环境激素对硝基酚的电化学传感分析方法
阅读说明：本技术 环境激素对硝基酚的电化学传感分析方法 (Electrochemical sensing analysis method for nitrophenol by environmental hormone ) 是由 江吉周 何小苗 邹菁 白赛帅 于 2020-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种环境激素4-NP的电化学传感分析方法,将WO-(2.9)/g-C-3N-4阶梯型异质结超声分散在去离子水中得到分散液,所得分散液浓度为0.0002～0.01g/mL；在干净无杂质的裸玻碳电极上加1～10μL的WO-(2.9)/g-C-3N-4分散液进行修饰,然后在红外灯下烘烤3～10min,得到修饰电极；将修饰电极放在待测液体中进行DPV测试；若0.8～1.2V范围内出现一个明显的氧化峰,据此对待测液体进行定性检测。本发明在浓度为0.4～100μmol/L的范围时,氧化峰电流值与浓度呈良好的线性关系,检出限为0.13μmol/L,且具有良好的稳定性和重现性,可应用于实际水样中环境激素4-NP的检测。(The invention discloses an electrochemical sensing analysis method of environmental hormone 4-NP, which is implemented by mixing WO 2.9 /g‑C 3 N 4 Ultrasonically dispersing the stepped heterojunction in deionized water to obtain a dispersion liquid, wherein the concentration of the obtained dispersion liquid is 0.0002-0.01 g/mL; adding 1-10 mu L of WO on a clean and impurity-free bare glassy carbon electrode 2.9 /g‑C 3 N 4 Modifying the dispersion liquid, and then baking for 3-10 min under an infrared lamp to obtain a modified electrode; placing the modified electrode in liquid to be tested for DPV test; if an obvious oxidation peak appears in the range of 0.8-1.2V, the liquid to be detected is qualitatively detected according to the oxidation peak. When the concentration is in the range of 0.4-100 mu mol/L, the oxidation peak current value and the concentration have good linear relation, the detection limit is 0.13 mu mol/L, and the method has good stability and reproducibility and can be appliedAnd (3) detecting the environmental hormone 4-NP in an actual water sample.)
技术领域
本发明属于电化学传感技术领域，具体涉及一种环境激素对硝基酚的电化学传感分析方法。
背景技术
环境激素指外因性干扰生物体内分泌的化学物质，这类物质类似于荷尔蒙，与人体内荷尔蒙受体结合，影响生物体内原本荷尔蒙的量，导致正常的激素失调，干扰生物体内代谢平衡，进而影响生物体正常生理机能。其中酚类环境激素的关注度最高，随着工业化的发展和环境污染的加剧，酚类环境激素在环境中的残留日益增加，它具有致突变、细胞毒性和植物毒性作用，被认为是工业废水中的主要优先污染物。据统计，对硝基酚(4-NP)是最具危害性和毒性的酚类环境激素之一，目前广泛应用于杀虫剂、除草剂、合成染料等生产，而人体吸入或摄入残留的环境激素4-NP会引起头痛、嗜睡、恶心和发绀，最终对人体健康和环境造成严重危害。当前检测环境中残留的环境激素4-NP主要是使用专业性较强的、测试费用昂贵的液质联用仪、电感耦合等离子体质谱仪等分析仪器。因而，急需开发一种快速、灵敏、实时的检测环境激素4-NP的分析方法。
