畢業(yè)設計（論文）基于zno的復合納米材料的電化學傳感器研究

1、<p>　　SHANGHAI UNIVERSITY</p><p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　UNDERGRADUATE PROJECT (THESIS)</p><p>　　題目：基于ZnO的復合納米材料的電化學傳感器研究</p><p>　　學 院： 理學

2、院 </p><p>　　專 業(yè)： 應用化學 </p><p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導老師： 教授 </p>&l

3、t;p>　　起訖日期： 2013.3-2013.6 </p><p>　　基于ZnO的復合納米材料的電化學傳感器研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要介紹了利用較為簡單、快速的微波輔助多元醇法來制備多形貌Ag納米采用微波法制備Ag/ZnO復合材料。將制備而成的納米ZnO和納米ZnO-Ag

4、修飾到碳糊電極上，研究該納米復合材料修飾碳糊電極對酪氨酸氧化的電化學行為，并與裸電極進行比較。這是首次利用以納米ZnO為基體合成納米復合材料來構建非酶的酪氨酸傳感器。通過掃描電鏡和X-射線衍射對Ag納米線和納米ZnO-Ag顆粒的形態(tài)與結構進行表征。修飾后的傳感器通過循環(huán)伏安法和時間-電流曲線法，對酪氨酸進行檢測。傳感器對酪氨酸的氧化表現(xiàn)出了靈敏度高（1746.50 μAmM-1cm-2),檢出限低（0.022 μM）和線性范圍寬（線性范

5、圍從0.05 μM到1.00 mM）等特點。通過優(yōu)化實驗條件后，在最佳條件下制作過氧化氫工作曲線。此外，該傳感器還可用于實際樣品的檢測，證明了該方法的可行性。</p><p>　　關鍵詞：納米復合材料 酪氨酸傳感器 納米氧化鋅 納米氧化鋅包銀 </p><p><b>　　修飾電極 </b></p><p><b>　　ABST

6、RACT</b></p><p>　　This paper describes the use of relatively simple and fast microwave-assisted polyol method to prepare multiple morphologies were prepared by microwave Ag nano-Ag / ZnO Composite Mate

7、rials. Study the Nano composites prepared from nano-ZnO and nano-ZnO-Ag-modified carbon paste electrode modified carbon paste electrode of tyrosine oxidation of the electrochemical behavior of bare electrode compared. Th

8、is is the first use of nano-ZnO matrix synthesis of nano-composite materials to build a non-enzym</p><p>　　Keywords: Nano composites Tyrosine sensor Nano-zinc oxide </p><p>　　Nanometer zinc ox

9、ide silver-wrapped Modified electrode</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　緒 論1</b></p><p><b>　　1．綜 述2</b></p><p>　　1.1 納米復合材料2</

10、p><p>　　1.1.1 納米復合材料的發(fā)展與現(xiàn)狀2</p><p>　　1.1.2 納米復合材料的制備方法4</p><p>　　1.1.3 納米復合材料的特性5</p><p>　　1.1.4 納米復合材料的應用.6</p><p>　　1.2 國內外對酪氨酸測定方法的研究8</p><

11、p>　　1.2.1 化學法8</p><p>　　1.2.2 分光光度法9</p><p>　　1.2.3 高效色譜法9</p><p>　　1.2.4 毛細管電泳法9</p><p>　　1.2.5 電化學法10</p><p><b>　　2．實驗部分11</b></p

12、><p>　　2.1 實驗試劑與儀器11</p><p>　　2.1.1 實驗試劑：11</p><p>　　2.1.2 實驗儀器：11</p><p>　　2.2 實驗方法11</p><p>　　2.2.1 循環(huán)伏安法11</p><p>　　2.2.2 電流-時間曲線12</

13、p><p>　　2.3 納米Ag及納米ZnO包Ag的制備及表征12</p><p>　　2.3.1 Ag納米線的制備12</p><p>　　2.3.2 Ag納米線的表征13</p><p>　　2.3.3 納米ZnO-Ag的制備15</p><p>　　2.3.4 納米ZnO-Ag的表征- 12 -5</

14、p><p>　　2.4 納米Ag及納米ZnO-Ag修飾電極的制備- 15 -7</p><p>　　2.5 酪氨酸氧化的反應機理- 17 -8</p><p>　　2.6 優(yōu)化實驗條件19</p><p>　　2.6.1 優(yōu)化電位19</p><p>　　2.6.2 優(yōu)化氫氧化鈉濃度20</p>&

15、lt;p>　　2.6.3 優(yōu)化修飾劑濃度- 20 -1</p><p>　　2.7 制作工作曲線- 21 -2</p><p>　　2.8 電極的重復性、穩(wěn)定性和抗干擾性測定23</p><p>　　2.9 實際樣品分析24</p><p>　　3.結論與展望...................................

16、...............................................................................24</p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　致謝27</b></p><p><b>　　緒 論</b&g

17、t;</p><p>　　納米材料是指在三維空間之中，至少有一維處于納米尺度的范圍之內（0.1—100nm）或由它們作為基本單元所構成的材料。由于具有其獨特的結構特征，例如納米晶粒，高濃度界面，因此而擁有的小尺寸效應，量子尺寸效應，量子隧道效應，表面界面效應，使得納米材料表現(xiàn)出的一系列與常規(guī)材料有著本質差異的理化及力學性能，因而得到了各個國家政府和科學研究人員們的廣泛關注，使得納米材料的研究成為目前材料科學研究的

