基于碳納米管/分子印跡聚合物修飾電極對雙酚A的測定研究

杜春瑤 陳瑩瑩 詹偉玲 祝程鳳 李澤林 曾延波 李 蕾

(嘉興學院生物與化學工程學院，浙江嘉興314001)

雙酚A是一種環(huán)境內分泌雌激素，它是生產塑料的重要原料之一，也用于生產農藥、涂料、熱穩(wěn)定劑等精細化工產品，雙酚A的使用容易造成環(huán)境的污染。雙酚A對于人類健康具有一定的危害，雙酚A可能誘發(fā)生殖系統紊亂、兒童性早熟、糖尿病、癌癥等疾病[1]。因此，建立環(huán)境水中雙酚A的檢測方法具有重要意義。雙酚A的測定方法主要有液相色譜、氣相色譜、電化學傳感器法等[2-3]。電化學傳感器法具有靈敏度高、儀器簡單、方法快捷等優(yōu)點，常用來作為雙酚A的測定方法。

分子印跡聚合物具有選擇性高、抗干擾能力強、穩(wěn)定、使用壽命長等諸多優(yōu)點[4-5]，已經被廣泛用于制備電化學修飾電極傳感器。本文結合碳納米管優(yōu)良的導電性和分子印跡聚合物良好的選擇性，在碳納米管修飾的電極表面滴涂雙酚A分子印跡聚合物，制備了雙酚A分子印跡修飾電極的電化學傳感器，優(yōu)化了碳納米管濃度、分子印跡聚合物濃度、富集時間、pH等對傳感器的影響，將該分子印跡電化學傳感器應用于嘉興南湖水、自來水、純凈水中雙酚A的含量測定。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

AR323CN型電子分析天平 (奧豪斯儀器上海有限公司)，SK5210HP超聲波清洗器 (上海科導超聲儀器有限公司)，STARTER 3C酸度計 (奧豪斯儀器上海有限公司)，電化學工作站 (CHI660D，上海辰華儀器有限公司)，實驗使用三電極裝置系統：修飾電極作為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑絲電極為對電極。

雙酚A (BPA)、4-乙烯基吡啶 (4-VP)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、偶氮二異丁腈 (AIBN)、二甲基甲酰胺(DMF)等購自于阿拉丁試劑有限公司，其它試劑均購自于阿拉丁試劑有限公司。0.1 M磷酸鹽緩沖溶液(PBS)使用KH2PO4和K2HPO4制備。實驗用水為二次去離子水。多壁碳納米管（CNT）購自中國科學院成都有機化學有限公司，外徑大于 50 nm，長度 10～20 μm，純度大于 99.9%，比表面積大于20 m2/g。

1.2 雙酚A分子印跡聚合物合成

雙酚A分子印跡聚合物采用自由聚合法進行合成，將43.2 mg雙酚A 分散到 60.0 mL甲苯溶液中，再加入 92.4 μL 4-VP，超聲處理 30 min，再加入 160.0 μL EGDMA 和 40.0 mg AIBN，超聲分散均勻，在磁力攪拌下充入氮氣15 min后密封處理，在65℃油浴中聚合反應24 h。產物用溶液(V甲醇：V乙酸=9：1)進行索氏提取4 h，除去模板分子后在60℃下真空干燥12 h，制備得到雙酚A分子印跡聚合物 (BPAMIPs)。在同樣制備條件下，除不加模板分子雙酚A外，制備非印跡聚合物 (BPA-NIPs)。

1.3 分子印跡電化學傳感器制備

玻碳電極在麂皮上用0.05 μM的Al2O3粉末拋光，依次用無水乙醇、二次水超聲清洗，在室溫下自然晾干。晾干后的玻碳電極表面滴加5μL 0.3 mg/mL的碳納米管DMF分散液，紅外燈下干燥40 min，溶劑揮發(fā)后即得到CNT/GCE修飾電極。

取 1.5 mg BPA-MIPs 分散于 1 mL 0.5%的殼聚糖溶液 (0.1 M 醋酸)，得到 1.5 mg/mL 的 BPA-MIPs溶液，然后滴加 5 μL BPA-MIPs溶液到CNT/GCE修飾電極上，置于紅外燈下干燥30 min，制備得到雙酚A分子印跡修飾電極的電化學傳感器 (BPA-MIPs/CNT/GCE)。

1.4 測試儀器及實驗條件

實驗使用三電極體系檢測裝置，修飾電極作為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑絲電極為對電極。將工作電極置于含有BPA的PBS 溶液(0.1 M，pH 8.0)中攪拌富集 5 min，用二次水洗凈晾干，再將工作電極置于10 mL空白PBS溶液中，進行循環(huán)伏安和差分脈沖伏安法測量。

2 結果與討論

2.1 BPA-MIPs/CNT的修飾電極對雙酚A的電化學行為

圖1為BPA-MIPs/CNT修飾電極(a曲線)、BPA-NIPs/CNT修飾電極(b曲線)在100 μM雙酚A溶液中的循環(huán)伏安行為。從圖1a所示，BPA-MIPs/CNT修飾電極在0.5 V附近有一個強的雙酚A氧化峰，同時沒有看到還原峰，說明雙酚A在BPA-MIPs/CNT修飾電極上是完全不可逆的過程。圖1b呈現出BPA-NIPs/CNT修飾電極的雙酚A氧化峰，a的峰電流大于b的峰電流，同時相對a峰來說，b峰的電位位置具有正移現象，說明分子印跡聚合物對電極具有電催化的效果，這是由于分子印跡聚合物的識別位點產生的現象。所以選用BPA-MIPs/CNT修飾電極用于雙酚A的含量測定。