g-C3N4具有硬度高、密度低、化学稳定性高、耐磨性强、生物兼容性好、无毒、合成的前驱体来源丰富、表面易于功能化等优点，且g-C3N4具有石墨烯的类似结构，可与芳香族的环境激素分子之间形成π-π堆积的相互作用，将加速环境激素分析物在g-C3N4表面的富集。但由于其自身带隙较宽、载流子复合严重、表面活性位点缺乏、片层较厚、比表面积较小等缺点限制了其在光电催化等领域的应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种高效检测环境激素4-NP的电化学传感分析方法，该方法制作成本低、操作简单、高效灵敏，可成功地应用于实际水样中4-NP的检测。
为达到上述目的，采用技术方案如下：
环境激素4-NP的电化学传感分析方法，包括以下步骤：
将WO2.9/g-C3N4阶梯型异质结超声分散在去离子水中得到分散液，所得分散液浓度为 0.0002～0.01g/mL；
在干净无杂质的裸玻碳电极上加1～10μL的WO2.9/g-C3N4分散液进行修饰，然后在红外灯下烘烤3～10min，得到修饰电极；
将修饰电极放在待测液体中进行差分脉冲伏安(DPV)测试；
若0.8～1.2V范围内出现一个明显的氧化峰，则推断该待测液体含有环境激素4-NP；据此对待测液体进行定性检测。
按上述方案，还包括以下步骤：
配制0.04～100μmol/L已知浓度的4-NP溶液试样，将修饰电极分别对已知浓度的4-NP 溶液试样进行差分脉冲伏安测试，根据氧化峰电流大小与对应的4-NP浓度计算出线性方程： Ip＝0.0491c+0.0908；c为4-NP浓度，μmol/L，Ip为氧化峰电流，μA；据此对待测液体4-NP 浓度进行定量检测。
按上述方案，所述WO2.9/g-C3N4阶梯型异质结采用以下方式制备而来：
将三聚氰胺在马弗炉中以3～12℃/min升温至500～600℃，恒温3～10h，冷却后得淡黄色g-C3N4块体；
将所得g-C3N4块体放入聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中，加入去离子水混合得到分散液，利用细胞破壁超声仪对g-C3N4块体的分散液进行超声处理；取上清液稀释后放在超声波清洗机中继续超声处理，静置得到薄层g-C3N4分散液；
配制WCl6的无水乙醇溶液，转移到聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压反应釜中，密封并加热到150～200℃，持续10～15h；自然冷却后用无水乙醇冲洗底物3-5次，50～80℃真空干燥得到WO2.9；
将WO2.9与薄层g-C3N4分散液在西林瓶中混合，放入超声波清洗机中80～140W超声处理20～80min，得到WO2.9/g-C3N4阶梯型异质结。
按上述方案，使用细胞破壁超声仪对g-C3N4块体进行超声处理的功率为800～1500W，启动/停止时间比为10:2，处理时间为2～4h。
按上述方案，取上清液稀释后浓度为0.00001～0.0003g/mL，继续超声处理的功率为 80～140W处理时间为1～4h。
按上述方案，WCl6在无水乙醇溶液中的浓度为1～10g/L。
按上述方案，WO2.9与g-C3N4的质量比为1:(0.006～0.3)。
本发明的有益效果在于：
本发明制备了一种在玻碳电极表面修饰具有增强电流信号的WO2.9/g-C3N4阶梯型异质结材料，并发展一种高效检测环境激素的电化学传感分析方法。
本发明利用WO2.9纳米颗粒和g-C3N4纳米片的静电自组装，制备了WO2.9/g-C3N4的氧空位介导的阶梯形异质结，合成简单、成本低。由于WO2.9与g-C3N4复合形成氧空位介导的阶梯形异质结，WO2.9纳米颗粒中氧空位的引入，激子可以有效地解离成自由电荷载流子，从而提高了与载流子有关的电催化活性。同时，阶梯形异质结的形成可以抑制异质界面上有用电子和空穴的复合，从而提高修饰电极表面的电催化速率。
本发明在环境激素4-NP的浓度为0.4～100μmol/L的范围时，其在修饰电极上的氧化峰电流值与浓度呈良好的线性关系，检出限为0.13μmol/L；WO2.9/g-C3N4修饰电极在检测环境激素4-NP时，具有良好的稳定性和重现性；此外，该传感分析方法还成功地应用于实际水样中环境激素4-NP的检测。
附图说明