18、熱點，并取得了一定的成果[1-3]。</p><p>　　80年代初Roy等提出的納米復合材料,為復合材料研究應用開辟了嶄新的領域.納米復合材料指內含彌散相尺寸在1-100nm之間、具有某些特殊物理化學性能的納米固體.由于納米微粒獨特的高濃度晶界特征,其結構和特性上奇異的表面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀隧道效應等線度效應,使其力學、磁、光、電、聲、熱和化學活性等特性呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)多晶體和非晶體材料不同的奇跡,

19、導致材料性能發(fā)生非線性突變,賦予納米復合材料有許多明顯不同于單一原材料的獨特性能.納米復合材料兼有納米材料和復合材料的許多優(yōu)點,其在化工、機械、生物工程、電子、航天、陶瓷等方面的應用研究,成為目前材料界、化學界、物理界研究領域的熱點[4]。</p><p>　　基于納米復合材料的獨特的結構，優(yōu)越的性質，在社會的各個領域都有著廣泛的應用前景，并且目前諸多方面已經取得了突破性的成就。本文主要的研究方向是其在生物傳感器

20、領域的應用。在電化學生物傳感器的研制中,因納米性材料擁有很多優(yōu)點,比如它具有優(yōu)越的導電能力，其良好的催化特性及其生物的相容性比較好,所以研究其在電化學傳感器中的應用,對于提出新理論和新方法,構造新型、簡單的電分析生命傳感器具有非常重要的實際意義[5]。同時構建納米一生物傳感界面,將納米功能材料與生物功能分子的特殊性質及性能相結合,發(fā)揮材料間的協(xié)同效應,有助于加快生物傳感器的發(fā)展。</p><p><b>

21、;　　1．綜 述</b></p><p>　　1.1 納米復合材料</p><p>　　1.1.1 納米復合材料的發(fā)展與現(xiàn)狀</p><p>　　納米復合材料所涉及的范圍很廣，種類也很多，現(xiàn)按照材料間的復合方式的不同，我們把納米復合材料大致分為四類：1是0-0復合，即不同的成分，不同的相，或者不同種類的納米粒子復合而成的納米固體，這種復合體的納米粒子的指

22、粒度在1-100nm之間的粒子（納米粒子又稱超細微粒）。屬于膠體粒子大小的范疇，它們處于原子簇和宏觀物體之間的過渡區(qū)，處于微觀體系和宏觀體系之間，是由數(shù)目不多的原子或分子組成的集團，因此他們既非典型的微觀系統(tǒng)亦非典型的宏觀系統(tǒng)。納米粒子區(qū)別于宏觀物體的結構特點是，它表面積占很大比重，而表面原子既無長程序又無短程序的非晶層，可以認為納米粒子表面原子的狀態(tài)更接近氣態(tài)，而粒子內部的原子可能呈有序的排列。所以這種復合材料中的納米粒子可以是金屬與

23、金屬，陶瓷與金屬，高分子與金屬，陶瓷與陶瓷，陶瓷與高分子，高分子與高分子等等構成納米復合體；2是0-3復合，即把納米粒子分散到常規(guī)的三維固體中，例如把金屬納米粒子彌散到另一種金屬或合金中，或者放入常規(guī)的陶瓷材料或者聚合物之中，納米陶瓷粒子（氧化物，氮化物）放入常規(guī)的金屬，聚合物，以及陶瓷之中；3是0-2復合，即把納米粒子分散到二維的薄膜材料之中，這</p><p>　　0-0復合體系的研究現(xiàn)狀，納米尺度復合，為研

24、制出有著更好的性能的新材料和改善現(xiàn)有的材料的性能提供了新的途徑。將不同成分的納米顆粒進行均勻或者不均勻的摻合，分散，可以大大改善原有材料的性質，使新材料同時擁有兩者或者更多的優(yōu)點，并且同時能夠克服原有的不足。德國斯圖加特金屬研究所等5個研究所單位聯(lián)合攻關，成功制備了納米復合材料，這種材料具有高強，高韌，優(yōu)良的熱和化學穩(wěn)定性[1]；在中加入穩(wěn)定劑（粒徑小于300nm），觀察到了超塑性，甚至可達800%[6]。</p><

25、;p>　　對于0-3復合體系，因為引入的納米粒子本身具有量子尺寸效應，表面界面效應，量子隧道效應等特殊的效應而呈現(xiàn)出的聲、光、熱、電、力等各方面的特異性，而其特殊的結構特征，也會對原有的材料的性能，有大大的改善。如基體中含有納米級的晶粒的陶瓷基復合材料，其強度可高達1500MPa，最高使用溫度也可從原來的800提高到1200；將納米粒子填充PTFE復合材料具有力學性能高、耐磨性能高、摩擦系數(shù)低等特性。</p><

26、;p>　　0-2復合體系納米薄膜是指納米粒子鑲嵌在另一種基體材料中的納米復合膜。由于其對于材料表面的改性與防護，在光學，電學，催化學等各個方面都有著顯著的潛力和廣泛的應用，已經得到了全球各國的研究人員的親睞和大量的研究。金屬納米粒子鑲嵌在高聚物的基體中,采用輝光放電等離子體濺射Au,Co,Ni等靶,可獲得不同含量納米金屬粒子與碳的復合膜.Barna等采用共沉積法制備了Al-SiOx, Au-C60,Cu-C60復合膜,金屬納米Al

27、, Au, Cu分別彌散在SiOx和C6 0的基體上,并系統(tǒng)研究了納米復合薄膜材料的形成機理[7].K. Symiyama等在聚酰亞胺的基板上通過共沉積法直接將Fe粒子束直接沉積在Cu和Ag的基體上[8，9].</p><p>　　對于層狀結構復合材料，即由不同材質交替形成的組分或結構交替變化的多層膜，當各層膜的厚度減少到納米級時，會顯示出比單一膜更為優(yōu)異的特殊性能，納米多層膜的研究以成為當前材料學和物理學的熱門

