一种双酚a分子印迹电化学传感器及其制备方法和应用
【专利摘要】本发明属于电化学检测技术领域，公开了一种检测双酚A的分子印迹电化学传感器及其制备方法和应用。以修饰了金和还原氧化石墨烯纳米复合材料的玻碳电极为工作电极，采用循环伏安法制备聚邻苯二胺和双酚A的混合膜，最后洗脱双酚A得到分子印迹电化学传感器。采用差示脉冲伏安法检测土样中双酚A的含量，并与高效液相色谱法对比，其方法间相关性良好。本发明所述印迹电化学传感器具有响应快速，灵敏度高，选择性强，更宽的线性范围，实用性强，易于推广等特点。
【专利说明】
一种双酚A分子印迹电化学传感器及其制备方法和应用
技术领域
[0001] 本发明属于电化学检测技术领域，特别涉及一种检测双酚A的分子印迹电化学传 感器及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 双酚A(BPA)是由苯酚、丙酮在酸性介质中合成的重要有机化工原料，被广泛用于 罐头食品和饮料的包装、奶瓶、水瓶、牙齿填充物所用的密封胶、眼镜片以及其他数百种日 用品的制造过程中。研究证明，双酚A具有内分泌干扰作用，主要表现在有模拟雌激素的效 果，即使很低的剂量也能使动物产生雌性早熟、精子数下降、前列腺增生等作用。此外，具有 生物毒性，如胚胎毒性和致畸性，可明显增加动物卵巢癌、前列腺癌、白血病等癌症的发生。
[0003] 双酚A有多种分析测试方法，目前主要有分光光度法和荧光测定法、毛细管电泳 法、气相色谱法和气质联用法、液相色谱法和液质联用法等。但是这类仪器检测技术存在价 格昂贵，操作费时，需要专业技能操作等缺点；而酶联免疫分析方法(ELISA)、荧光偏振免疫 分析方法(FDIA)等免疫分析方法，虽然识别性能强，灵敏度高，但是也存在抗体制备时间 长，对结构相似的目标分子识别性差，操作误差大等缺点。
[0004] 分子印迹材料(Molecular imprinting materials，MIPs)具有较强的特异识别性 能，抗干扰力强，亲和力好，且具有耐温、耐压、耐腐蚀，寿命长等优点，引起了研究者高度的 兴趣。而纳米材料因其具有良好导电性、生物兼容性、易于功能化、宽的电化学窗口、大的表 面积等优点，将其应用于分子印迹技术领域，既可以突出分子印迹分离富集目标分子，清除 基体干扰的能力，又能提高其灵敏度，降低检出限，提高分析的精度和准确性，基于此，现 提供一种分子印迹电化学传感器的制备及应用方法。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种双酚A分子印 迹电化学传感器的制备方法。
[0006] 本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的双酚A分子印迹电化学传感 器。
[0007] 本发明的再一目的在于提供上述双酸A分子印迹电化学传感器的应用。
[0008] 本发明的目的通过下述技术方案实现：
[0009] -种双酸A分子印迹电化学传感器的制备方法，按照以下操作步骤：
[001 0] (1)制备金和还原氧化石墨烯纳米复合材料；
[0011] (2)用步骤(1)所得纳米复合材料修饰预处理过的玻碳电极；
[0012] (3)将修饰后的玻碳电极通过电化学聚合邻苯二胺和双酚A的混合膜，得到分子印 迹修饰电极;洗脱除去混合膜中的双酸A，得到双酸A分子印迹电化学传感器。
[0013] 步骤（1)所述制备金和还原氧化石墨烯纳米复合材料是一步还原法，具体按照以 下步骤:将氧化石墨烯于水中超声分散，得到浓度为0.5-1. Omg/mL均匀的分散液，加入3- 9.6μΜ氯金酸混合后磁力搅拌过夜;在60-100 °C加热，恒温后加入水合肼，水热反应l_4h后， 持续搅拌冷却至室温;离心，洗涤得到金和还原氧化石墨烯纳米复合材料;所述水合肼的用 量是按照每mg氧化石墨烯使用2-3yL水合肼。
[0014] 步骤(2)所述预处理过玻碳电极是按照以下步骤进行预处理:将玻碳电极依次用 0.3μπι、0.05μπι的Al2〇3粉末在麂皮上进行抛光，清洗后依次在无水乙醇和超纯水中超声洗 涤，晾干待用。
[0015] 步骤(2)所述修饰是采用以下步骤:将金和还原氧化石墨烯纳米复合材料分散在 体积比为1:1的N，N-二甲基甲酰胺和水中，得到浓度为0.5mg/mL金和还原氧化石墨烯分散 液;将预处理过玻碳电极在其表面滴加金和还原氧化石墨烯分散液，自然晾干或者烘干，再 用超纯水淋洗。
