一种用于检测三硝基甲苯的电化学传感器的制作方法

本发明属于材料化学技术领域，涉及一种用于检测三硝基甲苯的电化学传感器。

背景技术：

tnt(2,4,6-三硝基甲苯)是一种双重用途的化合物，它自发现以来被广泛用于和平工业和军事及恐怖分子用途，如弹药和炸药，以及染料、增塑剂、除草剂等的制造。然而，除了众所周知的安全问题之外，tnt的广泛使用也会对我们的环境和健康造成有害的影响。tnt被认为是最具威胁性，危害最强的化学品之一。tnt污染对环境和人类健康有严重的不利影响。在tnt所制造的地点，土壤和水被破坏，并持续腐蚀和污染。更糟糕的是，由于tnt的化学惰性，被tnt污染的环境很难得到补救。对于人类健康方面，tnt会导致产生贫血、肝功能异常、皮肤刺激、免疫系统减弱的症状。同时，由于其潜在的致癌风险，它被美国环境保护署(epa)列为潜在致癌物。因此，迫切需要开发新型传感材料，用于快速、高效地探测和测定该领域的超痕量tnt。到目前为止，许多人已经研究了各种方法，并应用于硝基芳香族化合物的分析，如色谱、分光光度法、拉曼光谱法、免疫测定法、电化学发光法、电化学法等。所有这些方法都可以实现对tnt进行敏感的检测，但其由于本身固有的一些缺点，不适合大规模推广，如需要昂贵的昂贵仪器，长期的化验时间，以及训练有素的实验室技术员等。因此，需要找到一种快速、低成本、简单的方法来探测和评估该领域的tnt。电化学方法可以满足这种需要。电化学方法由于其固有的选择性高、检测的下限低、分析速度快、易用性、构建廉价的便携式探测器的潜力，因此受到了极大的关注。之前人们已经发现,电化学检测的tnt是基于电化学还原把tnt的硝基还原为胺基。作为一种理想的电极材料应吸附tnt，并催化tnt的电化学还原。近年来，石墨烯在纳米器件领域引起了广泛关注。石墨烯具有强烈倾向于积累在其表面硝基芳香化合物化合物特性,这是由于二维平面结构石墨烯和tnt等有机化合物的结构会发生强烈的π-π相互作用的二维平面结构石墨烯。此外，由于石墨烯纳米带在酸性和碱性电解质中具有较大的表面积、高导电性和较高的电化学稳定性的特点，因此被广泛地应用于纳米粒子的分散。许多研究结果表明，石墨烯的异质原子掺杂或贵金属纳米粒子改性是痕量硝基芳族化合物高性能检测的一种很有前景的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于检测三硝基甲苯的电化学传感器，解决了目前对tnt进行敏感的检测方法复杂，检测材料设备昂贵的问题。

本发明所采用的技术方案是使用铂丝电极作为对电极，银/氯化银作为参比电极，覆盖样品涂层的玻碳电极作为工作电极，0.1摩尔每升磷酸盐缓冲溶液(pbs,ph＝6.5)，含0.4摩尔每升kcl作为电解质溶液。工作电极首先在玻碳电极首先在抛光布上利用0.3μm铝浆(铝粉规格)进行抛光，之后依次用0.1m的h2so4,去离子水和乙醇超声洗涤。将ag-pt-pd-rgo用6μl的移液枪滴在(直径3.0毫米)玻碳电极表面，自然干燥。

进一步，ag-pt-pd-rgo的合成方法如下：

步骤1：氧化石墨烯的合成；

将石墨粉，kmno4，h2so4和h3po4添加到单口瓶中加热后，迅速注入到冰冻好的去离子水中，机械搅拌使其均匀混合，之后边搅拌边加入h2o2，之后，将溶液静置分离，将上清液倒出，然后加入去离子水洗涤下层溶液，将溶液重复静置分层洗涤，得到氧化石墨烯；

步骤2：ag-rgo的合成；

氧化石墨烯被分散在去离子水中超声处理，聚乙烯吡咯烷酮被添加到石墨烯溶液中搅拌后用去离子水离心洗涤，洗涤完成后将溶液加入硝酸银溶液，加热沸腾后加入柠檬酸钠水溶液冷凝回流，反应结束后，将所得溶液用去离子水离心洗涤得到ag-rgo；

