一种碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极、电化学传感器及制备与应用
阅读说明：本技术 一种碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极、电化学传感器及制备与应用 (Carbon nanotube/cuprous oxide/gold nanoparticle/carbon fiber wire electrode, electrochemical sensor, preparation and application ) 是由 龙拥兵 巫彬芳 徐海涛 栗云鹏 施玉峰 周华 汤新宇 姚志杰 邓海东 兰玉彬 于 2021-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明属于电化学传感器技术领域,具体涉及一种碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极、电化学传感器及制备与应用。本发明采用导电银胶将碳纤维单丝和铜丝粘结,然后用毛细玻璃管封装,得到碳纤维丝电极；将上述电极、对电极和参比电极插入氯金酸溶液中进行电沉积,得到金纳米颗粒/碳纤维丝电极；将上述电极、对电极和参比电极插入到硝酸铜溶液中进行沉积,得到氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极；将上述电极、对电极和参比电极插入到碳纳米管悬浮液中进行电沉积,得到碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极,该电极应用于制备电化学传感器,具有低检测限、高测试灵敏度、稳定性好、抗干扰能力强等特点。(The invention belongs to the technical field of electrochemical sensors, and particularly relates to a carbon nanotube/cuprous oxide/gold nanoparticle/carbon fiber wire electrode, an electrochemical sensor, and preparation and application thereof. According to the invention, a carbon fiber monofilament and a copper wire are bonded by conductive silver adhesive, and then packaged by a capillary glass tube to obtain a carbon fiber wire electrode; inserting the electrode, the counter electrode and the reference electrode into a chloroauric acid solution for electrodeposition to obtain a gold nanoparticle/carbon fiber wire electrode; inserting the electrode, the counter electrode and the reference electrode into a copper nitrate solution for deposition to obtain a copper oxide/gold nanoparticle/carbon fiber wire electrode; the electrode, the counter electrode and the reference electrode are inserted into the carbon nano tube suspension for electrodeposition to obtain the carbon nano tube/cuprous oxide/gold nano particle/carbon fiber wire electrode, and the electrode is applied to the preparation of an electrochemical sensor and has the characteristics of low detection limit, high test sensitivity, good stability, strong anti-interference capability and the like.)
技术领域