[0016] 步骤(3)所述将修饰后的玻碳电极通过电化学聚合邻苯二胺和双酚A的混合膜的 具体操作过程为:将修饰后的玻碳电极放入含模板分子和印迹单体的醋酸缓冲溶液中，其 中模板分子为双酚A，印迹单体为邻苯二胺，通过循环伏安法得到嵌有双酚A的分子印迹修 饰电极，所述循环伏安法的扫描电位为〇-〇. 8V，扫描圈数为5-15，扫速为25-lOOmV/s;所述 洗脱除去混合膜中的双酸A是采用洗脱液超声洗脱。所述醋酸缓冲溶液中含有的双酸A和邻 苯二胺的摩尔浓度比为2:1-18:1，醋酸缓冲溶液的浓度为0.5-5M，其pH = 5.2;所述洗脱液 为体积比1:1的缓冲溶液与乙醇混合而成的混合液，超声洗脱的时间为2-30分钟。
[0017] -种由上述制备方法得到的双酸A分子印迹电化学传感器。
[0018] 上述双酚A分子印迹电化学传感器在检测土壤中双酚A中的应用，所述应用按照以 下检测步骤:室温条件下，将分子印迹电化学传感器浸在土壤样品缓冲液中，浸泡5-20分钟 后，通过差分脉冲伏安检测法检测，该差分脉冲伏安检测的扫描电位为0.0-1.2V，电位增量 为0.004V，脉冲宽度为0.2s，每次扫描后，将分子印迹电化学传感器置于空白底液中进行循 环扫描至无峰后，用水淋洗晾干，重复使用。
[0019] 所述土壤样品缓冲液是将0. lmL土样提取液溶于0.9mLlM的磷酸盐缓冲溶液中制 成的，该缓冲溶液的P Η = 6.9 ;所述土样提取液是往10 - 2 5 m g 土壤样品中加入乙醇定容到 100-250mL容量瓶中，超声萃取1-2小时，减压过滤，通过旋转蒸发仪进行浓缩，再定容到5-25mL容量瓶中。
[0020] 所述分子印迹电化学传感器对双酚A的检测线性范围为2.50 X 10_7M-1.75 X 10_5M 和1 · 75 X 10-5M-1 · 00 X 10-4M，回归方程为Ιρ(μΑ) =0 · 259c(yM)+0 · 025(R2 = 0.998)和Ιρ(μΑ) = 0.073c(yM)+3.306(R2 = 0.999)，检测限为 8.33X10-8M，S/N = 3,与液相色谱检测方法相 比，相关系数为0.997。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果:本发明提出的一种分子印迹 电化学传感器的制备及应用方法，通过修饰电极再电聚合的方法制备了纳米金/还原氧化 石墨烯/双酚A分子印迹电化学传感器，克服了传统方法存在的膜厚度大、电荷在电极上传 递速度慢、响应时间长，涂布不均匀和可逆性差等缺点，抗干扰能力强、重现和稳定性好;同 时通过差分脉冲伏安法研究了该传感器对双酚A及其结构类似物的识别性能，建立了一种 快速检测双酚A的分析方法，结果表明，该传感器响应快速、灵敏度高、识别性能好，为快速 检测环境中的双酸A提供了更宽的线性范围，实用性强，易于推广。
【附图说明】
[0022] 图1为制备金和还原氧化石墨烯复合材料的流程图。
[0023] 图2为制备分子印迹电化学传感器的示意图。
[0024]图3为rGO，Au/rGO，印迹传感器洗脱前后的电镜图。
[0025] 图4为印迹传感器对双酸A类似物的识别性能图。
[0026] 图5为印迹传感器检测双酸A的标准曲线。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 [0028] 实施例1
[0029] -种金和还原氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法：
[0030] 称取20mg的氧化石墨烯，于20mL的水中超声分散1小时，加入9.6μΜ的HAUC14,溶液 最终体积为40mL，磁力搅拌12小时过夜;再于油浴锅中加热至80°C，持续搅拌并加入60yL的 水合肼，恒温反应3小时；停止反应，并继续搅拌冷却至室温；离心分离出黑色固体，真空干 燥得到金和还原氧化石墨烯纳米复合材料产物。其反应过程如图1所示。所得到的产物用扫 描电镜进行鉴定，其结果如图3中的A，B所示，经过修饰的还原氧化石墨烯，其表面有金纳 米生成。
[0031] 实施例2
[0032] -种分子印迹电化学传感器的制备方法：
[0033] (1)将玻碳电极依次用0.3μπι、0.05μπι的Al2〇3粉末在麂皮上进行抛光，清洗后在无 水乙醇和超纯水中分别超声洗涤，罩上烧杯晾干。
