復合修飾電極同時測定2，7-萘二酚與雙酚A*

賀靈芝，曠文安，李俊華

（1.湖南環境生物職業技術學院醫藥技術學院，湖南 衡陽 421005；2.南華大學附屬第一醫院，湖南 衡陽 4210012；3.衡陽師范學院功能金屬有機化合物湖南省重點實驗室，湖南 衡陽 421008）

2，7 -萘二酚 （2，7-NAPhthalenediol，NAP）是醫藥、染料、纖維等領域的一種重要單體，對皮膚、眼睛、呼吸道有強烈刺激性和腐蝕性[1]。雙酚A（BisPhenol A，BPA）是一種能夠擾亂內分泌的類雌性激素，可以迅速完好地進入細胞膜，影響人體激素程度和代謝能力，導致內分泌系統的紊亂[2]。這兩種酚類物質的高毒性和潛在的致突變性將會嚴重地威脅人類的健康。由于NAP 與BPA 能夠由工業排放的廢液和垃圾填埋處的濾液滲入到地表水層中污染水源，因此發展一種簡單、快速、高靈敏度、可同時測定環境水樣中NAP 與BPA 的方法十分重要。目前，檢測NAP 和BPA 的主要方法有高效液相色譜法[1，3]、熒光光譜法[4]、比色傳感法[5]和電化學檢測法[6]等。相比其他方法，電化學檢測法具有靈敏度高、操作簡便、便于現場檢測等優點。電化學檢測法多利用具有高電化學活性或高電催化性能的納米材料來修飾電極，通過靈敏的方波伏安法、差分脈沖伏安法等進行檢測。迄今為止，β-環糊精/石墨烯納米復合材料（β-CycloDextrin/Graphene Nanocomposites，CD-GN）修飾電極同時測定NAP 和BPA 的物質的量濃度的研究尚未見報道。

本實驗制備了CD-GN，將其用于修飾玻碳電極（Glassy Carbon Electrode，GCE），并比較了 NAP 和BPA 在不同修飾電極上的電化學行為。考察了不同實驗參數對傳感器分析性能的影響。實驗發現，CD-GN/GCE 修飾電極對NAP 和BPA 同時具有更好的電催化和富集作用，與文獻報道方法相比，用它制作的酚類傳感器具有優良穩定性、高靈敏度和低檢測限。在最優的實驗條件下，實現了對NAP 和BPA 快速、靈敏的同時測定，此外，將CD-GO/GCE 修飾電極用于實際樣品中NAP 和BPA 的物質的量濃度的分析，獲得了較好的回收率，為NAP 和BPA 的同時測定提供了新的方法。

1 實驗材料的制備與電極活化

1.1 實驗儀器與實驗試劑

EVO-MA10 型掃描電子顯微鏡（德國ZEISS 公司生產）；CHI660D 型電化學工作站（上海辰華儀器公司生產）；CHI115 型電子分析天平（梅特勒-托利多儀器公司生產）；三電極體系，包括作為參比電極的222 型飽和甘汞電極（上海越磁電子科技有限公司生產）、作為對電極的鉑絲電極（上海辰華儀器有限公司生產）、玻碳電極（直徑3.0 mm，武漢高仕瑞聯科技有限公司生產），所測電位均相對于飽和甘汞電極而言。

β-環糊精，石墨粉，二甲基甲酰胺（DiMethyl-Formamide， DMF）， Al2O3， Na2HPO4， NaH2PO4，NAP 和BPA 均購自天津大茂化學劑廠，以上試劑均為分析純，實驗用水為超純水。實際水樣取自于湘江衡陽段。

1.2 納米復合材料的制備

先采用改進的Hummers 法[7]制備氧化石墨烯，再根據文獻 [8]報道的方法利用氧化石墨烯制備石墨烯。β-環糊精/石墨烯納米復合材料（CD-GN）的制備步驟如下：首先將1.0 mL β-環糊精溶液（1.0 mmol/L）逐滴緩慢加入到 5 mL 石墨烯分散液（DMF 分散成 0.5 mg/mL）中；其次超聲振蕩 2 h；最后將混合溶液離心分離、干燥后，得到CD-GN。

1.3 修飾電極的制備與活化

修飾電極的制備與活化的具體操作步驟如下：首先取GCE，先在Al2O3粉末上粗磨5 min，再在拋光粉上細磨5 min，用去離子水洗凈待用；其次取制得的CD-GN 納米材料于一定量的DMF 中分散，配成1 mg/mL 的分散液，超聲分散20 min；再次取5 μL 滴加在處理好的GCE 表面，使其均勻分布；最后在紅外燈下烘干，制得CD-GN/GCE。

為了進行對比，采用相似的步驟制作了β-環糊精修飾玻碳電極（CD/GCE）和石墨烯納米復合材料修飾玻碳電極（GN/GCE）。測量前，用循環伏安法將制備好的修飾電極于磷酸緩沖鹽溶液（Phosphate Buffer Saline，PBS）底液中，在-1.0～1.0 V 的電位范圍內，以 0.1 V/s 的掃速掃描 20 段已活化電極。修飾電極每次測量后用乙醇溶液浸泡60 s 后沖洗，以除去沉積在修飾電極表面的酚類氧化物薄膜。

2 電極材料表征及其檢測性能的研究結果與討論

2.1 CD-GO/GCE 表面形貌和光學性質表征

圖1 是分布在 DMF 中的 CD，GN 和 CD-GN這3 種修飾材料的掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）圖。由圖1-a 可以清楚地觀察到環糊精的平滑表面；圖1-b 給出了石墨烯典型的褶皺結構；圖1-c 的復合材料CD-GN 明顯結合了環糊精和石墨烯的結構特點，表明復合材料CD-GN 已被成功制備。

