电流型传感器，具有独特的双金属活性，具有高灵敏度，检测方法简便，适用范围广的优点，对过氧化氢的检测检测限可以达到5.0×10-7M，对亚硝酸盐的检测限可以达到2.5×10-6。本发明的检测方法具有快速现场检测、灵敏度高、成本低等特点。
【IPC分类】G01N27/48, G01N27/30
【公开号】CN104897765
【申请号】CN201510263572
【发明人】周泊, 史丽梅, 张英华
【申请人】南京师范大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月21日
最新回复(0)