复合修饰电极同时测定2，7-萘二酚与双酚A*

贺灵芝，旷文安，李俊华

（1.湖南环境生物职业技术学院医药技术学院，湖南 衡阳 421005；2.南华大学附属第一医院，湖南 衡阳 4210012；3.衡阳师范学院功能金属有机化合物湖南省重点实验室，湖南 衡阳 421008）

2，7 -萘二酚 （2，7-NAPhthalenediol，NAP）是医药、染料、纤维等领域的一种重要单体，对皮肤、眼睛、呼吸道有强烈刺激性和腐蚀性[1]。双酚A（BisPhenol A，BPA）是一种能够扰乱内分泌的类雌性激素，可以迅速完好地进入细胞膜，影响人体激素程度和代谢能力，导致内分泌系统的紊乱[2]。这两种酚类物质的高毒性和潜在的致突变性将会严重地威胁人类的健康。由于NAP 与BPA 能够由工业排放的废液和垃圾填埋处的滤液渗入到地表水层中污染水源，因此发展一种简单、快速、高灵敏度、可同时测定环境水样中NAP 与BPA 的方法十分重要。目前，检测NAP 和BPA 的主要方法有高效液相色谱法[1，3]、荧光光谱法[4]、比色传感法[5]和电化学检测法[6]等。相比其他方法，电化学检测法具有灵敏度高、操作简便、便于现场检测等优点。电化学检测法多利用具有高电化学活性或高电催化性能的纳米材料来修饰电极，通过灵敏的方波伏安法、差分脉冲伏安法等进行检测。迄今为止，β-环糊精/石墨烯纳米复合材料（β-CycloDextrin/Graphene Nanocomposites，CD-GN）修饰电极同时测定NAP 和BPA 的物质的量浓度的研究尚未见报道。

本实验制备了CD-GN，将其用于修饰玻碳电极（Glassy Carbon Electrode，GCE），并比较了 NAP 和BPA 在不同修饰电极上的电化学行为。考察了不同实验参数对传感器分析性能的影响。实验发现，CD-GN/GCE 修饰电极对NAP 和BPA 同时具有更好的电催化和富集作用，与文献报道方法相比，用它制作的酚类传感器具有优良稳定性、高灵敏度和低检测限。在最优的实验条件下，实现了对NAP 和BPA 快速、灵敏的同时测定，此外，将CD-GO/GCE 修饰电极用于实际样品中NAP 和BPA 的物质的量浓度的分析，获得了较好的回收率，为NAP 和BPA 的同时测定提供了新的方法。

1 实验材料的制备与电极活化

1.1 实验仪器与实验试剂

EVO-MA10 型扫描电子显微镜（德国ZEISS 公司生产）；CHI660D 型电化学工作站（上海辰华仪器公司生产）；CHI115 型电子分析天平（梅特勒-托利多仪器公司生产）；三电极体系，包括作为参比电极的222 型饱和甘汞电极（上海越磁电子科技有限公司生产）、作为对电极的铂丝电极（上海辰华仪器有限公司生产）、玻碳电极（直径3.0 mm，武汉高仕瑞联科技有限公司生产），所测电位均相对于饱和甘汞电极而言。

β-环糊精，石墨粉，二甲基甲酰胺（DiMethyl-Formamide， DMF）， Al2O3， Na2HPO4， NaH2PO4，NAP 和BPA 均购自天津大茂化学剂厂，以上试剂均为分析纯，实验用水为超纯水。实际水样取自于湘江衡阳段。

1.2 纳米复合材料的制备

先采用改进的Hummers 法[7]制备氧化石墨烯，再根据文献 [8]报道的方法利用氧化石墨烯制备石墨烯。β-环糊精/石墨烯纳米复合材料（CD-GN）的制备步骤如下：首先将1.0 mL β-环糊精溶液（1.0 mmol/L）逐滴缓慢加入到 5 mL 石墨烯分散液（DMF 分散成 0.5 mg/mL）中；其次超声振荡 2 h；最后将混合溶液离心分离、干燥后，得到CD-GN。

1.3 修饰电极的制备与活化

修饰电极的制备与活化的具体操作步骤如下：首先取GCE，先在Al2O3粉末上粗磨5 min，再在抛光粉上细磨5 min，用去离子水洗净待用；其次取制得的CD-GN 纳米材料于一定量的DMF 中分散，配成1 mg/mL 的分散液，超声分散20 min；再次取5 μL 滴加在处理好的GCE 表面，使其均匀分布；最后在红外灯下烘干，制得CD-GN/GCE。

为了进行对比，采用相似的步骤制作了β-环糊精修饰玻碳电极（CD/GCE）和石墨烯纳米复合材料修饰玻碳电极（GN/GCE）。测量前，用循环伏安法将制备好的修饰电极于磷酸缓冲盐溶液（Phosphate Buffer Saline，PBS）底液中，在-1.0～1.0 V 的电位范围内，以 0.1 V/s 的扫速扫描 20 段已活化电极。修饰电极每次测量后用乙醇溶液浸泡60 s 后冲洗，以除去沉积在修饰电极表面的酚类氧化物薄膜。

2 电极材料表征及其检测性能的研究结果与讨论

2.1 CD-GO/GCE 表面形貌和光学性质表征

图1 是分布在 DMF 中的 CD，GN 和 CD-GN这3 种修饰材料的扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）图。由图1-a 可以清楚地观察到环糊精的平滑表面；图1-b 给出了石墨烯典型的褶皱结构；图1-c 的复合材料CD-GN 明显结合了环糊精和石墨烯的结构特点，表明复合材料CD-GN 已被成功制备。