本发明属于电化学传感器技术领域，具体涉及一种碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极、电化学传感器及制备与应用。
背景技术
在植物生长发育过程中，植物激素的含量微小，但其肩负着调控植物生长和凋亡的重大作用。吲哚-3-乙酸是植物自身合成的内源生长素，参与了各种生理过程的调控，包括植物的生长、开花和枯萎等。采集吲哚-3-乙酸的浓度信息，对指导农作物的产量提升和品质管控均具有重要的意义。因此，在农业生产应用中，亟须设计新型的吲哚-3-乙酸传感器，以实现植物体内吲哚-3-乙酸的实时检测。
目前，对于吲哚-3-乙酸的常规检测方法主要包括：质谱分析法、液相色谱法、荧光光谱法、毛细管电泳法和放射免疫分析法等。但是，上述检测方法大都是采用离体采样的方法，无法实时检测植物体内的吲哚-3-乙酸。此外，离体采样方法检测吲哚-3-乙酸，多采用大型贵重仪器，上机前还需要进行相应的预处理，预处理过程较为复杂且耗时，无法快速获取待检测物信息的变化情况。而且，复杂的预处理工序也要求检测操作人员应当具有熟练的实验技能。
如今，越来越多的研究工作立足于发展即时快速检测植物激素信息的方法，以便实时获取植物在外界环境条件影响下的激素响应。电化学传感器法具有响应时间短、准确度高、前处理要求低、操作简便、成本低等优点，可作为快速检测吲哚-3-乙酸的优选方法之一。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明首要目的在于提供一种碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极。
本发明的另一目的在于提供上述碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极的制备方法，该方法工艺简单、可控性强，制作成本低。
本发明的再一目的在于提供上述碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极的应用。
本发明的第四个目的在于提供一种电化学传感器，该电化学传感器采用上述碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极为工作电极，具有低检测限、高测试灵敏度、稳定性好、抗干扰能力强的特点，适合传感器的广泛应用推广。
本发明的第五个目的在于提供上述电化学传感器在植物中检测吲哚-3-乙酸的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极，通过如下方法制备得到：
采用导电银胶将碳纤维单丝和铜丝粘结，然后用毛细玻璃管封装，得到碳纤维丝电极；将碳纤维丝电极、对电极和参比电极插入氯金酸溶液中采用电流时间法进行第一次电沉积，清洗干燥，得到金纳米颗粒/碳纤维丝电极；将金纳米颗粒/碳纤维丝电极、对电极和参比电极插入到硝酸铜溶液中，采用电流时间法进行第二次电沉积，清洗干燥，得到氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极；将氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极、对电极和参比电极插入到碳纳米管悬浮液中，采用电流时间法进行第三次电沉积，清洗干燥，得到碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
所述的对电极优选为铂丝；
所述的参比电极优选为Ag/AgCl电极；
所述的氯金酸溶液的浓度优选为1～5％(w/w)；
所述的第一次电沉积的初始电位优选为-0.2～-1.0V，沉积时间优选为10～100s；
所述的硝酸铜溶液的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，溶质包含硝酸铜、1，3，5-苯三甲酸和三乙胺盐酸盐，其中，硝酸铜、1，3，5-苯三甲酸和三乙胺盐酸盐的浓度分别为0.1～1％、0.1～1％和0.05～5％(w/w)；
所述的第二次电沉积的初始电位优选为-1.0～-1.5V，沉积时间优选为50～200s；
所述的碳纳米管悬浮液中，碳纳米管的浓度优选为0.5～2mg/mL，碳纳米管的长度优选为10～20nm；
所述的第三次电沉积的初始电位优选为-1.5～-2.0V，沉积时间优选为100～1000s；
所述的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极的制备方法，优选包含如下步骤：
(1)依次采用乙醇和水超声清洗碳纤维丝，将多束的碳纤维丝分离，得到单根碳纤维丝；采用导电银胶将单根碳纤维丝和铜丝粘结，待导电银胶完全干燥后，将碳纤维丝和铜丝的粘结体穿入毛细玻璃管内，其中，毛细玻璃管的一端露出碳纤维丝，另一端露出铜丝；对毛细玻璃管的两个开口端进行封口处理并清洗，得到碳纤维丝电极；