28、課題。倘若如，等這樣的兩種軟金屬，層狀交替復合成層厚度為納米級的多層結構時，材料就會表現(xiàn)出諸如高的屈服強度和高的彈性模量等優(yōu)異的機械性能。目前已有很多的研究人員進行了與之相關的理論和實踐研究。例如，Yiop-Wah Chung等人采用磁控管噴鍍技術，在鋼基體上交替地噴鍍上TiN和CNx納米層,得到的膜層硬度為45~55GPa,已接近金剛石的最低硬度[10]。</p><p>　　1.1.2 納米復合材料的制備方法

29、</p><p>　　對于0-0型納米復合材料的制備方法，有惰性氣體凝聚原位加壓成形法，機械合金化法，非晶晶化法，溶膠-凝膠等諸多納米固體制備方法。新垣浩一[11]應用化學氣相沉積復合粉末法制備了納米級復相陶瓷。我國同樣利用了化學氣相合成法制備了納米復相納粉體。下表，是目前主要的納米陶瓷的制備方法： </p><p>　　（1）多相懸浮液分散混合法 如分散劑，使其具有良好懸浮液，采用 分

30、散劑，制得納米復合陶瓷材料；</p><p>　?。?）反應燒結法 將納米粒子混合均勻并壓成胚，通過燒結使其起化學反應形成滿意的復合材料；</p><p>　?。?）液相分散包裹法 給納米粒子外包裹一層基質組分的復合粉末，使粒子分散在基質組分中，進行膠凝，燒結制成；</p><p>　　（4）復合粉體法 該法用炭黑和氣凝氧化硅起始原料，在高溫氮氣氛下進行碳熱還

31、原反應生成四氧化三硅/碳化硅復合體；</p><p>　?。?）納米陶瓷及納米-納米復合陶瓷 納米顆粒在致密過程中的異常長大一直是納米陶瓷及納米-納米復合陶瓷研究中的難點，有的研究人員采用熱等靜壓工藝，獲得了晶粒尺寸小于100nm，結構均勻，致密的單相碳化硅納米陶瓷和尺寸為50nm，致密均勻的四氧化三硅/碳化硅復相納米陶瓷，單相碳化硅納米陶瓷晶界有一層非晶態(tài)，顯然，高的壓力導致了納米顆粒的長大</p>

32、;<p>　　納米顆粒增強復合材料的制備方法有非晶晶化法，機械合金化法，氣相沉積法，快速凝固法，非平衡合金固態(tài)分解法，溶膠-凝膠法，深度塑性變形法等。非晶晶化法操作比較簡單，在原非晶基體上析出大量納米尺度磁性粒子，提高材料的磁導率，多用于制備磁性納米復合材料；機械合金化法的工藝相對簡單，生產成本也比較低，基體的成分不受限制，但是在生產的過程中，納米粒子容易發(fā)生變質。各種制備技術有各自的好處和缺陷，所以在選用制備方法的時候，

33、多根據所需的原料的性質，以及產物的一些基本性能來選取。</p><p>　　對于0-2復合體系納米薄膜，一般來說，可以通過兩種方法來制備。一種是通過沉積，形成的非晶混合相，然后進行熱處理，在熱處理過程中各組分通過一些熱力學作用形成所需的化合物；另一種是通過各組分的活性沉積形成?；钚猿练e法有許多種形式，如采用輝光放電等離子體濺射Au,Co,Ni等靶,采用磁控共濺射法可以把金屬納米粒子鑲嵌在高聚物的基體中,可獲得不同

34、含量納米金屬粒子與碳的復合膜。</p><p>　　納米級多層材料，一般通過濺射法，氣相沉積法，電沉積法等結晶成長的技術來制備。在最近的一些報道中，運用簡單的機械加工，如重復壓縮，軋制，來獲得厚度在納米級的金屬薄片，這樣的機械加工法，可以制備大量的這樣薄的多層復合材料，簡單又經濟。</p><p>　　各種制備技術有各自的好處和缺陷，所以在選用制備方法的時候，多根據所需的原料的性質，以及產

35、物的一些基本性能來選取。</p><p>　　1.1.3 納米復合材料的特性</p><p>　　通過濺射法，氣相沉積法，電沉積法，惰性氣體凝聚原位加壓成形法，機械合金化法等方法制備出來的納米復合材料在理化性質方面都發(fā)生了奇跡性的變化，因為引入的納米粒子本身具有量子尺寸效應，表面界面效應，量子隧道效應等特殊的效應而呈現(xiàn)出的聲、光、熱、電、力等各方面的特異性，而其特殊的結構特征，也會對原有的

36、材料的性能，有大大的改善。下文就主要介紹一些具體的納米復合材料的特性：</p><p>　　由無機納米材料與有機聚合物復合而成的有機/無機納米復合材料具有無機材料、無機納米材料、有機聚合物材料、無機填料增強聚合物復合材料、碳纖維增強聚合物復合材料等所不具備的一些性能。有機材料有很好的韌性，而無機材料有很好的剛性，這樣有機材料和無機材料復合在一起，制成納米復合材料，就會使新材料同時擁有較好的韌性和剛性；并且可以使新

37、材料有更高的強度、模量；良好的阻熱、氣密性等等。[12]</p><p>　　聚合物/粘土納米復合材料，其具有相當高的強度、彈性模量、韌性及阻隔能力。所以，聚合物/粘土納米復合材料比傳統(tǒng)的聚合物體系質量強，各項性能好，并且具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性。</p><p>　　1.1.4 納米復合材料的應用</p><p>　　納米復合材料因其高的比強度、比模量、優(yōu)異

