基于碳基材料的四溴雙酚A電化學檢測方法構建及相關機理研究.pdf

1、四溴雙酚A（tetrabromobisphenol A，TBBPA）是目前使用量最大的溴化阻燃劑，被廣泛用于多種工業(yè)產(chǎn)品中。TBBPA的大量使用造成了日益嚴重的環(huán)境污染問題。來自水、土壤、灰塵等的環(huán)境樣本和來自人類的生物樣本中都能夠檢測到TBBPA的存在。相關毒理學研究表明，TBBPA可以對人體的多個系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用，并被認為是潛在的致癌物質。因此，對TBBPA的環(huán)境污染狀況開展有效的監(jiān)測活動正受到越來越多的重視。傳統(tǒng)的檢測方法如液相色

2、譜法、氣相色譜法等通常具有前處理繁復、檢測過程耗時長、檢測費用昂貴等缺點，不利于及時掌握TBBPA的污染動態(tài)。電化學檢測作為一種簡便、快速、經(jīng)濟的檢測方法，其特點正可以彌補傳統(tǒng)檢測方法的不足。在本論文中，通過選取合適的碳基材料，利用電化學傳感裝置對TBBPA的靈敏檢測方法進行了研究，以期為應對TBBPA的環(huán)境污染問題提供合適的檢測技術。主要內容包括如下：
　　第一章 功能化氮摻雜石墨烯在四溴雙酚A電化學檢測中的應用
　　目的

3、：對氮摻雜石墨烯進行功能化設計，以提高其在水相中的分散能力。建立以功能化氮摻雜石墨烯為敏感材料的TBBPA電化學檢測方法。
　　方法：利用1,3,6,8-芘四磺酸四鈉鹽對氮摻雜石墨烯進行表面親水性修飾，并使用紫外–可見光譜、循環(huán)伏安法等對功能化氮摻雜石墨烯進行表征；建立基于功能化氮摻雜石墨烯的TBBPA電化學檢測方法，并對檢測參數(shù)進行優(yōu)化。
　　結果：通過π-π堆積作用，1,3,6,8-芘四磺酸四鈉鹽成功將氮摻雜石墨烯均勻分

4、散在水相中。經(jīng)表面親水性修飾的氮摻雜石墨烯片層之間存在一定的靜電斥力，不僅阻止了材料的團聚沉淀，同時還改變了材料在電極表面的狀態(tài)，提高了氮摻雜石墨烯修飾電極的電化學性能。表面帶負電荷的氮摻雜石墨烯修飾層可以通過靜電作用固定十六烷基三甲基溴化銨，繼而在電極表面形成疏水區(qū)域，并通過疏水作用力吸附富集底物分子，實現(xiàn)電極對TBBPA響應的增敏。本方法對四溴雙酚A檢測的線性范圍為0.01μM~1μM，基于三倍信噪比的檢出限為9nM。將該方法用于實

5、際水樣的測定，回收率：95.3％~109.8%。
　　結論：成功實現(xiàn)了氮摻雜石墨烯的親水性修飾，并基于此敏感材料建立了TBBPA的電化學檢測方法。該方法簡單、快速、靈敏，并在TBBPA的環(huán)境監(jiān)測方面具有一定的應用前景。
　　第二章 石墨相氮化碳在四溴雙酚A電化學檢測中的應用
　　目的：以石墨相氮化碳為敏感材料建立TBBPA電化學檢測方法，研究并探討石墨相氮化碳形貌、組成等因素對其電化學性能的影響，以及石墨相氮化碳對TB

6、BPA電化學響應增敏的相關機理。
　　方法：在不同溫度（723K、773K、823K和873K）下合成石墨相氮化碳；利用傅氏轉換紅外光譜、拉曼光譜、熱重分析、X光衍射能譜、X光電子能譜、電化學交流阻抗和計時庫倫法等技術對不同合成溫度下石墨相氮化碳產(chǎn)物的形貌、組成、結構等進行分析表征；構建石墨相氮化碳修飾玻碳電極，在優(yōu)化的實驗條件下，利用差分脈沖伏安法對TBBPA濃度進行測定。
　　結果：發(fā)現(xiàn)合成溫度影響了石墨相氮化碳產(chǎn)物的形

7、貌、結構以及元素組成，并且形貌和分子結構中類石墨氮原子所占比例是影響石墨相氮化碳電化學性能的重要因素。盡管石墨相氮化碳傳遞電子能力較差，TBBPA在石墨相氮化碳修飾玻碳電極表面的氧化峰電流卻有所提高，而且氧化峰電流增強幅度受緩沖液pH值的影響。推測其原因可能是石墨相氮化碳與TBBPA之間存在靜電引力，因而提高了TBBPA在石墨相氮化碳修飾電極表面的吸附量。將石墨相氮化碳修飾玻碳電極用于TBBPA的測定，線性范圍為0.02μM~1μM，基

8、于三倍信噪比的檢出限為5nM。同時，將該方法用于實際水樣的測定，其結果與常規(guī)液相色譜法相一致。
　　結論：綠色經(jīng)濟的石墨相氮化碳可以作為敏感材料用于建立TBBPA的電化學檢測方法。同時，該檢測方法表現(xiàn)出良好的實際應用潛力。
　　第三章 石墨相氮化碳摻雜碳糊電極在四溴雙酚A電化學檢測中的應用
　　目的：鑒于碳糊電極具有制作簡單、易于更新及重現(xiàn)性好等特點，構建石墨相氮化碳摻雜碳糊電極，建立快速靈敏的TBBPA檢測方法。

9、r>　　方法：將石墨相氮化碳與離子液體（N-丁基吡啶六氟磷酸鹽）混入碳糊，制作成摻雜碳糊電極，并使用強陽離子聚電解質（聚二烯丙基二甲基氯化銨）對摻雜電極表面進行修飾；在優(yōu)化的檢測參數(shù)下，使用差分脈沖伏安法測定TBBPA。
　　結果：石墨相氮化碳的類石墨結構使其能與石墨充分混合，減小了前者體相結構對電子傳遞的阻礙效應，同時其結構中帶有孤對電子的氮原子增加了碳糊電極表面的活性位點，改善了碳糊電極的電化學性能。離子液體與石墨相氮化碳之間

10、存在π-π堆積和氫鍵等作用?；趦烧叩膮f(xié)同作用，摻雜電極對TBBPA的電化學響應得到了大幅度增強。而且，聚電解質攜帶的大量正電荷增加了底物在摻雜碳糊電極表面的吸附量，進一步提高了摻雜電極對TBBPA的響應電流。該方法檢測TBBPA的線性范圍為1nM~30nM和30nM~500nM，基于三倍信噪比的檢出限為0.4nM。同時，該方法成功用于實際水樣的測定，加標回收率：85.9%~97.9%。
　　結論：利用石墨相氮化碳和離子液體的結構