(2)将步骤(1)制得的碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到氯金酸溶液中，在保持溶液搅拌状态下，采用电流时间法进行第一次电沉积；电沉积后取出电极，清洗干燥，得到金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
(3)将步骤(2)制得的金纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到硝酸铜溶液中，在保持溶液搅拌状态下，采用电流时间法进行第二次电沉积；电沉积后取出电极，清洗干燥，得到氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
(4)将步骤(3)制得的氧化铜/纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到碳纳米管悬浮液中，在保持溶液搅拌状态下，采用电流时间法进行第三次电沉积，其中，电压沉积过程中，氧化铜被还原成氧化亚铜；电沉积后取出电极，清洗干燥，得到碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
步骤(1)中所述的单根碳纤维丝的长度优选为4～6cm；
步骤(1)中毛细玻璃管的一端露出的碳纤维丝的长度优选为0.5～2cm，另一端露出的铜丝的长度优选为0.8～1.2cm；
步骤(1)中所述的封口优选采用质量比1：1的环氧树脂和乙二胺封口；
步骤(1)中所述的清洗优选采用丙酮清洗，以去除碳纤维丝上多余的封口剂(例如：环氧树脂和乙二胺)；
步骤(2)、(3)和(4)中所述的清洗干燥优选通过如下方法进行：
电沉积后取出电极，用去离子水冲洗，再用氮气吹干；
所述的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极在制备吲哚-3-乙酸电化学传感器中的应用；
一种电化学传感器，采用上述碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极为工作电极；
所述的电化学传感器，优选采用铂丝作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极；
所述的电化学传感器的检测物质优选为吲哚-3-乙酸；
所述的电化学传感器优选还包括绝缘外壳；
所述的绝缘外壳由基底和盖子组成，所述的基底设置有三个平行凹槽，所述的参比电极、工作电极、对电极依次置于所述三个平行凹槽中；所述的基底的一端设置凸出部位，露出置于平行凹槽的电极顶端0.5～2cm，所述的凸出部位用于插入植物器官；所述的盖子和所述基底通过卡扣扣紧；
所述的凸出部位优选底面镂空；
所述的电化学传感器在检测植物体内吲哚-3-乙酸中的应用；
本发明的原理：
在本发明中，作为电极修饰材料的碳纳米管具有高电子迁移率、高电催化活性和抗污染的优点；氧化亚铜(Cu2O)纳米颗粒具有较大的比表面积和良好的电催化性能，适用于固定催化位点的纳米催化剂；金纳米颗粒则具有高电导率、优秀的电催化活性、催化选择性和高稳定性的优点；三者共同使用，能够极大地优化碳纤维丝电极的电化学检测性能；本发明制得的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极具有检测限低、灵敏度高和稳定性好的特点。
在本发明中，电沉积溶液的浓度以及电沉积条件等参数对电极的性能至关重要，例如，在本发明中金纳米颗粒的沉积，并不是越多越好。这是因为碳纤维丝本身体积小、电阻大，本底电流小，容易观察到极少量生长素发生氧化所产生的氧化电流，因而可以实现痕量浓度(低至百pg/mL)生长素的灵敏测试；如果金纳米颗粒沉积过多，导致本底电流提高，反而不利于痕量浓度生长素的测试。此外，在本发明中氧化亚铜-金纳米颗粒与碳纤维丝构成复合结构，一方面能够协同控制金纳米颗粒的电导率，另一方面氧化亚铜的催化选择性也可以协助提供电极抗干扰能力。
本发明所构建的吲哚-3-乙酸传感器体积小、易于携带，可应用于植物的器官，例如：果实、茎等，对吲哚-3-乙酸进行实时检测，具有很好的应用价值。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明采用基于电流时间法的电化学沉积技术对电极进行了分步地多次修饰，最终得到了一种碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极。其中，碳纳米管具有较高的电子迁移率，对吲哚-3-乙酸具有良好的催化活性以及具备良好的抗污染能力；氧化亚铜纳米颗粒拥有较大的比表面积和良好的电催化性能；金纳米颗粒具有高电导率、优秀的电催化活性、催化选择性和高稳定性；在碳纤维丝表面依次沉积上述三种纳米材料，能够对碳纤维丝电极的电化学检测性能起到极大的促进作用。
