论文部分内容阅读
光电化学分析是近几年新建立起来的一种分析方法,其工作原理是:在光照下传感元件和目标检测物之间相互识别从而使电信号发生改变。该方法具备灵敏度高、检测快速、设备简单和选择性好等优点,其独特的优点及在传感分析中的潜力已经引起越来越多的关注。虽然先前报道的工作中已展现了光电化学分析方法突出的优点,但实际上我们对该分析方法的研究仍处于起步阶段,相比于传统的电化学方法及光学分析方法,光电化学分析方法的传感元件和信号传导机理还需深入的研究与扩展。本论文基于CdS QDs量子点,构建了新型CdS QDs/TiO2/ITO光电传感元件,并将其应用于[Fe(CN)6]4-与生物酶β-半乳糖苷酶的光电化学(PEC)检测。1.首先,我们合成巯基乙酸(TGA)包裹的光电转换效率较高的CdSQDs,然后通过高温煅烧把TiO2 NPs薄膜负载在预处理过的ITO电极上。随后,基于静电吸附作用将带正电荷的聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和带负电荷的CdS QDs层层自组装(LBL)于TiO2CITO表面,成功制备CdS QDs/TiO2/ITO传感电极,该光电传感器将大带隙的Ti02与小带隙的CdS QDs实行复合,制作方法简单,并大幅提升了 PEC传感器的性能。2.我们利用制备的CdSQDs/TiO2/ITO传感器在抗坏血酸(AA)体系中检测[Fe(CN)6]4-,在该体系中[Fe(CN)6]4-作为供电子体与AA协同作用使电流增大。实验结果表明,在检测[Fe(CN)6]4-时,我们的PEC传感策略方法更简单、实验成本更低、检测效率更高。在最优条件下,该方法的线性范围为1.0～12.0 μmol/L,线性方程为:y= 4.858 x +31.46,相关系数R2= 0.9985,检测限为0.26μmol/L(S/σ = 3,σ为十次空白试验的标准偏差)。3.我们以CdSQDs/Ti02复合材料为光电转换单元,设计了一种灵敏的PEC传感器,并准确测定了β-半乳糖苷酶的活性。β-半乳糖苷酶(β-Gal)催化底物水解生成对硝基苯酚(PNP),PNP对CdSQDs/TiO2/ITO传感电极有良好的响应。根据β-Gal和底物4-硝基苯基-β-D-吡喃半乳糖苷(PNPG)之间的高度特异性,我们设计了检测β-Gal的PEC传感器。在最佳条件下,β-Gal浓度在6.0-105.0 U/L范围内,光电流的增加程度与其浓度成线性上升,该线性方程为:y= 0.026x+ 1.919,相关系数 R2=0.996,检测限为 1.46U/L(S/σ = 3,σ为十次空白试验的标准偏差)。综上所述,我们首先合成了具有良好的光敏特性的CdSQDs,之后通过层层自组装(LBL)制备CdSQDs/TiO2/ITO传感电极。在最佳波长的光激发下,CdSQDs内部的电子便会从其价带跃迁到导带。由于TiO2的价带能级低于CdS QDs的价带能级,激发态的电子会便向TiO2转移,使得电子与空穴在空间上被分离,从而大大降低电子-空穴复合的可能,最终提高其光电转换效率。利用CdSQDs/TiO2/ITO传感电极测定食盐样品中的抗结剂的含量和生物酶β-Gal的活性,充分证明了 PEC分析方法具有耗时短、灵敏度高、设备简单和选择性良好的优点。