[0034] (2)称取5mg的实施例1所得金和还原氧化石墨稀纳米复合材料，在DMF/水(体积比 1:1)中超声分散1.5小时制得分散液。
[0035] (3)用移液枪取5yL步骤(2)所得分散液，滴在电极表面，50 °C烘箱中干燥，超纯水 淋洗晾干得到Au/rGO/GCE。
[0036] (4)以Au/rGO/GCE为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞为参比电极，组成三电极 工作电解池;将三电极放入含9mM 0PD和1.5mM BPA的醋酸缓冲溶液中（1Μ，ρΗ5.2)，在扫描 电位为〇-〇. 65V，扫描速度为50mV/s，扫描圈数为12的条件下进行循环伏安扫描，得到分子 印迹修饰电极；
[0037] (5)将分子印迹修饰电极分别浸泡在roS(pH5 · 2)/乙醇（1:1)和roS(pH7 · 4)/乙醇 (1:1)的溶液中，分别超声15min，以去除印迹中的双酚A，得到双酚A分子印迹电化学传感 器。整个制备过程的示意图如图1所示。其洗脱前后通过扫描电镜进行表征，如图3中的C和D 所示，聚合后，电极表面变得粗糙，洗脱后，形貌大致没有改变。
[0038] 实施例3
[0039] 采用实施例2所得双酸A分子印迹电化学传感器检测双酸A，包括以下步骤：
[0040] 将双酚A分子印迹电化学传感器放入含一系列浓度(0.025，0.05，0.1，0.25，0.5， 1，2.5，5，10，25，50，100μΜ)的双酚A磷酸缓冲溶液中（pH6.9)，浸泡15分钟后，取出用超纯 水淋洗，放入电解池中进行差示脉冲伏安扫描，扫描电位为0.3-0.8V，电位增量为0.004V， 脉冲宽度为ο. 05V，振幅为0.2V。每次扫描后，将双酚A分子印迹电化学传感器置于空白底液 中进行循环扫描至无峰后，用水淋洗晾干，重复操作。其操作示意图如图2所示，其结果如图 5，所述分子印迹电化学传感器对双酚A的检测线性范围为2.50 X 10_7M-1.75 X 10_5M和1.75 X 10-5Μ-1 ·00Χ 10-4M，回归方程为Ip(yA)=0.259c(yM)+0.025(R2 = 0.998WPIp(yA) = 0.073c(yM)+3.306(R2 = 0.999)，检测限为8.33X10-8M，S/N=3,与液相色谱检测方法相比， 相关系数为0.997。
[0041 ] 实施例4
[0042] 本发明双酸A分子印迹电化学传感器测试其特异性，包括以下步骤：
[0043] 将印迹传感器(MIP)和纯邻苯二胺聚合膜(NIP)浸泡在双酚A，间苯二酚，对苯二 酚，酚酞，双酚酸（浓度为65μΜ)的磷酸缓冲溶液(pH6.9)中，浸泡15分钟后，在扫描电位-0.1-1.2V，电位增量为0.004V，脉冲宽度为0.05V，振幅为0.2V下进行差示脉冲伏安扫描，得 到对应的峰电流。其结果如图4所示，该传感器对双酸A有较强的识别性能，对其他类似物的 吸附性能一般，而纯邻苯二胺聚合膜由于存在非特异性吸附，也出现一定的峰电流，但是与 印迹膜相比，电流很小，证明该印迹传感器识别性能好。
[0044] 实施例5
[0045] 实际样品中双酸A前处理方法，包括以下步骤：
[0046] 将土样晒干，过60目筛子，取10g样品置于lOOmL的容量瓶中，用无水乙醇定容，超 声2小时后，减压过滤得到上清;用旋转蒸发仪进行浓缩并定容在10mL的容量瓶中。放于4°C 冰箱中保存，一周内测完。
[0047] 实施例6
[0048] 取实施例5中经过双酸A前处理的样品，溶于roS (pH6.9)的溶液中配置浓度为2.5μ Μ和25μΜ，将印迹电极浸泡在所述溶液中15min，用差示脉冲伏安法扫描，平行进行三次实 验，读取结果取平均值。其测试结果，回收率在93.70-118.80%之间。与高效液相测试结果 对比，如表1所示，两种测试方法间的相关性为0.997。
[0049]表1实际样品检测的结果对比表