(2)本发明提供的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极的制备方法具有易于操作的优点，制得的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极能够高效地检测吲哚-3-乙酸，具有检测限低、灵敏度高和稳定性好的特点。
(3)本发明提供的电化学传感器可应用于检测植物体内的吲哚-3-乙酸的浓度含量，传感器性能稳定可靠，体积小，便于携带，能够实现植物体内吲哚-3-乙酸的快速即时检测，具有高灵敏度和宽检测范围(效果实施例中灵敏度＝6.2nA/(μg/mL)，检测范围100pg/mL～10μg/mL)。
附图说明
图1是实施例1中碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极的SEM形貌和EDX能谱图，其中，a：SEM形貌，b：EDX能谱。
图2是实施例2采用不同的碳纳米管沉积时间(100s，300s，500s，700s，1000s)制得的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极在pH＝7、吲哚-3-乙酸浓度为300ng/mL的PBS溶液中的差分脉冲伏安曲线图。
图3是传感器外壳的设计图。
图4是传感器外壳的组合关系示意图。
图5是传感器外壳装配工作电极、对电极、参比电极后的电化学传感器实物图。
图6是效果实施例中，采用电流时间法的电化学传感器响应电流随吲哚-3-乙酸标准溶液浓度增加而阶梯状递增的测试结果图。
图7是效果实施例中，吲哚-3-乙酸标准溶液浓度和电化学传感器响应电流的趋势关系图。
图8是效果实施例中，电化学传感器在不同pH条件下测试的吲哚-3-乙酸标准溶液(浓度为300ng/mL)的差分脉冲伏安曲线图。
图9是在300ng/mL吲哚-3-乙酸中分别添加300ng/mL干扰物后(分别为水杨酸、柠檬酸、苹果酸、葡萄糖、维生素C)，采用电化学传感器所测试的差分脉伏安曲线对比图。
图10是在菜心茎的榨汁液中依次添加吲哚-3-乙酸标准溶液并采用电化学传感器依据加标回收法获得的电流-时间曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图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。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
本发明实施例中所用的试剂及制造商：
PBS缓冲溶液(pH＝7.4，广东广式试剂科技有限公司)；吲哚-3-乙酸(99.8％，广东广式试剂科技有限公司)；羧基化碳纳米管(长度为10～20nm，杭州先丰纳米科技有限公司)；氯金酸(99％，杭州先丰纳米科技有限公司)；硝酸铜(99.0％，广东广式试剂科技有限公司)；亚铁氰化钾(99.5％，广东广式试剂科技有限公司)；无水乙醇(99.7％，上海凌峰化学试剂有限公司)；三乙胺盐酸盐(99.9％，广东广式试剂科技有限公司)；1，3，5-苯三甲酸(99.5％，广东广式试剂科技有限公司)。
本发明实施例中所涉及的仪器及型号如下：电化学工作站：CHI760C，上海辰华仪器有限公司。
实施例1
(1)制备碳纤维丝电极：依次采用乙醇和水超声清洗碳纤维丝，在显微镜下将清洁干净的多束碳纤维丝分离，得到单根碳纤维丝，截取5cm长备用；将5cm长的单根碳纤维丝(直径约为7μm)和铜丝(直径约为0.4mm)用导电银胶粘结，待导电银胶完全干燥后，将碳纤维丝和铜丝的粘结体穿入毛细玻璃管(内径为0.5mm)内，其中，毛细玻璃管一端露出碳纤维丝，另一端露出铜丝，毛细玻璃管的两个开口端均用质量比1：1的环氧树脂和乙二胺封口，再用丙酮清洗去除在碳纤维丝和铜丝上沾有的环氧树脂和乙二胺，最后将裸露的碳纤维丝长度切成0.5cm，铜丝长度切成1cm，得到碳纤维丝电极；
(2)将步骤(1)制得的碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到浓度为2.5％(w/w)的氯金酸溶液中，在保持溶液搅拌状态下，选择电流时间法进行电沉积(初始电位为-0.2V，沉积时间为50s)，电沉积后取出电极，用去离子水冲洗电极表面，再用氮气吹干，获得金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