38、的耐熱性、耐摩擦性、耐腐蝕性和抗疲勞能力，良好的化學穩(wěn)定性以及獨特的光、電、磁性能，在宇航、電子、建筑、醫(yī)療、軍事、航海和其他領域得到了廣泛的應用。</p><p>　　納米復合陶瓷材料：利用納米顆粒對陶瓷基體組織獨特的增強補韌機制，將納米顆粒均勻的分散，復合到陶瓷基體之中，使新的陶瓷材料具有較低的燒結溫度和較高的致密速率，其低溫強度，硬度和韌性都得到了改善。此外，在功能陶瓷材料方面，自潔陶瓷（具有殺菌除臭功能的

39、納米復合多功能材料),滅菌保鮮功能的質子能納米復合陶瓷材料等都顯示出納米顆粒的奇異功效。</p><p>　　無機納米復合材料：近年來，聚合物無機復合材料的介電性能的研究得到了越來越多的重視。復合材料的介電常數(shù)不僅與組成各相的介電常數(shù)有關，并且與各相的質量分數(shù)，存在形態(tài)，分布規(guī)律以及組成各相之間的相互作用都有著密切的聯(lián)系。如劉衛(wèi)東等[17]采用溶膠一凝膠法制備了BTDA一ODA聚酞亞胺/Sio:雜化膜,結果表明:

40、雜化膜的介電常數(shù)和介電損耗隨si仇粒子含量的增加而增大,隨電場頻率的升高而逐漸降低；隨著電氣技術的不斷發(fā)展，變頻調速的電機在現(xiàn)代電器工業(yè)中得到了越來越廣泛的應用，同時，也對其中的絕緣部分給予了更高的要求：絕緣不僅應該具有良好的機械性能和耐熱性，而且還要求具有更好的耐電暈性能。對此，運用復合技術，將納米材料摻雜，均勻或者非均勻的分散入金屬氧化物納米顆粒對傳統(tǒng)的絕緣材料進行改進。</p><p>　　在磁性復合材料中

41、，納米復合材料也具有其優(yōu)異的性能。磁性納米橡膠復合材料的傳統(tǒng)用途以冷藏庫的庫門密封條為代表，但隨著高新技術的發(fā)展和家用電器進入千家萬戶，磁性納米橡膠復合材料的應用也出現(xiàn)日新月異之勢，應用領域包括電冰箱密封條、電腦的記憶裝置、電視音響、教具、玩具及醫(yī)療器械等。磁性高分子微球兼具高分子的眾多特性和磁性物質的磁響應性，一方面可通過共價鍵來結合酶、細胞和抗體等生物活性物質，另一方面可對外加磁場表現(xiàn)出強烈的磁響應性，因此，它被用做酶、細胞、藥物等

42、的載體廣泛地應用到了生物醫(yī)學、細胞學和生物工程等領域[13,14]。此外，它也可以作為有機 - 無機復合填料，應用于磁性塑料和磁性橡膠領域[15, 16]。他們被廣泛應用在生物技術和生物醫(yī)藥工程方面，比如細胞分離、免疫酶分離、蛋白分離、靶相藥物和生物化學分析。</p><p>　　納米半導體復合材料：利用納米半導體復合材料特殊的電學、光學、力學、磁學以及催化性能，可用作光數(shù)據存儲器、高速光傳輸器和吸波材料。<

43、;/p><p>　　納米敏感復合材料：納米材料由于具有大的比表面、高的表面活性、微小的粒徑、特殊的物理、化學性質，因此可適用于各種微型的多功能傳感器。國內外的許多研究人員，都對各種材料的壓敏、光敏等敏感性陶瓷材料進行了一系列的研究。耿勝男利用多壁碳納米管/硅橡膠復合材料制成壓敏元件，在壓力作用下，碳納米管導電網絡進行重構，壓敏元件在0-110N單軸步進壓力下表現(xiàn)正壓阻效應，并呈1-3型復合狀態(tài)，且隨時間變化的力學行為

44、表現(xiàn)出近似黏彈性體的應力松弛和蠕變效應。</p><p>　　納米催化復合材料：通過利用納米材料的較活潑的化學活性和大的比表面積，把其摻雜在催化劑中，可以明顯的提高催化活性。例如，納米Fe、Ni與混合輕燒結體，可替代貴金屬而作為汽車尾氣純凈的催化劑，由此可以看出，納米催化復合材料必將是未來的主要的高效的催化劑。</p><p>　　納米聚合物復合材料：將納米顆粒摻雜，分散入聚合物之中，可以

45、使新材料在光、電、磁、醫(yī)學、軍事等各個方面發(fā)揮著獨特的性能。如以片層形式存在的粘土在橡膠，具有很好的阻隔性能，表現(xiàn)為良好的阻燃性，氣密性，耐油性和耐油滲透性；納米氧化鋅/橡膠納米復合材料在輪胎中的應用表明它能夠降低動態(tài)生熱。在生物醫(yī)學方面，郭恩言對于納米羥基磷灰石/殼聚糖復合材料的研究已經取得了較大的進展。納米羥基磷灰石/殼聚糖復合材料課獲得良好的骨誘導性，匹配的降解速率，但仍存在羥基磷灰石與殼聚糖界面的結合不太理想，粒子分散不均勻、脆

46、性大、力學性能差等問題。</p><p>　　1.2 國內外對酪氨酸測定方法的研究</p><p>　　氨基酸是蛋白質的基本結構單位，是動物體合成蛋白質的原料來源，屬食品、飼料的營養(yǎng)成分，在醫(yī)學上具有防病治病的作用，也可作為營養(yǎng)型化妝品的有效成分及合成藥物、表面活性劑、其他工業(yè)產品的化工原料。因此，氨基酸分析是工業(yè)、農業(yè)生產及生命科學研究中最重要的技術之一。</p><