[0051]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种双酸A分子印迹电化学传感器的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤： (1) 制备金和还原氧化石墨烯纳米复合材料； (2) 用步骤(1)所得纳米复合材料修饰预处理过的玻碳电极； (3) 将修饰后的玻碳电极通过电化学聚合邻苯二胺和双酚A的混合膜，得到分子印迹修 饰电极;洗脱除去混合膜中的双酸A，得到双酸A分子印迹电化学传感器。2. 根据权利要求1所述的一种双酚A分子印迹电化学传感器的制备方法，其特征在于： 步骤(1)所述制备金和还原氧化石墨烯纳米复合材料是一步还原法，具体按照以下步骤:将 氧化石墨烯于水中超声分散，得到浓度为0.5-1. Omg/mL均匀的分散液，加入3-9.6μΜ氯金酸 混合后磁力搅拌过夜；在60-100°C加热，恒温后加入水合肼，水热反应l_4h后，持续搅拌冷 却至室温;离心，洗涤得到金和还原氧化石墨烯纳米复合材料;所述水合肼的用量是按照每 mg氧化石墨稀使用2-3yL水合肼。3. 根据权利要求1所述的一种双酚A分子印迹电化学传感器的制备方法，其特征在于： 步骤（2)所述预处理过玻碳电极是按照以下步骤进行预处理：将玻碳电极依次用0.3μπι、 0.05μπι的Α12〇3粉末在麂皮上进行抛光，清洗后依次在无水乙醇和超纯水中超声洗涤，晾干 待用。4. 根据权利要求1所述的一种双酚Α分子印迹电化学传感器的制备方法，其特征在于： 步骤(2)所述修饰是采用以下步骤:将金和还原氧化石墨烯纳米复合材料分散在体积比为 1:1的N，N-二甲基甲酰胺和水中，得到浓度为0.5mg/mL金和还原氧化石墨烯分散液;将预处 理过玻碳电极在其表面滴加金和还原氧化石墨烯分散液，自然晾干或者烘干，再用超纯水 淋洗。5. 根据权利要求1所述的一种双酚A分子印迹电化学传感器的制备方法，其特征在于： 步骤(3)所述将修饰后的玻碳电极通过电化学聚合邻苯二胺和双酚A的混合膜的具体操作 过程为:将修饰后的玻碳电极放入含模板分子和印迹单体的醋酸缓冲溶液中，其中模板分 子为双酸A，印迹单体为邻苯二胺，通过循环伏安法得到嵌有双酚A的分子印迹修饰电极，所 述循环伏安法的扫描电位为〇-〇. 8V，扫描圈数为5-15，扫速为25-lOOmV/s;所述洗脱除去混 合膜中的双酸A是采用洗脱液超声洗脱。6. 根据权利要求5所述的一种双酚A分子印迹电化学传感器的制备方法，其特征在于： 所述醋酸缓冲溶液中含有的双酚A和邻苯二胺的摩尔浓度比为2:1-18:1，醋酸缓冲溶液的 浓度为〇. 5-5M，其pH=5.2;所述洗脱液为体积比1:1的缓冲溶液与乙醇混合而成的混合液， 超声洗脱的时间为2-30分钟。7. -种由权利要求1-6任一项所述制备方法得到的双酸A分子印迹电化学传感器。8. 根据权利要求7所述的双酚A分子印迹电化学传感器在检测土壤中双酚A中的应用， 其特征在于:所述应用按照以下检测步骤:室温条件下，将分子印迹电化学传感器浸在土壤 样品缓冲液中，浸泡5-20分钟后，通过差分脉冲伏安检测法检测，该差分脉冲伏安检测的扫 描电位为〇. 0-1.2V，电位增量为0.004V，脉冲宽度为0.2s，每次扫描后，将分子印迹电化学 传感器置于空白底液中进行循环扫描至无峰后，用水淋洗晾干，重复使用。9. 根据权利要求8所述的应用，其特征在于:所述土壤样品缓冲液是将0 . lmL土样提取 液溶于〇. 9mLlM的磷酸盐缓冲溶液中制成的，该缓冲溶液的pH = 6.9;所述土样提取液是往 10-25mg土壤样品中加入乙醇定容到100-250mL容量瓶中，超声萃取1-2小时，减压过滤，通 过旋转蒸发仪进行浓缩，再定容到5-25mL容量瓶中。10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于:所述分子印迹电化学传感器对双酚A的检 测线性范围为2 · 50 X 10-7M-1 · 75 X 10-5M和 1 · 75 X 10-5M-1 · 00 X 10-4M，回归方程为 1ρ(μΑ)= 0.259。化]\〇+0.025(1?2 = 0.998)和1口化厶）=0.073。(4]\〇+3.306(1?2 = 0.999)，检测限为8.33 X 10-8Μ，S/N=3，与液相色谱检测方法相比，相关系数为0.997。
【文档编号】G01N27/48GK106018530SQ201610207346
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】丁金龙, 刘洁, 赵肃清, 崔锡平, 吴盼盼, 胡青青, 焦洛莹, 陈莹珊, 沈定
【申请人】广东工业大学