一种用羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜电化学传感器测定痕量氟虫腈的方法与流程

本发明属于新型功能材料、电化学传感检测技术领域，涉及一种检测痕量氟虫腈的方法，特别是一种用羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜电化学传感器测定痕量氟虫腈的方法。

背景技术：

氟虫腈(fipronil)，又名锐劲特，化学名称(r，s)-5-氨基-1-(2，6-二氯-a，a，a-三氟-对-甲苯基)-4-三氟甲基亚磺酰基吡唑-3-腈，是法国罗纳普朗克农化公司于1987年开发研制的苯基吡唑类新型高活性杀虫剂。该药物杀虫谱广，对害虫有胃毒作用，兼有触杀和一定的内吸作用，对蚜虫、叶蝉、飞虱、鳞翅目幼虫、蝇类和鞘翅目等重要害虫有很高的杀虫活性，且对作物无毒害。但由于氟虫腈易于产生抗药性，残留和生态风险，不少国家将其列为禁用药物。

有研究表明，在长期使用后氟虫腈可能在人体中富集积累，引起慢性中毒，甚至癌变，对人类健康造成安全隐患。目前，一些发达国家已经对家禽和水产品的氟虫腈最高残留限量做出了严格规定，我国禁止在家禽和水产品使用氟虫腈。因此，寻找一种快捷、方便、高灵敏、低检出限的检测痕量氟虫腈的方法具有重要意义。

目前测定各种复杂基质中氟虫腈的分析方法主要有高效液相色谱法(hplc)、液相色谱-串联质谱法(lc-ms-ms)等，这些方法虽然具有很高的灵敏度和准确度，但需要大型昂贵的仪器设备及复杂的样品纯化制备程序，分析程序复杂，检测周期长，检测成本高，而且对检测技术水平要求较高，需要专业的技术人员来完成，在基层单位推广普及难度大，难以对家禽和水产品的养殖、加工、流通环节进行全面监控。因此，发展简便、快速、经济、适用于现场检测的方法将是解决当前氟虫腈残留超标问题的有效途径之一。

电化学传感器是基于电化学反应原理来检测标的物的一类传感器，它以电极作为传感器转换元件，修饰在电极上的材料作为敏感元件，敏感元件与被测物质的离子或分子接触发生化学反应或变化，转换元件将这种反应或变化直接或间接的转化为电信号，建立标的物的浓度、成分等化学量与输出电信号的关系，从而实现标的物的定量检测的装置。电化学传感器由于其具有灵敏度高、选择性好、操作简单、检测快速、易微型化、能在复杂系统中进行在线监测甚至活体分析等优越性，己成为电分析化学中十分活跃的研究领域，并且已经在临床检验、食品和药品分析、环境监测、生命科学等方面得到了广泛的应用。

羧基化石墨烯材料有高比表面积、易于保存和改善导电性的优点，能与电极材料共价结合，更好分散于溶剂中。碳纳米片由于也具有丰富表面和优异导电性，而且不同场合对二维碳纳米结构形貌也会有不同的要求，在许多领域同样显示出它的重要应用价值。但将羧基化石墨烯与羧基化碳纳米片复合应用尚未见报道。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明在于提供一种用羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜电化学传感器测定痕量氟虫腈的方法，该方法利用羧基化碳纳米片和羧基化石墨烯的双放大效应，可高灵敏度地用于检测痕量氟虫腈。

本发明所述的用羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜电化学传感器检测痕量氟虫腈的方法，包括以下步骤：

a.玻碳电极的处理：

将玻碳电极(φ＝3mm)用0.05μmγ-氧化铝打磨，二次水超声清洗后，室温下晾干备用；

b.羧基化石墨烯修饰电极的构筑：

取一定量的羧基化石墨烯分散液滴涂于电极表面，置于红外灯照下干燥，即得羧基化石墨烯修饰电极；

c.羧基化碳纳米片修饰电极的构筑：

取一定量的超声电解法得到羧基化碳纳米片涂于电极表面，置于红外灯照下干燥，即得羧基化碳纳米片修饰电极；

d.羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜修饰电极的构筑：

分别移取一定量的羧基化石墨烯和羧基化碳纳米片涂于电极表面，置于红外灯照下干燥，即得羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜修饰电极；

e.电化学传感器的构建：

将羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜修饰电极置于一定浓度的pbs缓冲溶液中使用微分脉冲伏安法扫描使其稳定，扫描时的电位区间为0.7v～1.2v，两次扫描之间间隔1min。随后在1000rpm磁力搅拌下进行恒电位富集，电位区间为-0.4v～-0.7v，富集时间0-40min。

f.氟虫腈的检测：

电化学测试采用三电极体系：工作电极为羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜复合膜修饰电极，对电极为中空钛棒，参比电极为饱和甘汞电极。电化学测试在自制电解池中进行。自制电解池的容积为25ml，每次测试时装载电解液体积为20ml，采用电磁搅拌器进行搅拌。电解液为pbs缓冲溶液，使用前通入高纯氮气3min以充分除尽其中的溶解氧。

