基于碳纳米管/分子印迹聚合物修饰电极对双酚A的测定研究

杜春瑶 陈莹莹 詹伟玲 祝程凤 李泽林 曾延波 李 蕾

(嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴314001)

双酚A是一种环境内分泌雌激素，它是生产塑料的重要原料之一，也用于生产农药、涂料、热稳定剂等精细化工产品，双酚A的使用容易造成环境的污染。双酚A对于人类健康具有一定的危害，双酚A可能诱发生殖系统紊乱、儿童性早熟、糖尿病、癌症等疾病[1]。因此，建立环境水中双酚A的检测方法具有重要意义。双酚A的测定方法主要有液相色谱、气相色谱、电化学传感器法等[2-3]。电化学传感器法具有灵敏度高、仪器简单、方法快捷等优点，常用来作为双酚A的测定方法。

分子印迹聚合物具有选择性高、抗干扰能力强、稳定、使用寿命长等诸多优点[4-5]，已经被广泛用于制备电化学修饰电极传感器。本文结合碳纳米管优良的导电性和分子印迹聚合物良好的选择性，在碳纳米管修饰的电极表面滴涂双酚A分子印迹聚合物，制备了双酚A分子印迹修饰电极的电化学传感器，优化了碳纳米管浓度、分子印迹聚合物浓度、富集时间、pH等对传感器的影响，将该分子印迹电化学传感器应用于嘉兴南湖水、自来水、纯净水中双酚A的含量测定。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

AR323CN型电子分析天平 (奥豪斯仪器上海有限公司)，SK5210HP超声波清洗器 (上海科导超声仪器有限公司)，STARTER 3C酸度计 (奥豪斯仪器上海有限公司)，电化学工作站 (CHI660D，上海辰华仪器有限公司)，实验使用三电极装置系统：修饰电极作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极。

双酚A (BPA)、4-乙烯基吡啶 (4-VP)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)、偶氮二异丁腈 (AIBN)、二甲基甲酰胺(DMF)等购自于阿拉丁试剂有限公司，其它试剂均购自于阿拉丁试剂有限公司。0.1 M磷酸盐缓冲溶液(PBS)使用KH2PO4和K2HPO4制备。实验用水为二次去离子水。多壁碳纳米管（CNT）购自中国科学院成都有机化学有限公司，外径大于 50 nm，长度 10～20 μm，纯度大于 99.9%，比表面积大于20 m2/g。

1.2 双酚A分子印迹聚合物合成

双酚A分子印迹聚合物采用自由聚合法进行合成，将43.2 mg双酚A 分散到 60.0 mL甲苯溶液中，再加入 92.4 μL 4-VP，超声处理 30 min，再加入 160.0 μL EGDMA 和 40.0 mg AIBN，超声分散均匀，在磁力搅拌下充入氮气15 min后密封处理，在65℃油浴中聚合反应24 h。产物用溶液(V甲醇：V乙酸=9：1)进行索氏提取4 h，除去模板分子后在60℃下真空干燥12 h，制备得到双酚A分子印迹聚合物 (BPAMIPs)。在同样制备条件下，除不加模板分子双酚A外，制备非印迹聚合物 (BPA-NIPs)。

1.3 分子印迹电化学传感器制备

玻碳电极在麂皮上用0.05 μM的Al2O3粉末抛光，依次用无水乙醇、二次水超声清洗，在室温下自然晾干。晾干后的玻碳电极表面滴加5μL 0.3 mg/mL的碳纳米管DMF分散液，红外灯下干燥40 min，溶剂挥发后即得到CNT/GCE修饰电极。

取 1.5 mg BPA-MIPs 分散于 1 mL 0.5%的壳聚糖溶液 (0.1 M 醋酸)，得到 1.5 mg/mL 的 BPA-MIPs溶液，然后滴加 5 μL BPA-MIPs溶液到CNT/GCE修饰电极上，置于红外灯下干燥30 min，制备得到双酚A分子印迹修饰电极的电化学传感器 (BPA-MIPs/CNT/GCE)。

1.4 测试仪器及实验条件

实验使用三电极体系检测装置，修饰电极作为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极。将工作电极置于含有BPA的PBS 溶液(0.1 M，pH 8.0)中搅拌富集 5 min，用二次水洗净晾干，再将工作电极置于10 mL空白PBS溶液中，进行循环伏安和差分脉冲伏安法测量。

2 结果与讨论

2.1 BPA-MIPs/CNT的修饰电极对双酚A的电化学行为

图1为BPA-MIPs/CNT修饰电极(a曲线)、BPA-NIPs/CNT修饰电极(b曲线)在100 μM双酚A溶液中的循环伏安行为。从图1a所示，BPA-MIPs/CNT修饰电极在0.5 V附近有一个强的双酚A氧化峰，同时没有看到还原峰，说明双酚A在BPA-MIPs/CNT修饰电极上是完全不可逆的过程。图1b呈现出BPA-NIPs/CNT修饰电极的双酚A氧化峰，a的峰电流大于b的峰电流，同时相对a峰来说，b峰的电位位置具有正移现象，说明分子印迹聚合物对电极具有电催化的效果，这是由于分子印迹聚合物的识别位点产生的现象。所以选用BPA-MIPs/CNT修饰电极用于双酚A的含量测定。