圖1 CD，GN 和 CD-GN 的 SEM 圖

第53頁圖2為CD，GN 和CD-GN 的紅外光譜圖和紫外-可見光譜圖。由第53頁圖2-a 可以清楚地觀察到GN 的紅外特征峰振動小；CD 屬于主客體包合物，有較多含氧基團，其羥基等含氧基團的紅外特征峰明顯；所合成的復合材料CD-GN 的紅外特征峰與CD 的紅外特征峰較為相似，這是由于GN的紅外強度小、CD 的紅外特征峰強，因此復合材料主要顯示了CD 的紅外特征峰。對這3 種材料進一步進行紫外表征，在第53頁圖2-b 中，由于GN的紫外特征峰的吸收強度小，因此使得CD-GN 和CD 的紫外特征峰相似，這一結果與紅外光譜圖的結果一致。紅外光譜圖、紫外-可見光譜圖的表征結合SEM 圖的表征，證實了復合材料CD-GN 被成功合成。

2.2 NAP 和BPA 在不同修飾電極上的電化學行為

第 53頁圖3為 GCE，CD/GCE，GN/GCE 和CD-GN/GCE這4種不同修飾電極在 6.0×10-6mol/LNAP 和 3.0×10-6mol/L BPA 混合溶液中的差分脈沖伏安 （Differential Pulse Voltammetry，DPV）曲線圖。在GCE 修飾電極上，NAP 和BPA 出現一個不明顯的氧化峰；在CD/GCE 修飾電極上，NAP 和BPA 出現兩個明顯的氧化峰，表明CD 對NAP 和BPA 的氧化峰有較強分離作用，這是由于CD 對這兩種酚類物質的絡合作用大小不同所致，因此復合材料中CD 的加入有利于兩種物質的同時測定；在GN/GCE 修飾電極上，氧化峰電流明顯增強，這表明GN 對NAP 和BPA 具有較強的電催化作用；在CD-GO/GCE 修飾電極上，NAP 和BPA 分別在0.63V和0.78V出現了更為明顯的氧化峰。相比其他3 種修飾電極，在CD-GO/GCE 修飾電極上的氧化峰電流最大，這表明復合材料CD-GN 結合了CD 和GN 兩者的優勢，如CN 的優良導電性、高電催化性、大比表面積以及CD 的強吸附能力，使得NAP 和BPA 這兩種物質可以在所制備的復合材料表面同時測定。

圖2 CD，GN 和CD-GN 的紅外光譜圖和紫外-可見光譜圖

2.3 pH 值的影響

圖4為CD-GO/GCE 修飾電極在7 種不同pH值 （分別為 2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0）的6.0 × 10-6mol/L NAP 和 3.0 × 10-6mol/L BPA 混合溶液中的DPV 曲線圖。結果表明，隨著pH 值的增加，氧化峰電位負移，說明這兩種酚類物質在修飾電極上發生了質子轉移過程。當 pH 值在 2.0～8.0時，隨著pH 值的增加，NAP 和BPA 的氧化峰電流先增大后減小；當pH 值為5.0 時，氧化峰電流最大，故測定 NAP 和BPA 的優化 pH 值選擇 5.0。

圖3 不同修飾電極在NAP 和BPA 混合溶液中的DPV 曲線圖

圖4 修飾電極在不同pH 值的NAP 和BPA 混合溶液中的DPV 曲線圖

2.4 線性范圍和檢出限

以 pH 值為 5.0 的 PBS為底液，富集電位為0.2 V，富集時間為2 s，采用靈敏的DPV 法對一系列物質的量濃度的NAP 和BPA 混合溶液進行DPV掃描（同時改變NAP 和BPA 的物質的量濃度），結果見第54頁圖5。由圖5 能夠看出，NAP 和BPA的氧化峰電流隨著物質的量濃度增大而持續增加，分別在 3.0 × 10-7～2.5 × 10-5mol/L 和 5.0 × 10-8～1.0 ×10-4mol/L 范圍內與這兩種物質對應的氧化峰電流具有良好的線性關系，線性方程分別為

式中：ip為氧化峰電流，10-6A；c為物質的量濃度，10-6mol/L。

式 （1）R2=0.994 7；式（2）R2=0.993 1。在 S/N=3 的條件下，計算得出NAP 和BPA 的檢出限分別為 1.0×10-8mol/L 和 2.0×10-9mol/L。

2.5 實際樣品分析

將本方法應用于湘江水樣中NAP 和BPA 的測定，回收率為97.0%～102.8%。良好的回收率說明本方法對實際水樣中NAP 和BPA 的測定有較好的準確性。表1為n=5 時水樣中NAP 和BPA 的回收率測定結果。

圖5 在不同物質的量濃度的NAP 和BPA 混合溶液中的DPV 曲線圖

表1 水樣中NAP 和BPA 的回收率測定結果

3 結論

本實驗基于復合材料CD-GN 修飾電極構建了用于NAP 和BPA 同時測定的電化學傳感器，采用多種方法對該電極進行了表征，同時對NAP 和BPA 兩種物質同時測定的條件進行了優化。實驗結果表明，相對于裸電極和單組分材料修飾電極而言，本實驗所制備的復合材料CD-GN 修飾電極對NAP 和BPA 的催化性能得到了明顯改善。當富集電位為 0.2 V、富集時間為2s且pH值為 5.0 時，NAP 和BPA 在電極上的電化學活性最佳。NAP 和BPA 物質的量濃度分別在 3.0×10-7～2.5×10-5mol/L，5.0×10-8～1.0×10-4mol/L 范圍內與其對應的氧化峰電流具有良好的線性關系。該電極制作簡單、操作簡便和設施價廉，為NAP 和BPA 的物質的量濃度同時測定提供了新方法，具有潛在的應用前景。