电化学还原石墨烯及其在有机磷电化学传感器中的应用

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Mr_Law
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农药在中国现代农业生产中是防治病虫害,保障农业丰收,确保粮食供应的重要生产资料,但是农药的广泛使用却引起了严重的环境问题和食品安全问题,这也是制约我国农产品出口的一个瓶颈,因此构建基于新型纳米复合材料的电化学传感器,探索快速、灵敏、方便、低成本、易操作的快速检测甲基对硫磷的新方法的研究具有实践意义。本文研究的目的在于开发一种基于电化学还原石墨烯的新型快速检测有机磷残留量的方法,降低检测费用,满足对农产品在生产、流通环节上的农残含量的快速检测需要。(1)本实验采用改进Hummers法合成了分散性良好的氧化石墨烯,并通过电化学还原方法将滴涂于电极表面的氧化石墨烯还原成石墨烯,进而构建了基于电还原石墨烯修饰的电化学传感器。我们采用透射电子显微镜以及扫描电子显微镜对氧化石墨烯以及电化学还原合成的石墨烯的表面形貌进行表征,透射电镜结果显示所合成的氧化石墨烯是由若干氧化石墨烯单层组成,而且有一定程度的卷曲;扫描电镜结果显示电还原石墨烯表面有较为明显的褶皱,说明在电还原过程中石墨烯片层间发生了一定程度的聚集。本实验采用电化学方法如循环伏安法、方波伏安法以及交流阻抗法等对传感器的导电性能、富集吸附性能以及电活性面积进行评估,结果显示传感器的导电性、富集吸附性以及有效电活性面积相对于裸电极都有很大的提高。(2)为了使所构建的传感器能更灵敏地检测有机磷,本实验对基于电化学还原石墨烯修饰的传感器检测甲基对硫磷时的一些条件,如氧化石墨烯的滴涂量、富集时间以及pH进行了优化,结果显示当氧化石墨烯的滴涂量为8μL,富集时间为8min,电解质pH为7时,该传感器对甲基对硫磷的响应信号最强。同时,选用灵敏度最好的方波伏安技术来研究甲基对硫磷浓度与响应电流之间的关系,确定了甲基对硫磷的线性检出范围是100ng/mL到4000ng/mL,检出限为8.29ng/mL。本实验也对该传感器用于甲基对硫磷检测时一些性能进行了评估。结果显示,其稳定性、可重复性以及抗干扰性都能很好的满足检测需求。(3)同时,为了评测该传感器用于实际样品检测的可行性,本实验采用加标回收试验对饮用水以及猕猴桃中甲基对硫磷含量进行了测定,所得回收率能满足实际样品的检测要求。本实验通过一步电化学还原合成石墨烯于玻碳电极表面,构建了基于电化学还原石墨烯修饰的甲基对硫磷电化学传感器。该传感器对甲基对硫磷的响应信号灵敏,检出范围和检出限都能满足检测需要,而且该传感器优异的稳定性、可重复性以及抗干扰性能够保证检测的灵敏度和准确度。同时,该传感器能较好地用于饮用水以及猕猴桃中甲基对硫磷的检测。总之,本实验利用快速简便的电化学还原方法构建了基于电化学还原石墨烯修饰的电化学传感器用于饮用水和猕猴桃中甲基对硫磷的检测,这不仅为以后构建基于石墨烯基纳米复合材料修饰的新型电化学传感器提供了新的方法路线,也为纳米材料修饰的电化学传感器检测食品中有机磷农药残留拓宽了道路。
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