异丙隆分子印迹敏感膜传感器

1、异丙隆分子印迹敏感膜传感器         11-04-23 14:46:00     作者：赵钧 李建平 蒋复阳    编辑：studa20【摘要】  在弱酸(pH 5.5)条件下，采用电聚合法在金电极上制备邻氨基酚异丙隆分子印迹膜，对该印迹膜的性能、分子印迹效应和印迹膜对模板分子及其结构相似物的选择性响应等进行了研究。以K3Fe(CN)6为印迹电极和底液间的探针，建立了一种检测异丙隆的方法。该传感器对异丙隆具有良好的选择性

2、和敏感度，异丙隆浓度在1.0×10-74.0×10-4 mol/L范围内与K3Fe(CN)6还原峰电流减少量呈线性关系; 检出限为2.95×10-8 mol/L。对农田水中异丙隆含量进行了测定，回收率为99.0%102.0%。 【关键词】  分子印迹，电化学传感器，异丙隆，聚邻氨基酚1 引 言分子印迹是一种选择性识别印迹分子的方法13。由于分子印迹聚合物内部具有固定大小和形状的孔穴，以及确定排列的功能基团，因此对模板分子的立体结构具有记忆功能。分子印迹聚合物敏感膜性质稳定、制备简单、成本低廉，在传感器研究中得到了极大关注46。近年来,印迹传感器技术在农药

3、检测方面的研究也不断深入，印迹传感器用于检测莠去津、敌草净、草甘膦、对硫磷等十几种农药已有报道7，但苯基脲类农药分子印迹敏感膜传感器的研究尚未见报道。异丙隆(N,N二甲基N4异丙基苯基脲)是1972年德国Hoechst公司研制的一种苯基脲类除草剂，农业上广泛用于作物芽前和芽后，对人类有不同程度的毒性，有的甚至有致癌作用8。由于其降解速度较慢，常存在于地表水、地下水和农作物中，因此研究高选择性的异丙隆传感器具有重要意义。电流型分子印迹膜传感器因其灵敏度高、选择性好、检测快速而得到了更多重视，但该传感器的印迹分子通常要求为电活性分子，否则需要采用灵敏度不高的交流阻抗法9。印迹膜常用的成膜方法有压膜

4、法、原位化学聚合法和旋涂法等，这些方法制作的膜厚度大、均匀性及重现性差，对化学传感器的灵敏度和仪器的设计定型影响很大10;而采用电聚合方法合成的分子印迹膜具有均匀、重现性好、纳米级厚度、制备简便、实验条件要求较低等优点11。本实验以邻氨基酚(OAP)为聚合单体，异丙隆为模板分子，研制了异丙隆分子印迹膜电化学传感器。利用K3Fe(CN)6为印迹电极和底液间的探针，实现了对异丙隆的检测。本方法可显著提高无电活性或电极反应速度较小的物质的检测灵敏度。2 实验部分2.1 仪器与试剂CHI 660B电化学工作站(上海辰华仪器公司);金电极(=2 mm)为工作电极，铂丝为对电极，Ag/AgCl电极为参比电

5、极。异丙隆、绿麦隆和伏草隆原药(江苏快达农化有限公司);异丙威(湖南海利化工公司);邻氨基酚(化学纯，CR);V(0.2 mol/L NaCl)V(0.01 mol/L K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6)=11混合溶液。所用试剂均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。2.2 金电极的处理将金电极依次用1.0, 0.3和0.05 m 氧化铝粉抛光，在水中超声洗涤5 min，然后在0.5 mol/L H2SO4 中于-0.21.5 V进行循环伏安(CV)电化学处理，直至获得稳定的CV响应。2.3 分子印迹膜的制备参照文献12进行电化学聚合。以0.1 mol/L HClO4溶解0.055 g OAP

6、，用0.4 mol/L NaOH调节pH值至5.5，然后加入7 mL含有0.05 g异丙隆的甲苯溶液，混合均匀，用CV法在-0.21.2 V范围扫描30圈，扫速为50 mV/s，聚合膜沉积在电极的表面，用0.5 mol/L H2SO4 洗涤12 h，除去聚合物基质中的异丙隆，制成保留有模板分子构型孔穴的分子印迹高分子印迹膜。在同样的条件下，与未加模板分子异丙隆时制备的非印迹膜电极进行比较。2.4 实验方法将印迹电极浸入5 mL 10 mmol/L K3Fe(CN)6溶液中，当背景电流达到稳定后，加入异丙隆溶液。以恒电位计时电流法记录K3Fe(CN)6还原峰电流与异丙隆浓度的关系，测定异丙隆含量