(3)将步骤(2)制得的金纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到硝酸铜溶液(以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，含1.0％(w/w)硝酸铜，1.0％(w/w)的1，3，5-苯三甲酸和0.5％(w/w)的三乙胺盐酸盐)中，在保持溶液搅拌状态下，选择电流时间法进行电沉积(初始电位-1.2V，沉积时间为100s)，电沉积后取出电极，用去离子水冲洗电极表面，再用氮气吹干，得到氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
(4)将步骤(3)制得的氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到碳纳米管浓度为1mg/ml的碳纳米管悬浮液中，在保持溶液搅拌状态下，选择电流时间法进行电沉积(初始电位-1.8V，电沉积时间分别设置为100s、300s、500s、700s和1000s)；电沉积后取出电极，用去离子水冲洗，再用氮气吹干，获得不同碳纳米管沉积时间的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极。
实施例2
(1)制备碳纤维丝电极：依次采用乙醇和水超声清洗碳纤维丝，在显微镜下将清洁干净的多束碳纤维丝分离，得到单根碳纤维丝，截取5cm长备用；将5cm长的单根碳纤维丝(直径约为7μm)和铜丝(直径约为0.4mm)用导电银胶粘结，待导电银胶完全干燥后，将碳纤维丝和铜丝的粘结体穿入毛细玻璃管(内径为0.5mm)内，其中，毛细玻璃管一端露出碳纤维丝，另一端露出铜丝，毛细玻璃管的两个开口端均用质量比1：1的环氧树脂和乙二胺封口，再用丙酮清洗去除在碳纤维丝和铜丝上沾有的环氧树脂和乙二胺，最后将裸露的碳纤维丝长度切成1cm，铜丝长度切成1cm，得到碳纤维丝电极；
(2)将步骤(1)制得的碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到浓度为1.0％(w/w)的氯金酸溶液中，在保持溶液搅拌状态下，选择电流时间法进行电沉积(初始电位为-0.5V，沉积时间为100s)，电沉积后取出电极，用去离子水冲洗电极表面，再用氮气吹干，获得金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
(3)将步骤(2)制得的金纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到硝酸铜溶液(以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，含0.1％(w/w)的硝酸铜，0.5％(w/w)的1，3，5-苯三甲酸和0.05％(w/w)的三乙胺盐酸盐)中，在保持溶液搅拌状态下，选择电流时间法进行电沉积(初始电位-1.0V，沉积时间为200s)，电沉积后取出电极，用去离子水冲洗电极表面，再用氮气吹干，得到氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
(4)将步骤(3)制得的氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到碳纳米管浓度为2mg/mL的碳纳米管悬浮液中，在保持溶液搅拌状态下，选择电流时间法进行电沉积(初始电位-1.5V，电沉积时间为1000s)；电沉积后取出电极，用去离子水冲洗，再用氮气吹干，获得不同碳纳米管沉积时间的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极。
实施例3
(1)制备碳纤维丝电极：依次采用乙醇和水超声清洗碳纤维丝，在显微镜下将清洁干净的多束碳纤维丝分离，得到单根碳纤维丝，截取5cm长备用；将5cm长的单根碳纤维丝(直径约为7μm)和铜丝(直径约为0.4mm)用导电银胶粘结，待导电银胶完全干燥后，将碳纤维丝和铜丝的粘结体穿入毛细玻璃管(内径为0.5mm)内，其中，毛细玻璃管一端露出碳纤维丝，另一端露出铜丝，毛细玻璃管的两个开口端均用质量比1：1的环氧树脂和乙二胺封口，再用丙酮清洗去除在碳纤维丝和铜丝上沾有的环氧树脂和乙二胺，最后将裸露的碳纤维丝长度切成2cm，铜丝长度切成1cm，得到碳纤维丝电极；
(2)将步骤(1)制得的碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到浓度为5.0％(w/w)的氯金酸溶液中，在保持溶液搅拌状态下，选择电流时间法进行电沉积(初始电位为-1.0V，沉积时间为20s)，电沉积后取出电极，用去离子水冲洗电极表面，再用氮气吹干，获得金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