图1：环境激素4-NP在不同修饰电极上的差分脉冲伏安图。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
实施例1：
WO2.9/g-C3N4阶梯型异质结的制备：
称取2～10g三聚氰胺加入到陶瓷坩埚中，加热搅拌均匀后，放入马弗炉中加热，升温速率3～12℃/min，加热温度500～600℃，恒温3-10h，冷却后即得淡黄色的g-C3N4粉末。再将 g-C3N4置于细胞破壁仪中超声，超声功率为800～1500W，超声启动：停止时间比为10:2，超声时间为2～4h。取2～10mL上清液再稀释至0.5～1.5L，超声处理功率为80～140W，超声时间为1～4h，静止一夜得到薄层g-C3N4分散液；将0.05～0.20g的WCl6置于20～50mL无水乙醇中，超声使其完全溶解，超声功率为80～140W，超声时间为3～10min，然后将上述溶液转移到容量为50～100mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压反应釜中，密封并加热到150～200℃持续10～15h，待反应结束后，自然冷却至室温后，用无水乙醇彻底冲洗底物3～5次，并在真空干燥箱中50～80℃干燥得到WO2.9；称取0.001～0.05g WO2.9置于西林瓶中,再加入5～10ml 的薄层g-C3N4分散液，将西林瓶放在超声波清洗器中超声，超声功率为80～140W，超声时间为20～80min，制备出WO2.9/g-C3N4阶梯型异质结。
修饰电极的制备：
将WO2.9/g-C3N4阶梯型异质结粉末加入到去离子水中，超声分散均匀，超声功率为80～140 W，超声时间为5～30min。同时将玻碳电极用0.02～1μmAl2O3抛光粉抛光至镜面，用去离子水清洗干净。移取1～10μLWO2.9/g-C3N4分散液，滴涂在玻碳电极表面，在红外灯下烘烤3～10 min后，在电极表面观察到具有一层蓝色的薄膜，即获得WO2.9/g-C3N4修饰电极。
将修饰好的WO2.9/g-C3N4电极与g-C3N4电极、WO2.9电极、WO3/g-C3N4电极、WO3电极、裸电极分别在含有环境激素4-NP的待测液中进行DPV扫描。从图1中可以看出，WO2.9/g-C3N4修饰电极测得的环境激素4-NP电流明显高于其他电极。对缓冲溶液，pH值等条件进行优化使环境激素4-NP的氧化峰电流达到最大。
实施例2
配备0.04～100μM已知浓度的环境激素4-NP试样，将WO2.9/g-C3N4修饰电极在环境激素4-NP中进行DPV扫描，根据氧化峰电流大小与对应的环境激素4-NP浓度计算出线性方程：Ip＝0.0491c+0.0908(R2＝0.9985)；c为环境激素4-NP的浓度(μmol/L)，Ip为氧化峰电流(μA)。根据此方程，可对未知浓度的环境激素4-NP进行定量检测。
实施例3
参照实例1，制备WO2.9/g-C3N4修饰电极，将修饰电极放入含有待测物的pH为3～7的醋酸钠-醋酸缓冲液中进行DPV扫描，通过测量环境激素4-NP电催化氧化峰对应的电流强度，测定环境激素4-NP的含量。其最优化的pH值是5，峰电流最大。根据pH与电压的关系来分析电子质子转移数量，通过对pH值与电压进行线性回归分析得出Epa(V)＝-0.06019pH+1.376 (R2＝0.993)，根据公式:dEpc/dpH＝0.059m/n，其中m是质子数，n是电子数，得出dEpc/dpH＝0.06019，接近0.059，故可得出m/n＝1，即在WO2.9/g-C3N4电极上，4-NP电催化氧化过程中转移的电子数等于质子数。
实施例4
WO2.9/g-C3N4修饰电极的制备参照实施例1，将修饰电极放入含有待测物的磷酸盐缓冲体系中，进行DPV扫描，通过测量环境激素4-NP电催化氧化峰对应的电流强度，根据实例2 中的线性方程可得出该水样中环境激素4-NP含量。
实施例5
将此方法应用于实际环境的水样中，将所取水样过滤至清澈，检测环境激素4-NP。在最优条件下，进行差分脉冲伏安法测试，采用标准加入法计算了4-NP的浓度，根据实施例2 得到的氧化峰电流大小与对应的环境激素4-NP浓度的线性方程，计算结果得出，回收率为 98.8～108.8％之间，相对标准偏差(RSD)在4.8％以内。
实施例6
向适量浓度的环境激素4-NP溶液中加入10～200倍邻苯二酚、对苯二酚、Ca2+、Cu2+和20～300倍的葡萄糖、Na2+、Mg2+、K+、Cl-、CO3-等离子进行干扰测试，结果发现这些物质对检测环境激素4-NP均不存在干扰，说明该电化学传感分析方法具有良好的抗干扰力。