步骤3：ag-pt-pd-rgo的合成；

取ag-rgo溶液分散于去离子水中，超声处理，将h2ptcl6溶液加入到ag-rgo溶液中搅拌，然后在水中加入pdcl2溶液搅拌，将所得样品以去离子水离心洗涤，然后离心浓缩得到用于检测三硝基甲苯的电化学传感器材料。

3.按照权利要求1所述一种用于检测三硝基甲苯的电化学传感器，其特征在于：所述磷酸盐缓冲溶液采用0.1摩尔每升、ph6.5；含0.4摩尔每升kcl作为电解质溶液。

进一步，铝粉规格为0.3μm铝浆。

进一步，用0.1m的h2so4,去离子水和乙醇超声洗涤。

本发明的有益效果是方法简单，所用检测材料设备容易制备。

附图说明

图1是ag-pt-pd-rgo/gce、ag-rgo/gce、go/gce在含0.4摩尔每升kcl，5ppmtnt的0.1摩尔每升磷酸盐缓冲溶液(pbs,ph＝6.5)线性伏安扫描测试技术曲线；

图2是1000次循环前后ag-pt-pd-rgo/gce在在含0.4摩尔每升kcl，5ppmtnt的0.1摩尔每升磷酸盐缓冲溶液(pbs,ph＝6.5)线性伏安扫描测试技术曲线；

图3是ag-pt-pd-rgo在含0.4摩尔每升kcl的0.1摩尔每升磷酸盐缓冲溶液(pbs,ph＝6.5)对pna(对硝基苯胺)及tnt的线性伏安扫描测试技术曲线；

图4是ag-pt-pd-rgo在含0.4摩尔每升kcl的0.1摩尔每升磷酸盐缓冲溶液(pbs,ph＝6.5)对2,4-dintroaniine(二四二硝基苯胺)及tnt的线性伏安扫描测试技术曲线；

图5是ag-pt-pd-rgo在含0.4摩尔每升kcl的0.1摩尔每升磷酸盐缓冲溶液(pbs,ph＝6.5)对tnp(三硝基苯酚及tnt的线性伏安扫描测试技术曲线；

图6是ag-pt-pd-rgo透射电子显微镜照片；

图7是ag-pt-pd-rgo纳米晶体大小分布直方图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明在石墨烯的优点的基础上，通过简单的置换反应，提供了一种在低温下合成ag-pt-pd-rgo的一种简便方法，并将其作为一种用于电化学tnt传感器的传感材料。据我们所知，目前还没有关于这种类型的混合纳米结构的制备以及他们对tnt电化学检测的应用的报告。该复合材料具有良好的导电性、良好的稳定性和高电催化活性。通过对自来水中tnt的检测，我们认为ag-pt-pd-rgo复合检测平台完全可用于实际供水系统中的tnt检测。

1.氧化石墨烯的合成

本发明在以下所有步骤中使用的玻璃器皿都是在新制备的3:1hcl:hno3王水中彻底清洗。在石墨烯氧化物合成中，添加0.5g石墨粉，0.5gkmno4，63ml95％(质量分数，溶于水)h2so4和7ml85％(质量分数，溶于水)h3po4添加到150ml的单口瓶中，在50℃加热12h后，迅速注入到冰冻好的200毫升去离子水中，机械搅拌使其均匀混合，之后边搅拌边加入14ml30％h2o2。在加入h2o2后，溶液迅速变为黄色。之后，将溶液静置分离，将上清液倒出，然后加入去离子水洗涤下层溶液，将溶液重复静置分层洗涤8-10次，得到氧化石墨烯，将最终洗涤完成后的下层溶液倒入透析袋透析。

2.ag-rgo的合成

0.0275g氧化石墨烯被分散在130毫升的去离子水中，在100w条件下超声处理1h。pvp(聚乙烯吡咯烷酮)被添加到石墨烯溶液中，搅拌1h，之后用去离子水9000rpm，10分钟条件下离心洗涤3次。洗涤完成后将溶液添加到三颈瓶中，再加入将硝酸银(4.5毫升，0.1摩尔每升)溶液，搅拌加热，冷凝回流。加热沸腾后，6.4毫升的柠檬酸钠(1摩尔每升)水溶液加入到三颈瓶中，然后在130℃冷凝回流2.5小时。反应结束后，将所得溶液用去离子水在6000rpm，6分钟的条件下离心洗涤三次，得到ag-rgo。最后，ag-rgo被分散在80毫升的去离子水中，用于接下来的反应。