7、。 3 结果与讨论3.1 分子印迹电聚合图1为在模板分子异丙隆存在下金电极上OAP电聚合过程中的CV曲线。由iE曲线可见，OAP在金电极的电化学聚合是一个完全不可逆过程， 图1 邻氨基酚在金电极上电聚合的循环伏安曲线NaClO4(pH 5.5); 14.3 mmol/L异丙隆(isoproturon), 50 mmol/L OAP; 25 ; v: 50 mV/s。随着CV扫描次数增加，电流强度急剧下降。这是由于扫描过程中形成了致密的非导电聚合膜，逐渐覆盖在电极表面上，从而导致伏安响应受到抑制。3.2 印迹膜的表征采用CV法和差分脉冲伏安(DPV)法表征膜的特性。在所选定的电压范围内，异丙隆及

8、伏草隆、绿麦隆等其它苯基脲类除草剂无氧化还原峰， 图2 K3Fe(CN)6溶液(a)和苯基脲类除草剂(插图)在金电极表面的循环伏安图a. 0.2 mol/L NaCl + 0.01 mol/L K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6(11, V/V); b. 10 mol/L伏草隆(fluometuron); c. 10 mol/L异丙隆(isoproturon); d. 10 mol/L绿麦隆(chlorotoluron)。如图2所示。故选择K3Fe(CN)6为印迹电极和底液间的探针。由于膜中的印迹孔穴可以作为电子传质通道，发生于这些通道中的分子识别过程改变了电活性物质的量而使电流发生相应的

9、变化。因此可根据K3Fe(CN)6还原电流信号变化求得分析物浓度的改变。将电聚合后的异丙隆分子印迹修饰电极用水清洗，置于10 mmol/L K3Fe(CN)6溶液中，在50300 mV/s扫速范围内进行CV扫描。结果表明，峰电流Ip与v1/2成正比，Ipa=-0.5055v1/2-0.3099，r=0.9987;Ipc=0.377v1/2 +0.8685，r=0.9989。说明电极过程表现出扩散电流的特征，表明探针分子在分子印迹膜的孔穴传输受扩散控制。采用DPV法表征了印迹膜电极和非印迹膜电极的特性(如图3)。在0.01 mol/L K3Fe(CN)6 溶液中，Fe(CN)3-6在裸金电极表面

10、发生了电化学还原反应，Ipc为15.55 A(图3a)，而在洗脱模板分子后的修饰了印迹膜的金电极表面也有电化学反应发生，但Ipc为6.78 A(图3b)明显小于图3a的峰电流值，说明洗脱模板分子后的印迹膜留有孔穴，使得Fe(CN)3-6能在金电极表面发生电化学反应。但Fe(CN)3-6 在修饰了模板分子的未洗脱高聚物膜和非印迹膜的金电极表面，却基本没有电化学反应发生(图3的插图d和c中)，说明此膜为不导电致密膜，也说明存在识别位点。3.3 分子印迹效应为证明聚合膜内的识别位点对模板分子具有特异选择性，采用一些结构类似的苯基脲类化合物进行验证，测定结果如图4所示。由于伏草隆和绿麦隆的结构与异丙隆

11、极为相似，都具有N原子识别位点伏草隆和绿麦隆能部分地被吸附到“孔穴”上，在印迹分子修饰电极上可引起电极响应。但是图4曲线c和d的峰电流(分别为2.66和2.48 A)明显的比曲线a(6.75 A)低，但远大于10 mol/L异丙隆的曲线e(0.56 A)。由于伏草隆和绿麦隆与苯基连接的侧基团与异丙隆苯基上侧基团不相同，空间效应使得伏草隆和绿麦隆在异丙隆分子印迹膜上的结合能力低于异丙隆，所以曲线b的峰电流(5.97 A)远大于曲线c和d;但异丙威和异丙隆相比较，因异丙威不包含N原子识别位点而不能引起电极响应。从图4可看出，曲线e中的相应电流最小，说明分子印迹膜对异丙隆分子具有特异的选择性，对与异

12、丙隆结构相似的苯基脲类分子也具有一定选择性。a. 裸金电极(bare gold electrode); b 洗脱后的分子印迹膜电极(MIPmodified gold electrode after remove the imprinting molecules of isoproturon); c. 非印迹聚合膜修饰电极(nMIPS); d. 洗脱前分子印迹膜修饰电极(MIPmodified gold electrode before remove the imprinting molecules). v: 40 mV/s; 振幅(amplitude): 50 mV, 脉冲宽度(pulse width): 50 ms; 0.2 mol/L NaCl+0.01 mol/L K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6(11, V/V)。 图4 分子印迹膜修饰电极在不同被测物中的差示脉冲曲线a. 0.2 mol/L NaCl+0.01 mol/L K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)