(3)将步骤(2)制得的金纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到硝酸铜溶液(以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，含0.5％(w/w)的硝酸铜，0.5％(w/w)的1，3，5-苯三甲酸和0.25％(w/w)的三乙胺盐酸盐)中，在保持溶液搅拌状态下，选择电流时间法进行电沉积(初始电位-1.5V，沉积时间为50s)，电沉积后取出电极，用去离子水冲洗电极表面，再用氮气吹干，得到氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极；
(4)将步骤(3)制得的氧化铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝电极作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极，组成三电极体系插入到碳纳米管浓度为0.5mg/mL的碳纳米管悬浮液中，在保持溶液搅拌状态下，选择电流时间法进行电沉积(初始电位-2.0V，电沉积时间为100s)；电沉积后取出电极，用去离子水冲洗，再用氮气吹干，获得不同碳纳米管沉积时间的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极。
效果实施例1
本实施例采用实施例1步骤(4)电沉积时间为500s制得的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极进行下述实验，具体为：
一、碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极表面微结构形貌检测
按照常规方法对实施例1制备的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极的表面进行SEM检测及EDX分析。
实施例1制备的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极的表面微结构形貌如图1a所示。从图1a可知，电极表面沉积有弯曲的碳纳米管，且多根碳纳米管纠缠在一起，形成三维联系的碳纳米管网络，此形貌有利于电极表面电荷的传输，有利于提高电极性能；也可观察到有许多纳米颗粒沉积在电极表面。结合电极表面结构对应的EDX能谱(图1b)，结果显示表面纳米结构的元素组成为C、N、O、Cu和Au，说明电极表面已经成功沉积上了氧化亚铜、金纳米颗粒等纳米结构。
二、以实施例1制得的碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极制备电化学传感器：
(1)吲哚-3-乙酸电化学传感器制备：吲哚-3-乙酸电化学传感器包括绝缘外壳，绝缘外壳由基底和盖子组成，如图3所示，基底设置有三个平行凹槽，其中，参比电极(Ag/AgCl)、工作电极(碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极)、对电极(铂丝)依次置于三个平行凹槽中；基底的一端设置凸出部位，露出置于平行凹槽的电极顶端0.5～2cm，凸出部位用于插入植物器官，盖子和基底通过卡扣扣紧，其装配关系如图4所示，装配工作电极、对电极和参比电极的电化学传感器实物图如图5所示；
(2)将步骤(1)制得的吲哚-3-乙酸电化学传感器用于吲哚-3-乙酸的含量检测，用差分脉伏安法测试吲哚-3-乙酸以及获取定标函数关系：
①以PBS溶液(pH＝7)为溶剂配制不同浓度的吲哚-3-乙酸，建立标准溶液体系；
②以0.7V作为检测电压，采用电化学工作站的电流时间法，利用步骤(1)制得的吲哚-3-乙酸电化学传感器分别检测不同浓度的吲哚-3-乙酸标准溶液，获得相应的电流-时间曲线。
③根据不同浓度的吲哚-3-乙酸标准溶液的电流-时间曲线，建立浓度-电流函数关系，方法如下：以吲哚-3-乙酸浓度为横坐标，吲哚-3-乙酸的恒电压响应电流作为纵坐标，利用函数方程进行拟合，从而建立传感器响应电流与吲哚-3-乙酸浓度之间的定标函数。
采用本实施例的电化学传感器，测试不同浓度(100pg/mL～10μg/mL)的吲哚-3-乙酸标准溶液的电流时间曲线，如图6所示。从图6中可知，随着吲哚-3-乙酸标准溶液的浓度增大，电化学传感器检测到的响应电流也相应增大，即随着吲哚-3-乙酸浓度的上升，检测的电流时间曲线呈阶梯状递增的趋势。结果表明，吲哚-3-乙酸的浓度，可通过传感器的响应电流大小来反映，其二者之间存在对应的转换关系。
采用本实施例的电化学传感器，能够测量的吲哚-3-乙酸浓度范围为100pg/mL～10μg/mL。在上述浓度范围内，可以建立电化学传感器的吲哚-3-乙酸浓度与传感器响应电流定量指标的趋势关系，测试数据如表1所示。表1中列出的数据分别以吲哚-3-乙酸浓度为横坐标，定量指标为纵坐标，获得吲哚-3-乙酸标准溶液浓度和传感器响应电流的趋势关系散点图，如图7所示。上述趋势关系采用分段线性拟合法进行拟合，获得传感器定标方程，其中，吲哚-3-乙酸浓度为100pg/mL～1μg/mL时，定标函数为：Y＝0.0062X+1.71，R2＝0.931；吲哚-3-乙酸浓度为1μg/mL～10μg/mL时，定标函数为：Y＝0.0047X+3.54，R2＝0.989；吲哚-3-乙酸的检测限为：LOD＝3α/s＝40.73pg/mL，灵敏度为6.2nA/(μg/mL)，检测范围为100pg/mL～10μg/mL。