47、p>　　酪氨酸是人體內合成蛋白質所需的重要氨基酸之一,對于促進人體的生長發(fā)育有著重要的作用。如果人體內酪氨酸含量失衡，則會出現(xiàn)代謝異常、智力低下、抑郁等疾病[18]。酪氨酸是芳香族氨基酸的一種，芳香族氨基酸的代謝情況在肝、腎、神經精神疾病等疾病診斷中有重大意義，而且在多種疾病的診斷治療和病因學研究上十分關鍵因此定量分析血液中的芳香族氨基酸不僅在蛋白質化學和評價病人的營養(yǎng)狀況方面十分重要,。因此,準確、靈敏地測定人體組織及體液中酪氨

48、酸的含量在營養(yǎng)學、臨床醫(yī)學上都具有重要意義。目前,測定酪氨酸的方法有毛細管電泳法、熒光分析法、分光光度法、高效液相色譜法、電化學法等。</p><p><b>　　1.2.1 化學法</b></p><p>　　1.2.1.1 甲醛滴定法</p><p>　　甲醛滴定法的基本原理是：在接近中性的水溶液中，酪氨酸與甲醛發(fā)生氧化反應，生成亞甲基亞氨

49、基衍生物，此生成產物用生物堿進行滴定，就可以得到原樣品中酪氨酸的含量。特點：這種方法操作簡單，快捷，方便，但是選擇性較差，并且準確度低，滴定的終點不易把握。</p><p>　　1.2.1.2 凱氏定氮法</p><p>　　凱氏定氮法的基本原理是：通過測定樣品中的總的含氮量，然后根據氨基酸在蛋白質中的含氮量，得知氨基酸、蛋白質的總量。常見的方法有常量法、微量法、自動定氮法、半微量法及改良

50、凱氏定氮法等多種。特點：這種方法的準確度稍高，但操作步驟復雜，試劑耗量多，測定周期長，并且選擇性差。</p><p>　　1.2.2 分光光度法</p><p>　　分光光度法的原理：是基于物質對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法。大部分的氨基酸在紫外區(qū)域內有很少的，甚至沒有吸收，只有一小部分在紫外區(qū)內有吸收，而且吸收光譜嚴重重疊，所以，對于大部分的氨基酸不經分離而用紫外分光光度法同時測量

51、，需要采用一定的數(shù)學方法[19]。目前常用的方法有元線性回歸分析分光光度法、目標因子分析分光光度法、卡爾曼濾波分光光度和偏最小二乘法分光光度法等方法。對于酪氨酸的測定，有人采用了其他的方法，例如三波長風光光度法，雙波長紫外吸收法等分光光度法。特點：比較簡單，方便，需要的時間段，但是誤差比較大，又復雜的數(shù)學計算過程。</p><p>　　1.2.3 高效色譜法</p><p>　　1.2.3

52、.1 紙色譜法</p><p>　　紙色譜法是將紙作為載體，紙所吸附的水或者其他溶劑為固定相，展開劑為流動相，由于個各組分在展開劑里面的含量不同，分子量不同等因素而實現(xiàn)分離。運用此法測定酪氨酸時，可采用不同的層析液和檢測用顯色劑。</p><p>　　1.2.3.2 薄層色譜法</p><p>　　薄層色譜法是根據各種氨基酸對于吸附劑表面的吸附能力有差異而進行的。分

53、離之后可以通過紫外光熒光檢測。特點：分離的速度快，效能高，靈敏度高等優(yōu)點。</p><p>　　1.2.3.3 氣相色譜，液相色譜，離子色譜法</p><p>　　根據氨基酸的汽化速率不同，在液體中的分配系數(shù)不同以及在電極上面的表現(xiàn)，而分別選用這三種色譜分離法。用哪種方法是需要根據分析的靈敏度，干擾因素等多種指標與實際需要而選擇的。</p><p>　　1.2.4

54、毛細管電泳法</p><p>　　原理：以高壓電場為驅動力，以毛細管為分離的通道，根據各組分的淌度和分配系數(shù)的差異，從而實現(xiàn)了分離。因為酪氨酸屬于芳香族氨基酸，所以可采用紫外檢測直接測定。特點：進樣少，靈敏度高，分辨率高等優(yōu)點。</p><p>　　1.2.5 電化學法</p><p>　　電化學分析法是建立在不同的氨基酸在電極上面的電化學性質不同而進行測定的一種儀

55、器分析方法。對于酪氨酸而言，其擁有較好的電活性。特點：簡單，靈敏，無污染，并且可以保留樣品的完整性，可用于活體生物的分析。其中HPLC是分析芳香族氨基酸的常用方法,但是樣品處理復雜,需梯度洗脫,衍生產物不穩(wěn)定"也有研究人員利用芳香族氨基酸在一定的激發(fā)光照射下能產生自然熒光的特性來測定,獲得了較好的結果,但是由于它們熒光光譜嚴重重疊,熒光特性不一致而不能在同一波長下同時進行3種氨基酸的測定,因此不能滿足某些疾病的臨床診斷與監(jiān)測需

56、要"色氨酸!酪氨酸和苯丙氨酸都是在紫外區(qū)有吸收的常見氨基酸,用紫外分光光度法測定時,因其吸收光譜嚴重重疊,需要采用一定的數(shù)學方法"這些方法中所用儀器較貴,且三種氨基酸往往相互干擾"電分析化學是根據物質在溶液中的電化學性質及其變化建立的一類分析方法,特別是現(xiàn)代儀器分析與計算機聯(lián)用實現(xiàn)了分析工作的自動化。</p><p><b>　　2. 實驗部分</b></

