基于石墨烯薄膜修饰电极的酶催化系统对二氯苯酚的检测

（优选）基于石墨烯薄膜修饰电极的酶催化系统对二氯苯酚的检测本文档共21页；当前第1页；编辑于星期六\2点11分21引言

2,4-DCP是一个重要的中间物，来制造一些常用的含苯氧基除草剂,制药、杀真菌剂,和杀虫剂。然而,其高毒性、强烈气味、不易降解，疑似致癌、致突变的属性意味着2,4-DCP作为一个环境污染物带来了严重的生态问题。高度危险和有毒特征的2,4-DCP需要简单,快速、灵敏、准确的分析方法,并将其量化。本文提出了一些方法如高效液相色谱法、气相色谱法,分光光度法，化学发光法。然而这些方法要么是不方便,不稳定,昂贵的或是操作复杂。他们也不能用于体内和就地检测。在过去的一年里，电化学方法已经得到广泛的重视，由于其巨大的优势,例如简单的操作、快速响应、良好的灵敏度、低成本和现场检测。一些关于通过电化学方法检测2,4-DCP已经出现。然而,通常需要高的氧化电势(700-900mV)，在这个情况下，就会导致来自一些共存化合物的严重的干扰因素。2,4-DCP的电极氧化产物也会在电极上积累，产生积垢。本文档共21页；当前第2页；编辑于星期六\2点11分

最近,基于酶反应的电化学传感器在痕量分析上显示竞争优势，因为其高的放大效应和对酶的选择性高。大量的测定酚化合物的生物传感器被广泛报道。在大多数的这些实验中,已经进行了很多尝试来提高灵敏度和通过酶固定在不同的材料来提高稳定性。石墨烯因为它的独特的物理化学性质吸引了国际关注，如高表面积,高电荷传输流动性,好的电催化活性和强大的机械强度。石墨烯的这些特性，特别是便于酶组装可以用来制造电化学生物传感器。最近,一些研究者发现石墨烯对苯酚也有良好的吸收能力，这将有利于酚类化合物在电极上的富集。考虑到高的导电率、高固定化酶能力和对苯酚强的吸附性能,石墨烯应该是一个好的制备2,4-DCP生物传感器材料。本文档共21页；当前第3页；编辑于星期六\2点11分42实验部分2.1仪器和试剂

石墨、联氨溶液(50wt%),氨溶液(28wt%)和2,4-DCP的分析级。拉曼光谱，石墨,石墨烯氧化物。透射电子显微镜(TEM)，扫描电子显微镜(SEM)，发射扫描电子显微镜（ESEM），电化学分析仪,常规的三电极体系，用铂箔作为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极。工作电极为裸露或修饰的玻碳电极（GCE)本文档共21页；当前第4页；编辑于星期六\2点11分2.2石墨烯的制备

石墨稀氧化物是由天然石墨粉通过一种改进的电化学方法制得的。通常,通过超声波法，将石墨烯氧化物溶解在水中可以形成质量分数为0.1%的分散液。然后将获得的棕色分散液在3000rpm转速下离心分离30分钟后移除没有溶解的石墨氧化物。然后将均匀的石墨烯氧化物分散液(5.0毫升)在50摄氏度下搅拌12h。冷却到室温后，在制得的分散液中加入3.5微升肼溶液和40.0微升的氨溶液。在充分搅拌和振荡几分钟后,将瓶子油浴(95℃)1h以获得稳定的黑色分散液。将分散液通过尼龙膜过滤(0.22微米)来获得石墨烯。本文档共21页；当前第5页；编辑于星期六\2点11分2.3基于石墨烯2,4-DCP生物传感器的制备

基于石墨烯的传感器的制备过程如下：将2毫克石墨烯加入到1毫升的1.0%（W/V）的壳聚糖水溶液中，通过超声破碎法形成均匀的分散液。将50微升的HRP加入到50微升质量分数为2mg/mL的石墨烯壳聚糖水性悬浮液中，为了吸附HRP，将此混合溶液在室温下充分振荡30分钟。经过吸附过程，通过注射器，将5微升上述的混合液分散到预处理过的玻碳电极表面。将电极在4℃下自然晾干，如果不用的话，将修饰电极储存在4℃。本文档共21页；当前第6页；编辑于星期六\2点11分2.42,4-DCP的检测2,4-DCP的测定是在室温下在含有H2O2的0.1MpH为7.0的PBS溶液中进行的。对于电流的检测，所以的测量值都是在运用一个最适当的电势（相比甘汞电极而言）加到工作电极上，并在加入2,4-DCP以后，相比较未加入的电势，电势基流会衰减到更稳定的状态。在加入了2,4-DCP以后，我们对电流峰值变化做了记录。在所以的极普法测量中，要通过充分搅拌溶液来获得对流运输。本文档共21页；当前第7页；编辑于星期六\2点11分3.1石墨烯的特性描述3.2基于石墨烯的生物传感器对检测2,4-DCP的可行性研究3.3检测的优化3结果与讨论8本文档共21页；当前第8页；编辑于星期六\2点11分3.1石墨烯的特性描述9