3.(ag-pt-pd-rgo)的合成

取ag-rgo溶液20毫升分散于150毫升的去离子水中，超声处理1h。将h2ptcl6(1ml，0.01％)溶液加入到ag-rgo溶液中，搅拌1h，然后在水中加入pdcl2(1ml，0.01％)溶液搅拌1h。将所得样品以6000rpm，6分钟，去离子水离心洗涤三次，然后离心浓缩得到用于检测三硝基甲苯的电化学传感器材料。4.电化学测量和硝基芳族化合物的检测。

电化学测量和硝基芳族化合物的检测在传统的三电极系统中完成。使用铂丝电极作为对电极，银/氯化银作为参比电极，覆盖样品涂层的玻碳电极作为工作电极，0.1摩尔每升磷酸盐缓冲溶液(pbs,ph＝6.5)，含0.4摩尔每升kcl作为电解质溶液。工作电极首先在玻碳电极首先在抛光布上利用0.3μm铝浆(铝粉规格)进行抛光，之后依次用0.1m的h2so4,去离子水和乙醇超声洗涤。将上述离心浓缩所得产物(即ag-pt-pd-rgo)用6μl的移液枪滴在(直径3.0毫米)玻碳电极表面，自然干燥。

在此工作中，检测硝基芳香族化合物有两个步骤。首先，将硝基芳香族化合物从溶液中浓缩到0.0v(vsag/agcl)的电极表面。其次，用线性扫描伏安法(lsv)使累积化合物的电化学还原。

图1中显示了在含有浓度为5ppmtnt和0.4mkcl的0.1m磷酸盐缓冲溶液(pbs)中，在ag-pt-pd-rgo/gce,ag-rgo/gce，以及go/gce三种电极上，三个tnt的吸附脱附峰，分别为-0.37v，-0.53v,-0.67v。这三个峰表明了，tnt上的三个不同的硝基的逐步减少，变成了相应的羟胺和胺组。重要的是，这三种还原信号的电位都比ag-rgo/gce、go/gce表现出更大的阴极电流密度。图2表示在1000次循环后，在ag-pt-pd-rgo/gce电极上测得的tnt还原的信号电位几乎没有变化，而tnt的还原电流也有极高的保持率，这表明了该电极传感检测平台具有极强的长期稳定性。而通过对自来水中的痕量tnt进行检测，我们发现电极传感平台所测得的tnt的还原电位有所提高，而还原电流无明显变化，因此我们认为其具有良好的应用潜力，能满足日益增长的环境安全要求，实现对tnt的特异性检测。

在含有浓度为5ppmtnt和0.4mkcl的0.1m磷酸盐缓冲溶液(pbs)中的ag-pt-pd-rgo/gce电化学分析也显示，在其他一些硝基芳香化合物中，ag-pt-pd-rgo/gce依然能对tnt进行高选择性检验。在这个工作中，我们研究了对硝基苯胺(pna)、2,4-二硝基苯胺(dna)、2,4,6-三硝基酚(tnp)等一系列硝基芳香族化合物的在同样条件下的电化学还原反应。

我们观察到，阴极信号的数量取决于于含氮化合物中硝基的数量。对硝基苯胺(pna)只有一个减少在-0.69v的电流信号(图3)。而同时，2,4-二硝基苯胺(dna)显示了两个还原信号(图4)。图5显示了tnt和tnp在ag-pt-pd-rgo/gce上的还原峰。可以清晰地看出，tnp显示了四种电化学还原信号，但这几种常见的硝基化合物与tnt有明显不同。显然,通过以上观察，我们可以选择地确定混合物中tnt的特征信号发生-0.37v,远离混合物中的其他爆炸物的特异性的硝基还原峰。因此tnt的特征信号-0.37v可用于tnt高选择性的检测。

图6和图7分别为所制备的材料的tem图及粒径统计图，大致可以看出所合成的材料为纳米球粒径大致在23nm左右。

本发明复合材料具有良好的导电性、良好的稳定性和高电催化活性。通过对自来水中tnt的检测，我们认为ag-pt-pd-rgo复合检测平台完全可用于实际供水系统中的tnt检测。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。