57、p><p>　　2.1 實驗試劑與儀器</p><p>　　2.1.1 實驗試劑：</p><p>　　0.1mol/ml 醋酸鋅溶液；氟摻雜二氧化錫；六亞甲基四胺；（分析純99.9%）；（分析純99.9%）；NaOH；石墨粉；石蠟油；酪氨酸；二次蒸餾水。</p><p>　　2.1.2 實驗儀器：</p><p>　　C

58、HI842B電化學工作站(CHI, China)，通過與一臺電化學工作站儀器軟件相連由一臺個人電腦所控制。采用傳統(tǒng)的三電極系統(tǒng)，納米ZnO包Ag修飾的碳糊電極作為工作電極（直徑為3 mm），鉑電極作為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極。</p><p>　　掃描電子顯微鏡（JSM-6700F，15.0 kV)、X-射線衍射儀(Rigaku DLMAX-2200)。</p><p>

59、;　　超聲波清洗儀；分析天平；磁力攪拌機；干燥箱；紅外燈；微量進樣器(25 μL)；離心機；燒杯(25,100 mL)；容量瓶(100 mL)；移液槍；銅絲。</p><p><b>　　2.2 實驗方法</b></p><p>　　2.2.1 循環(huán)伏安法</p><p>　　循環(huán)伏安法(Cyclic Voltammetry)是一種常用的電化學

60、研究方法。該法控制電極電勢以不同的速率，隨時間以三角波形一次或多次反復掃描，電勢范圍是使電極上能交替發(fā)生不同的還原和氧化反應，并記錄電流-電勢曲線。它有兩個重要的實驗參數(shù)：峰電流之比，峰電位之差。</p><p>　　例如：圖1為一標準的CV圖，掃描電位由-0.2→0.6→-0.2，</p><p>　　電位由負→正：氧化電流；電位由正→負：還原電流。</p><p&g

61、t;<b>　　。</b></p><p>　　2.2.2 電流-時間曲線</p><p>　　電流時間曲線法就是指在一個恒定電極電勢下，記錄電流與時間的關系。本實驗主要利用這個曲線來檢測納米ZnO及納米ZnO包Ag作為修飾的碳糊電極對酪氨酸響應的靈敏度。</p><p>　　2.3 納米Ag及納米ZnO包Ag的制備及表征</p>

62、<p>　　2.3.1 Ag納米線的制備</p><p>　　首先,制備10 ml 一定濃度的的EG溶液。然后在磁力攪拌作用下加入一定量PVP溶解于的EG溶液中。同時,將一定量AgN03溶解于10 ml的EG溶液中,磁力攪拌至溶解。隨后,在磁力攪拌作用下,將含有一定量的PVP溶液采用蠕動泵(轉速為40 rad/min)逐滴滴加到AgN03溶液中。滴加完畢后溶液顏色呈現(xiàn)為黃色或白色,說明溶液中生成了膠體

63、。隨后將混合溶液放入微波爐中加熱反應。反應結束后,溶液在空氣中冷卻至室溫,然后分別采用丙酮、乙醇和去離子水,轉速為5000 r/min離心清洗以除去溶液中剩余EG和PVP。最后將產物分散到乙醇中便于測試。</p><p>　　2.3.2 Ag納米線的表征</p><p>　　把制得的Ag納米線進行XRD表征，圖2是Ag納米線的XRD圖。所有的檢測峰都能與Ag標準XRD圖譜(JCPDS ca

64、rd No.48-1548)對應,而且看不到任何雜質峰，這說明合成的Ag納米線是一種高純度物質。圖中特征峰顯示在2θ為38.71°，44.72°，64.81°，和77.98°，分別對應晶格面為（111）（200）（220）（311），這些晶格面說明Ag納米線是一個線型結構。而從圖中強而尖的衍射峰可以看出產品很好的結晶了。</p><p>　　圖3為Ag納米線的TEM圖及HR

65、TEM圖。從圖3(a)可以看出,Ag納米線尺寸均勻。從3(b)中可以觀察到晶格條紋,經測量后其晶格間距為0.23 nm,對應Ag納米線的(111)晶面。</p><p>　　2.3.3 納米ZnO-Ag的制備</p><p>　　首先,將0.2284 g的醋酸鋅放入60 ml的去離子水中攪拌澄清,然后在磁力攪拌作用下加入8 ml的TEA混合至均勻。其次,將約1 ml預先制備好的銀納米線(P

66、VP濃度為114mM, AgN03濃度為94mM, Naas’s濃度為2mM下,在微波功率400 W下反應3min)乙醇溶液放入上述混合溶液中攪拌均勻。然后將混合溶液放入微波爐中,在微波功率400 W下加熱反應3 min得到Ag/ZnO產物。將其溶液在空氣中冷卻至室溫,然后用去離子水、乙醇離心清洗3次,最后在烘箱中供干,以備測試。</p><p>　　2.3.4 納米ZnO-Ag的表征</p>&l

67、t;p>　　為了對比所得Ag/ZnO核殼結構,圖:4（a), (b)分別給出了未加銀納米線所得ZnO產物及加銀線后所得Ag/ZnO產物的SEM圖。由此可看出,未加銀納米線,所得ZnO的形貌為微米球(見圖4(a)),直徑為100-500nm。當加入0.55 mg Ag納米線,所得Ag/ZnO的形狀為蠕蟲狀(見圖4(b)),尺寸均勻,直徑大約為200 nm-600 nm,長為幾微米。此外,從圖4(b)中還可知,所得產物的表面有類似蠕蟲