一系列用于表面探测的测量,如拉曼光谱，透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM),来描述获得的石墨烯的特征。拉曼光谱被用来反映从原始的石墨到石墨烯氧化物然后到还原石墨烯的结构变化(图1A)。在拉曼光谱的原始石墨显示一个突出的G峰在1580cm-1，对应这个一阶散射的E2g态(图1A-a)。在拉曼光谱的石墨烯氧化物(图1A-b),G带扩大,和D带在1350cm-1变得突出,还原在sp2域占主要地位，可能是由于大量的氧化。石墨烯的拉曼光谱还包含G和D带,然而,D/G强度相比石墨烯氧化物增加(图1A-c)。这一变化显示在sp2域内还原脱落石墨烯氧化物减少。图1B显示了石墨烯纳米片的TEM图片。清楚地说明了片状的形状。图C和D是SEM图像的石墨烯和石墨烯壳聚糖复合材料沉积在GCE表面图。本文档共21页；当前第9页；编辑于星期六\2点11分图1（A）拉曼光谱对散装石墨（a）石墨烯氧化物（b）和石墨烯（c）；(B)石墨烯的TEM图片；(C)石墨烯的SEM图片;(D)石墨烯壳聚糖复合物的SEM图片。本文档共21页；当前第10页；编辑于星期六\2点11分图2石墨烯壳聚糖溶液的照片(A)和石墨烯水溶液照片（B）本文档共21页；当前第11页；编辑于星期六\2点11分3.2基于石墨烯检测2,4-DCP的生物传感器的可行性研究HRP+H2O2→Compound-I+H2O(1a)Compound-I+Cl2C6H3OH→Compound-II+Cl2C6H3O*(1b)Compound-II+Cl2C6H3OH→HRP+Cl2C6H3O*+H2O(1c)Cl2C6H3O*+e-+H+→Cl2C6H3OH(1d)12本文档共21页；当前第12页；编辑于星期六\2点11分方案1使用HRP/石墨烯修饰玻碳电极检测2,4-DCP的示意图本文档共21页；当前第13页；编辑于星期六\2点11分图3（A）HRP/石墨烯生物传感器在不同溶液中的循环伏安图图3（B）HRP/石墨烯生物传感器在不同溶液中的安培电流图本文档共21页；当前第14页；编辑于星期六\2点11分3.3检测条件的优化HRP浓度的影响底液pH值的影响电极电势的影响过氧化氢浓度的影响本文档共21页；当前第15页；编辑于星期六\2点11分3.3.1HRP浓度的影响图4EffectofHRPconcentrationonthebiosensorresponseto1.0uM2,4-DCPin0.1MpH7.0PBScontaining100.0uMH2O2at0.25V(vs.SCE).本文档共21页；当前第16页；编辑于星期六\2点11分

3.3.2pH的影响

图5EffectofpHofPBSonthebiosensorresponseto1.0uM2,4-DCPin0.1MPBScontaining100.0uMH2O2at0.25V(vs.SCE).本文档共21页；当前第17页；编辑于星期六\2点11分3.3.3电极电势的影响图6

Effectofappliedpotential(vs.SCE)onthebiosensorresponseto1.0mM2,4-DCPin0.1MpH7.0PBScontaining100.0mMH2O2.本文档共21页；当前第18页；编辑于星期六\2点11分3.3.4过氧化氢浓度的影响

图7Calibrationcurvesfor2,4-DCPdeterminationwithHRP/graphenesensorinthepresenceof(A)10.0,(B)50.0,(C)100.0and(D)200.0uMof

H2O2inpH7.0PBS.Appliedpotential:-0.25Vvs.SCE.InsetwasthedependenceofthesensitivityoftheHRP/graphenebiosensoronH2O2concentration(S,sensitivity).本文档共21页；当前第19页；编辑于星期六\2点11分3.4HRP/石墨烯生物传感器性能特点图8AmperometricresponseoftheHRP/GCE(A),andHRP/graphene/GCE(B),onsuccessiveadditionof2,4-DCPinto0.1MpH7.0PBScontaining100.0mMH2O2at-0.25V(vs.SCE).Inset:CalibrationcurvesoftheHRP/GCE(A),andHRP/graphene/GCE(B),for2,4-DCP.本文档共21页；当前第20页；编辑于星期六\2点11分3.5生物传感器的稳定性和重现性

固定酶的一个原因是提高寿命,允许使用很长一段时间。因此,评估生物传感器的寿命是在一个月内通过测量其对1.0uM2,4-DCP的响应。两周后，生物传感器在电流