圖1 BPA-MIPs/CNT(a)和BPA-NIPs/CNT(b)修飾電極對100 μM雙酚A的循環(huán)伏安圖

2.2 條件的優(yōu)化

2.2.1 CNT 和 BPA-MIPs濃度的影響

對BPA-MIPs/CNT修飾電極的制備和測定條件進行了優(yōu)化，考察了碳納米管(CNT)和BPA-MIPs濃度、pH、富集時間等影響條件，其中雙酚A的試驗濃度為60.0 μM。首先考察CNT和BPA-MIPs濃度對差分脈沖伏安峰電流的影響。結果表明，CNT濃度低于0.3 mg/mL時，峰電流減小，這是CNT的減少導致電催化減弱；而當濃度高于0.3 mg/mL時，由于電極表面膜過厚，阻礙了電流擴散，導致峰電流減小。因此實驗選擇CNT最佳濃度為0.3 mg/mL。

考察BPA-MIPs濃度對BPA響應峰電流的影響。結果顯示，當濃度低于0.5 mg/mL時，有效印跡位點太少，響應電流較小，而隨著BPA-MIP濃度增加，響應電流變大；而濃度高于0.5 mg/mL，由于形成的膜太厚，影響了電子轉移而導致響應電路的降低。因此實驗選擇BPA-MIPs的最佳濃度為 0.5 mg/mL。

2.2.2 pH 和富集時間的影響

考察pH和富集時間對BPA響應電流的影響，其中雙酚A的試驗濃度為60.0 μM。結果顯示，當PBS的pH為8.0時，峰電流值最大，故選擇pH為8.0作為支持電解質。同時，考察富集時間對BPA響應電流的影響。結果顯示，富集時間為5 min時，響應電流達到穩(wěn)定，故選擇5 min作為BPA-MIPs/CNT修飾電極最佳的富集時間。

2.3 線性關系、檢出限與電極重現性

在最優(yōu)的實驗條件下，基于差分脈沖伏安法采用BPA-MIPs/CNT修飾電極對雙酚A進行測定，峰電流與雙酚A濃度在0.1～100.0 μM內呈現良好的線性關系，檢測限為0.5 μM(S/N=3)。峰電流與濃度遵循如下關系：I(μA)=0.0422C(μM)+0.0666(R=0.9998)。

按實驗方法對5.0 μM雙酚A溶液進行連續(xù)8次平行測定，峰電流的相對標準偏差為4.23%，電極在室溫下保存14天對雙酚A的催化氧化性能變?yōu)樵瓉淼?5.6%，說明電極具有良好的穩(wěn)定性與重現性。

2.4 干擾試驗

在最佳實驗條件下，研究一些無機離子和有機化合物對雙酚A測定的干擾，允許干擾量是該量引起峰電流大小改變在±5%范圍內。結果表明在濃度為 5.0 μM 雙酚 A 溶液中，100 倍的 K+、Na+、NH4-、NO3-、、Cl-對測定沒有干擾，30 倍的 Ca2+,Mg2+對測定沒有干擾,35倍的尿酸、抗壞血酸、甲醇和乙醇對測定沒有干擾。結果表明，MIPs-MWNPE傳感器具有較好的選擇性，測定干擾較小。

2.5 實際樣品測定

BPA-MIPs/CNT修飾電極應用于實際水樣中雙酚A的測定，實際水樣包括嘉興南湖水、自來水、純凈水等，純凈水購自嘉興財康純凈水廠，平行測定5次，實際水樣中沒有雙酚A的電流響應，因此通過標準加入法獲取回收率，檢測方法的可行性。如表1所示，此方法的回收率在 96.1%～105.2%， 相對標準偏差在 3.2%～4.1%。 因此，BPA-MIPs/CNT修飾電極電化學傳感器可用于實際水樣中雙酚A的測定，結果滿意。

表1 實際水樣中雙酚A含量的測定

3 結論

本文構建了分子印跡聚合物/碳納米管的修飾電極電化學傳感器，并將其用于雙酚A的測定。當碳納米管濃度為0.3 mg/mL，分子印跡聚合物濃度為 0.5 mg/mL，富集時間為5 min，pH為 8.0，分子印跡修飾電極對雙酚A具有最大的電化學響應。在最優(yōu)的實驗條件下，采用差分脈沖伏安法對雙酚A進行測定，峰電流與雙酚A濃度在0.1～100.0 μM 內呈現良好的線性關系，檢測限為 0.5 μM(S/N=3)。 最后，BPA-MIPs/CNT修飾電極電化學傳感器成功應用于嘉興南湖水、自來水、飲用水中的雙酚A含量測定。

［1］B.R.Yi,E.B.Jeung,K.C.Choi.Altered gene expression following exposure to bisphenol A in human ovarian cancer cells expressing estrogen receptors by microarray[J].Reproduction Fertility and Development.2011,23：201-201.

［2］M.Rezaee,Y.Yamini,S.Shariati,A.Esrafili,M.Shamsipur.Dispersive liquid -liquid microextraction combined with high -performance liquid chromatography-UV detection as a very simple,rapid and sensitive method for the determination of bisphenol A in water samples[J].Journal of Chromatography A,2009,1216：1511-1514.

［3］許振寧,王默,殷煥順,艾仕云.基于氮摻雜石墨烯傳感器檢測雙酚[J].化學傳感器,2012,32(4)：21-27.

［4］王丹丹,曾延波,劉海清,尹爭志,李蕾.石墨烯修飾電極分子印跡電化學傳感器的研制及其對多巴胺的測定[J].分析測試學報,2013,32(5)：581-585.

［5］張進,姚桃花,王燕青.分子印跡電化學傳感器研究進展[J].理化檢測：化學分冊，2013,49(8)：1017-1023.