68、狀的規(guī)則條紋凸起,且并沒有發(fā)現(xiàn)Ag納米線,這說明蠕蟲狀的Ag/ZnO核殼結構是由氧化鋅完全包覆著Ag納米線而生長形成的。</p><p>　　為了能更清楚的表示出所得產物的成分,圖5給出了標準的ZnO和Ag納米線及所得Ag/ZnO核殼結構的XRD圖。從圖中可以清晰的看出,所得蠕蟲狀Ag/ZnO的衍射峰能夠與標準六方晶系ZnO的粉末衍射卡片(JCPDS 36-1451)的衍射數(shù)據一致,同時其它衍射峰也與Ag納米線標

69、準的粉末衍射卡片(JCPDS 04-783)的衍射數(shù)據相吻合,由此說明了所得樣品為Ag/ZnO核殼結構。</p><p>　　2.4 納米ZnO及納米ZnO包Ag修飾電極的制備</p><p>　　裸碳糊電極制備：稱取2.4506g石墨粉，用差量法稱取0.8168g石蠟油（石墨粉和石蠟油按7:3（w/w）），混合后，放到研缽里，用杵手動研磨，直到把兩者充分混合均勻為止。將切割，打磨好，干凈

70、的，干燥的直徑為3.0 mm的玻璃管中填充混合好的糊狀物質，大約占管內體積的2/3。接著從尾部把一根銅絲插到玻璃管中，并壓實，以便于建立連接。把上述電極放到一張表面光滑的稱量紙上磨，直到磨得光滑、平整，管口的另一端先用保鮮膜封口，在貼標簽，放置12h，這樣，裸碳糊電極就制備好了。</p><p>　　修飾電極的準備：分別把2.40 mg的納米ZnO和2.05mg的納米ZnO-Ag溶解在1 mL的二次蒸餾水溶液中，

71、超聲波振蕩2小時，得到濃度為2 mg/mL的修飾劑。然后，用注射器取上述修飾劑15 μL，滴到磨好的裸的碳糊電極表面。最后，把修飾好的電極放到紅外燈下烤干。</p><p>　　2.5 酪氨酸氧化的反應機理</p><p>　　可知其反應機理如上圖所。研究在堿性溶液中，納米ZnO和納米ZnO-Ag對酪氨酸的氧化機理，首先配制底液——NaOH：0.1mol/ml。稱取固體NaOH 4.039

72、5g，加入到100ml容量瓶中，定容，可得1mol/ml的NaOH母液，然后用移液管取10ml母液，加入到100ml容量瓶中，定容，即得到0.1mol/ml。然后用納米ZnO和納米ZnO-Ag修飾電極，在紅外燈下烤干，然后在CH842b電化學工作站上使用循環(huán)伏安法和電流-時間曲線法測量酪氨酸。</p><p>　　為了進一步展示納米ZnO-Ag良好的電催化性質，我們還比較了裸碳糊電極和修飾碳糊電極對25 μM 酪

73、氨酸的電流相應情況，如圖8所示。納米ZnO-Ag修飾電極上得到的響應電流是裸碳糊電極響應電流的67倍，說明納米ZnO-Ag復合材料是一種極好的電催化修飾劑。</p><p>　　2.6 優(yōu)化實驗條件</p><p>　　2.6.1 優(yōu)化電位</p><p>　　外加電壓的大小對電化學傳感器有著很大的影響。本實驗研究了修飾電極在電位從0.40 V到0.80 V間的變化

74、情況，如圖8所示。圖8表明在不同電位下，連續(xù)加入相同濃度的酪氨酸到0.1 M的NaOH溶液中的電流響應情況。由圖8可見，在0.50 V-0.60 V，電流響應隨著電位的增加而增大。與0.60 V相比，0.65 V有較大的背景，并且電極和基線非常不穩(wěn)定，所以不能適合作為測量酪氨酸的底液。</p><p>　　綜上所述，在后續(xù)試驗中選擇+0.6V 為最佳應用電位。</p><p>　　2.6.

75、2 優(yōu)化氫氧化鈉濃度</p><p>　　在檢測酪氨酸時，堿性介質有助于加強過渡金屬的電催化活性。因此，本實驗選擇NaOH作為電解質，研究不同濃度（0.001 M-0.100 M）NaOH對實驗的影響，如圖7所示。從圖9看出，在NaOH濃度為0.010 M時，電流的響應最大。除此之外，當NaOH濃度高于0.010 M時，背景噪聲很大而且基線不穩(wěn)定。因此，NaOH濃度為0.010 M時，是實驗的最佳條件。</

76、p><p>　　2.6.3 優(yōu)化修飾劑濃度</p><p>　　修飾劑濃度是檢測酪氨酸時最重要的影響因素之一。通過比較不同濃度的納米ZnO-Ag修飾劑，我們得到了最佳的修飾劑濃度。根據圖10，我們可以看到，隨著納米ZnO-Ag濃度從0.1 mg/mL到1.0 mg/mL的增加，電流響應很明顯地增大。1.0 mg/mL的納米ZnO-Ag修飾劑濃度時，電流響應的程度又有所下降。所以，我們選擇濃度較

77、小的2.5 mg/mL作為實驗所用修飾劑濃度。</p><p>　　2.7 制作工作曲線</p><p>　　在最佳實驗條件（NaOH濃度為0.10 M，電位為0.60 V，修飾劑濃度為1.0 mg/mL）下，檢測酪氨酸，并制作酪氨酸的工作曲線。如圖9和10.</p><p>　　制作過程：在不斷攪拌的0.1 M的NaOH中，不斷加入酪氨酸，實驗表明修飾電極的響應快

78、速，而且最大穩(wěn)態(tài)電流可以在2s內獲得。線性電流響應和酪氨酸濃度的關系方程式為：I（μA）=0.03165+0.12339c（μM），相關系數(shù)為0.9997。在信噪比為3時的檢出限為0.022 μM，線性響應為0.05 μM到1000.00 μM。</p><p>　　2.8 電極的重復性、穩(wěn)定性和抗干擾性測定</p><p>　　對電極來說，重復性、穩(wěn)定性和抗干擾性是決定它好壞的關鍵性因素