图1 BPA-MIPs/CNT(a)和BPA-NIPs/CNT(b)修饰电极对100 μM双酚A的循环伏安图

2.2 条件的优化

2.2.1 CNT 和 BPA-MIPs浓度的影响

对BPA-MIPs/CNT修饰电极的制备和测定条件进行了优化，考察了碳纳米管(CNT)和BPA-MIPs浓度、pH、富集时间等影响条件，其中双酚A的试验浓度为60.0 μM。首先考察CNT和BPA-MIPs浓度对差分脉冲伏安峰电流的影响。结果表明，CNT浓度低于0.3 mg/mL时，峰电流减小，这是CNT的减少导致电催化减弱；而当浓度高于0.3 mg/mL时，由于电极表面膜过厚，阻碍了电流扩散，导致峰电流减小。因此实验选择CNT最佳浓度为0.3 mg/mL。

考察BPA-MIPs浓度对BPA响应峰电流的影响。结果显示，当浓度低于0.5 mg/mL时，有效印迹位点太少，响应电流较小，而随着BPA-MIP浓度增加，响应电流变大；而浓度高于0.5 mg/mL，由于形成的膜太厚，影响了电子转移而导致响应电路的降低。因此实验选择BPA-MIPs的最佳浓度为 0.5 mg/mL。

2.2.2 pH 和富集时间的影响

考察pH和富集时间对BPA响应电流的影响，其中双酚A的试验浓度为60.0 μM。结果显示，当PBS的pH为8.0时，峰电流值最大，故选择pH为8.0作为支持电解质。同时，考察富集时间对BPA响应电流的影响。结果显示，富集时间为5 min时，响应电流达到稳定，故选择5 min作为BPA-MIPs/CNT修饰电极最佳的富集时间。

2.3 线性关系、检出限与电极重现性

在最优的实验条件下，基于差分脉冲伏安法采用BPA-MIPs/CNT修饰电极对双酚A进行测定，峰电流与双酚A浓度在0.1～100.0 μM内呈现良好的线性关系，检测限为0.5 μM(S/N=3)。峰电流与浓度遵循如下关系：I(μA)=0.0422C(μM)+0.0666(R=0.9998)。

按实验方法对5.0 μM双酚A溶液进行连续8次平行测定，峰电流的相对标准偏差为4.23%，电极在室温下保存14天对双酚A的催化氧化性能变为原来的95.6%，说明电极具有良好的稳定性与重现性。

2.4 干扰试验

在最佳实验条件下，研究一些无机离子和有机化合物对双酚A测定的干扰，允许干扰量是该量引起峰电流大小改变在±5%范围内。结果表明在浓度为 5.0 μM 双酚 A 溶液中，100 倍的 K+、Na+、NH4-、NO3-、、Cl-对测定没有干扰，30 倍的 Ca2+,Mg2+对测定没有干扰,35倍的尿酸、抗坏血酸、甲醇和乙醇对测定没有干扰。结果表明，MIPs-MWNPE传感器具有较好的选择性，测定干扰较小。

2.5 实际样品测定

BPA-MIPs/CNT修饰电极应用于实际水样中双酚A的测定，实际水样包括嘉兴南湖水、自来水、纯净水等，纯净水购自嘉兴财康纯净水厂，平行测定5次，实际水样中没有双酚A的电流响应，因此通过标准加入法获取回收率，检测方法的可行性。如表1所示，此方法的回收率在 96.1%～105.2%， 相对标准偏差在 3.2%～4.1%。 因此，BPA-MIPs/CNT修饰电极电化学传感器可用于实际水样中双酚A的测定，结果满意。

表1 实际水样中双酚A含量的测定

3 结论

本文构建了分子印迹聚合物/碳纳米管的修饰电极电化学传感器，并将其用于双酚A的测定。当碳纳米管浓度为0.3 mg/mL，分子印迹聚合物浓度为 0.5 mg/mL，富集时间为5 min，pH为 8.0，分子印迹修饰电极对双酚A具有最大的电化学响应。在最优的实验条件下，采用差分脉冲伏安法对双酚A进行测定，峰电流与双酚A浓度在0.1～100.0 μM 内呈现良好的线性关系，检测限为 0.5 μM(S/N=3)。 最后，BPA-MIPs/CNT修饰电极电化学传感器成功应用于嘉兴南湖水、自来水、饮用水中的双酚A含量测定。

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［2］M.Rezaee,Y.Yamini,S.Shariati,A.Esrafili,M.Shamsipur.Dispersive liquid -liquid microextraction combined with high -performance liquid chromatography-UV detection as a very simple,rapid and sensitive method for the determination of bisphenol A in water samples[J].Journal of Chromatography A,2009,1216：1511-1514.

［3］许振宁,王默,殷焕顺,艾仕云.基于氮掺杂石墨烯传感器检测双酚[J].化学传感器,2012,32(4)：21-27.

［4］王丹丹,曾延波,刘海清,尹争志,李蕾.石墨烯修饰电极分子印迹电化学传感器的研制及其对多巴胺的测定[J].分析测试学报,2013,32(5)：581-585.

［5］张进,姚桃花,王燕青.分子印迹电化学传感器研究进展[J].理化检测：化学分册，2013,49(8)：1017-1023.