表1 不同浓度溶液中吲哚-3-乙酸的浓度以及其相对应的定量指标
(3)传感器在不同pH条件下性能检测
采用步骤(1)制得的吲哚-3-乙酸电化学传感器进行不同pH条件下性能变化检测：测试不同pH条件下(pH＝4，5，6，7，8)的吲哚-3-乙酸标准溶液(浓度为300ng/mL)的响应电流随pH值变化的影响，在不同pH条件下分别进行DPV测试(每个pH条件重复测试5次取平均值)，结果见图8。从图8中可得，所测试的吲哚-3-乙酸电化学传感器，在溶液pH值从4至8依次变化的情况下，电极的电流响应依次减小，而且，峰电流所对应的电压也依次减小。这说明测试溶液的pH值对电极的检测电流响应和定标关系是有影响的，在测试实物样品的应用中，应考虑待测样品的实际pH值来确定定标关系。
(4)传感器在不同干扰物下的特异性检测
采用步骤(1)制得的吲哚-3-乙酸电化学传感器进行特异性检测：在浓度为300ng/mL的吲哚-3-乙酸PBS标准溶液中(pH＝7)，分别添加相同浓度的干扰物质水杨酸、柠檬酸、苹果酸、葡萄糖、维生素C进行DPV测试(重复测试5次取平均值)，结果见图9。从图9可以看出，即使在检测溶液中添加干扰物质，所制备的吲哚-3-乙酸电化学传感器的响应电流保持稳定不变。上述干扰物质是植物体液中常见的物质，并不会对电化学传感器检测吲哚-3-乙酸的结果造成明显影响。因此，传感器是具有极强的抗干扰能力的。
(5)在植物(菜心)中生长素的检测应用
取若干菜心的茎尖，用榨汁机制成匀浆状，采用数字式手持pH计测试菜心茎尖匀浆的pH值为7，故后续测试可采用pH＝7的吲哚-3-乙酸PBS标准溶液定标关系来进行定量检测。采用步骤(1)制得的吲哚-3-乙酸电化学传感器对菜心茎尖匀浆进行吲哚-3-乙酸含量的测试，测试方法为电流时间法，测试从0秒开始，待曲线稳定后，自第20秒开始，每隔10秒，向匀浆中依次添加吲哚-3-乙酸，每次增加250ng/mL的浓度，连续添加5次，并记录电流时间曲线，结果如图10所示。
表2 样品测定及加标结果
样品
标准加入量(ng/mL)
期待值(ng/mL)
测定值(ng/mL)
回收率％
1
——
——
527.11
——
2
250
777.11
774.95
99.7
3
500
1027.11
1003.22
97.7
4
750
1277.11
1272.58
99.6
5
1000
1527.11
1542.74
101.0
6
1250
1777.11
1835.05
103.3
通过加标回收率法可得每次添加固定浓度吲哚-3-乙酸的测定值，将5次加标的浓度测定值进行线性反推，获得菜心茎尖浆液中的吲哚-3-乙酸的含量为527.11ng/mL。获得纯菜心茎尖浆液的测定值后，计算不同添加浓度下的样品期待值，并获得不同添加浓度下的回收率。具体数据见表2，可得菜心茎尖浆液样品的加标回收率在97.7％～103.3％之间。加标回收率的测试结果表明，本发明提供的电化学传感器可以真实反映菜心匀浆中的吲哚-3-乙酸浓度，因此，该传感器可以用于植物中吲哚-3-乙酸的检测，且测试准确性高。
效果实施例2 不同碳纳米管沉积时间对电极性能的影响
以浓度为300ng/mL的吲哚-3-乙酸PBS标准溶液(PH＝7)为对象，对实施例1中不同碳纳米管沉积时间制得的吲哚-3-乙酸电化学传感器进行DPV测试，结果见图2。
由图2可得，碳纳米管沉积时间的影响为：沉积时间在100s～1000s范围内，随着沉积时间的增加，电极对于吲哚-3-乙酸的电化学响应逐渐显著增强；而超过500s后，继续增加碳纳米管的沉积时间，对于吲哚-3-乙酸的响应信号无明显变化，因此，考虑电极性能和沉积效率，在实际应用中优选碳纳米管沉积时间为500s。
综上所述，本发明采用碳纳米管/氧化亚铜/金纳米颗粒/碳纤维丝电极作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl作为参比电极，制备的吲哚-3-乙酸电化学传感器具有较高的实际应用价值，具有很强的抗干扰能力，对于吲哚-3-乙酸测定具备特异性。同时，在菜心茎尖匀浆样品实测中，可以获得97.7％～103.3％的优秀回收率，实际误差在5％以内，说明吲哚-3-乙酸传感器的实样检测结果具有极高准确性。
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。
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