79、。進一步研究表明，納米ZnO-Ag修飾電極有著良好的重復性。在一支修飾電極上進行10次2.5μM的酪氨酸的測定，計算所得的相對標準偏差為3.07%。通過間歇性測定，我們研究了電極的長期穩(wěn)定性，電極在不使用時，室溫儲存就可以了。結果顯示，在30天后的催化電流響應維持在初始值的95.2%以上，著反映了修飾碳糊電極良好的穩(wěn)定性。</p><p>　　通過加入其它物質，我們測試了該傳感器的抗干擾性。容許界限被視為造成&#

80、177;5%過氧化氫測定相對誤差時的外來物質的最大濃度。酪氨酸對外來物質的可接納比分別是：氯化鉀為15，硫酸鈉和乙醇為10，醋酸為60，檸檬酸為20。尿酸、抗壞血酸和葡萄糖對測定結果有影響?？傊?，納米ZnO-Ag修飾碳糊電極對測定過氧化氫表現(xiàn)出很高的選擇性。</p><p>　　2.9 實際樣品分析</p><p>　　對于實際樣品的分析，本實驗使用酪氨酸傳感器來檢測左甲狀腺素鈉片中酪氨酸

81、的存在。具體步驟如下：稱取0.5mg左甲狀腺素鈉片，加入到20 ml的無水乙醇中，在攪拌器上攪拌均勻，靜置片刻，上層清液作為樣品溶液，然后開始檢測。在電極電位為0.6 V，磁力攪拌器連續(xù)攪拌的條件下，在10 ml的0.1 M的NaOH溶液中，用注射器加入5 μL的樣品溶液，連續(xù)加3次。使用標準加入法來定量測定左甲狀腺素鈉片樣品，表3表示該酪氨酸傳感器在實際樣品檢測中是有效果的。</p><p><b>

82、　　3. 結論與展望</b></p><p>　　結論：本實驗主要介紹了利用以納米ZnO為基體，合成納米ZnO-Ag的納米復合材料，用它作為修飾劑來檢測酪氨酸。從實驗中可以發(fā)現(xiàn)，在堿性條件下，修飾電極對酪氨酸的氧化表現(xiàn)出顯著的電催化活性。這樣，就構建了基于納米ZnO-Ag修飾的靈敏的無酶酪氨酸傳感器。而且，由于修飾劑的表面積大并且在無酶條件下的進行檢測，使得這個無酶酪氨酸傳感器有著長期的穩(wěn)定性和高靈敏

83、度。實驗所提到的合成方法和電化學傳感技術為檢測酪氨酸提供了一種新的方法和依據，而且還可以應用到實際樣品中。</p><p>　　展望：對于納米材料的研究盡管十分熱門,但由于其結構復雜,微區(qū)尺寸小,再加上量子效應、表面效應等,對它的研究還不夠深入,因此對其結構、形態(tài)特征與材料性能的關系知道的很少,合成方法大多基于合成宏觀材料上的改進,存在著一定局限性,將來如能借鑒自然界生物材料的合成方法,對納米材料的發(fā)展會有很大的

84、促進作用。在對高聚物/納米復合材料的研究中存在的主要問題是:高聚物與納米材料的分散缺乏專業(yè)設備,用傳統(tǒng)的設備往往使納米粒子得不到良好的分散,同時高聚物表面處理有時還不夠理想。對于此方面的研究,國外已開展了近20年,并已有了較為成熟的科研技術成果,一些大公司已經對一些較成熟的高聚物/納米復合材料逐步商品化。納米材料由于其獨特的性能,以及隨著廉價納米材料不斷開發(fā)應用,粒子表面處理技術的不斷進步,納米材料增強、增韌聚合物機理的研究不斷完善,納

85、米材料改性的復合材料將逐步向工業(yè)化方向發(fā)展,其應用前景會更加誘人。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】孔曉麗,劉勇兵,楊波.納米復合材料的研究進展[J].材料科學與工藝.2002(4)：436-441頁</p><p>　　【2】任斌,黃河,余成.納米復合材料的研究進展[J].信息記錄材料.2004(2)：

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90、e of Fe/Cu granular films produced by cluster beam deposition and subsequent an-nearing [J]. Materials Science and Engineering, 1996 (A217/218): 322-325</p><p>　　【10】Antonio Regalado. Another step toward a

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95、t;</p><p>　　時光荏苒，經過幾個月的時間，我的畢業(yè)設計已經接近尾聲。隨著我畢業(yè)設計的完成，我的四年大學生活也即將劃上完美的句號。在這次畢設完成過程中，我要對很多人獻上我真摯的感謝，因為在他們的指導和幫助下，我才能順利地完成這次畢設實驗。</p><p>　　首先，我要感謝我的導師李X老師。作為一名本科生，經驗缺乏，難免會有很多不懂的地方，會出現(xiàn)很多錯誤。李老師作為一名老師，工作

96、繁忙可想而知，但是她還是會在百忙之中抽空來給我講解一些我不懂得地方，還會指出我錯誤的地方。她用她淵博的專業(yè)知識，為我解決了很多實驗當中的難題，讓我對這次畢設實驗更加有信心，有決心。</p><p>　　其次我要感謝帶領我的趙XX師兄，他是個很容易親近的人，整天都很開心的樣子，這讓我很快融入了這個實驗組，而且沒有很大的壓力。在整個畢設實驗中，都是他在旁邊不辭辛勞地指導我，我一有不懂的地方就會詢問師兄，而師兄不管自己