根据本发明所述的电化学传感器的进一步特征，所述步骤d中，羧基化碳纳米片及羧基化石墨烯的用量分别为2μl和2μl。

根据本发明所述的电化学传感器的进一步特征，所述步骤e中，所述电解池中的溶液被调节为ph＝8.0。

根据本发明所述的电化学传感器的进一步特征，所述步骤e中，所述电解池中的溶液缓冲溶液pbs的浓度为0.2m。

根据本发明所述的电化学传感器的进一步特征，所述步骤e中，所述富集电位为0.3v。

根据本发明所述的电化学传感器的进一步特征，所述步骤e中，所述富集时间为5min。

本发明所述的用于检测痕量氟虫腈的电化学传感器克服了已有技术在检测氟虫腈时存在方法过于繁琐，步骤复杂等诸多缺点，更好地提高了检测的灵敏度，对于痕量氟虫腈的检测易于自动化。

附图说明

图1为不同电极的微分脉冲伏安曲线，图中，(a)裸电极，(b)羧基化碳纳米片修饰电极，(c)羧基化石墨烯复合膜修饰电极，(d))羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜修饰电极。

图2是本发明所述的传感器标准吸收曲线。

图3是本发明所述的传感器的选择性图。图中，横轴上为加入的干扰物。

具体实施方式

实施例1：本发明所述的用于检测微量氟虫腈的电化学传感器的构筑

一种用羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜电化学传感器检测痕量氟虫腈的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)玻碳电极的处理：

将玻碳电极(φ＝3mm)用0.05μmγ-氧化铝打磨，二次水超声清洗后，室温下晾干备用；

(2)羧基化石墨烯修饰电极的构筑：

取一定量的羧基化石墨烯分散液滴涂于电极表面，置于红外灯照下干燥，即得羧基化石墨烯修饰电极；

(3)羧基化碳纳米片修饰电极的构筑：

取一定量的超声电解法得到羧基化碳纳米片涂于电极表面，置于红外灯照下干燥，即得羧基化碳纳米片修饰电极；

(4)羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜修饰电极的构筑：

分别移取一定量的羧基化石墨烯和羧基化碳纳米片涂于电极表面，置于红外灯照下干燥，即得羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜修饰电极；

(5)电化学传感器的构建：

将羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜修饰电极置于一定浓度的pbs缓冲溶液中使用微分脉冲伏安法扫描使其稳定，扫描时的电位区间为0.7v～1.2v，两次扫描之间间隔1min。随后在1000rpm磁力搅拌下进行恒电位富集，电位区间为-0.4v～-0.7v，富集时间0-40min。

(6)氟虫腈的检测：

电化学测试采用三电极体系：工作电极为羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯复合膜复合膜修饰电极，对电极为中空钛棒，参比电极为饱和甘汞电极。电化学测试在自制电解池中进行。自制电解池的容积为25ml，每次测试时装载电解液体积为20ml，采用电磁搅拌器进行搅拌。电解液为pbs缓冲溶液，使用前通入高纯氮气3min以充分除尽其中的溶解氧。

实施例2：本发明所述的用于检测痕量氟虫腈的电化学传感器微分脉冲伏安表征

采用微分脉冲伏安法观察氟虫腈在裸电极(a)、羧基化石墨烯(b)、羧基化碳纳米片(c)、以及羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯(d)修饰电极上的电化学反应。如图1所示，在裸电极上，2μm的氟虫腈乙醇溶液的峰电流为0.3307μa，而羧基化石墨烯修饰电极后，完全无氧化、还原峰产生。在羧基化碳纳米片(的修饰下，峰电流可达致3.486μa，10倍的峰电流增幅。而在同等条件下，改用羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯修饰下，峰电流可达致6.611μa，相对裸电极有20倍的增幅。

实施例3：线性范围与检出限实验

基于羧基化碳纳米片@羧基化石墨烯(d)修饰电极对氟虫腈电还原极强的电催化效果，可以建立氟虫腈的超灵敏电化学检测方法。氟虫腈在10nm～700.0nm浓度范围内时，电化学信号响应与氟虫腈的浓度呈良好的线性关系(参见图2)，其线性回归方程为i(μa)＝-0.0218c(nm)+2.1439，r＝0.9992，检出限为3.7nm。本发明显著提高了氟虫腈检测的灵敏度，对于低浓度氟虫腈的检测易于自动化。

实施例4：干扰物的影响

选择性实验本实验通过比较传感器峰电流比(i/i0)进行干扰实验，如图3所示，当氟虫腈浓度为50nm时，100倍浓度的葡萄糖、抗坏血酸、核黄素、烯啶虫胺、噻虫嗪、醋酸维生素a、盐酸硫胺等干扰物对其均无干扰。

实施例5：实际样品测定

将实际样品经过处理后，取其提取液，进行电化学测定，测定结果见表1。由表1可知方法的回收率为89.75％～105.38％，相对标准偏差为9.87-4.23％.

表1：实际样品加标检测结果(n＝5)