图1 CD，GN 和 CD-GN 的 SEM 图

第53页图2为CD，GN 和CD-GN 的红外光谱图和紫外-可见光谱图。由第53页图2-a 可以清楚地观察到GN 的红外特征峰振动小；CD 属于主客体包合物，有较多含氧基团，其羟基等含氧基团的红外特征峰明显；所合成的复合材料CD-GN 的红外特征峰与CD 的红外特征峰较为相似，这是由于GN的红外强度小、CD 的红外特征峰强，因此复合材料主要显示了CD 的红外特征峰。对这3 种材料进一步进行紫外表征，在第53页图2-b 中，由于GN的紫外特征峰的吸收强度小，因此使得CD-GN 和CD 的紫外特征峰相似，这一结果与红外光谱图的结果一致。红外光谱图、紫外-可见光谱图的表征结合SEM 图的表征，证实了复合材料CD-GN 被成功合成。

2.2 NAP 和BPA 在不同修饰电极上的电化学行为

第 53页图3为 GCE，CD/GCE，GN/GCE 和CD-GN/GCE这4种不同修饰电极在 6.0×10-6mol/LNAP 和 3.0×10-6mol/L BPA 混合溶液中的差分脉冲伏安 （Differential Pulse Voltammetry，DPV）曲线图。在GCE 修饰电极上，NAP 和BPA 出现一个不明显的氧化峰；在CD/GCE 修饰电极上，NAP 和BPA 出现两个明显的氧化峰，表明CD 对NAP 和BPA 的氧化峰有较强分离作用，这是由于CD 对这两种酚类物质的络合作用大小不同所致，因此复合材料中CD 的加入有利于两种物质的同时测定；在GN/GCE 修饰电极上，氧化峰电流明显增强，这表明GN 对NAP 和BPA 具有较强的电催化作用；在CD-GO/GCE 修饰电极上，NAP 和BPA 分别在0.63V和0.78V出现了更为明显的氧化峰。相比其他3 种修饰电极，在CD-GO/GCE 修饰电极上的氧化峰电流最大，这表明复合材料CD-GN 结合了CD 和GN 两者的优势，如CN 的优良导电性、高电催化性、大比表面积以及CD 的强吸附能力，使得NAP 和BPA 这两种物质可以在所制备的复合材料表面同时测定。

图2 CD，GN 和CD-GN 的红外光谱图和紫外-可见光谱图

2.3 pH 值的影响

图4为CD-GO/GCE 修饰电极在7 种不同pH值 （分别为 2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0）的6.0 × 10-6mol/L NAP 和 3.0 × 10-6mol/L BPA 混合溶液中的DPV 曲线图。结果表明，随着pH 值的增加，氧化峰电位负移，说明这两种酚类物质在修饰电极上发生了质子转移过程。当 pH 值在 2.0～8.0时，随着pH 值的增加，NAP 和BPA 的氧化峰电流先增大后减小；当pH 值为5.0 时，氧化峰电流最大，故测定 NAP 和BPA 的优化 pH 值选择 5.0。

图3 不同修饰电极在NAP 和BPA 混合溶液中的DPV 曲线图

图4 修饰电极在不同pH 值的NAP 和BPA 混合溶液中的DPV 曲线图

2.4 线性范围和检出限

以 pH 值为 5.0 的 PBS为底液，富集电位为0.2 V，富集时间为2 s，采用灵敏的DPV 法对一系列物质的量浓度的NAP 和BPA 混合溶液进行DPV扫描（同时改变NAP 和BPA 的物质的量浓度），结果见第54页图5。由图5 能够看出，NAP 和BPA的氧化峰电流随着物质的量浓度增大而持续增加，分别在 3.0 × 10-7～2.5 × 10-5mol/L 和 5.0 × 10-8～1.0 ×10-4mol/L 范围内与这两种物质对应的氧化峰电流具有良好的线性关系，线性方程分别为

式中：ip为氧化峰电流，10-6A；c为物质的量浓度，10-6mol/L。

式 （1）R2=0.994 7；式（2）R2=0.993 1。在 S/N=3 的条件下，计算得出NAP 和BPA 的检出限分别为 1.0×10-8mol/L 和 2.0×10-9mol/L。

2.5 实际样品分析

将本方法应用于湘江水样中NAP 和BPA 的测定，回收率为97.0%～102.8%。良好的回收率说明本方法对实际水样中NAP 和BPA 的测定有较好的准确性。表1为n=5 时水样中NAP 和BPA 的回收率测定结果。

图5 在不同物质的量浓度的NAP 和BPA 混合溶液中的DPV 曲线图

表1 水样中NAP 和BPA 的回收率测定结果

3 结论

本实验基于复合材料CD-GN 修饰电极构建了用于NAP 和BPA 同时测定的电化学传感器，采用多种方法对该电极进行了表征，同时对NAP 和BPA 两种物质同时测定的条件进行了优化。实验结果表明，相对于裸电极和单组分材料修饰电极而言，本实验所制备的复合材料CD-GN 修饰电极对NAP 和BPA 的催化性能得到了明显改善。当富集电位为 0.2 V、富集时间为2s且pH值为 5.0 时，NAP 和BPA 在电极上的电化学活性最佳。NAP 和BPA 物质的量浓度分别在 3.0×10-7～2.5×10-5mol/L，5.0×10-8～1.0×10-4mol/L 范围内与其对应的氧化峰电流具有良好的线性关系。该电极制作简单、操作简便和设施价廉，为NAP 和BPA 的物质的量浓度同时测定提供了新方法，具有潜在的应用前景。