水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法

水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法
【技术领域】
1.本发明涉及水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，特别是一种分子印迹电化学传感检测方法。


背景技术：

2.化学传感技术为解决这一问题提供了有效途径，其检测应用主要集中在电化学传感器、电化学发光传感器和光电化学传感器。各类传感器结构一般均由识别元件、信号转换器以及相应电路组成。其中，识别元件是传感器装置的关键部件，构成识别元件的敏感材料将直接决定传感器的灵敏度和选择性。目前，传感检测酚类内分泌干扰物识别元件的敏感材料多为碳基纳米杂化材料和导电聚合物，这类敏感材料在检测水环境中痕量酚类内分泌干扰物的应用研究中面临着比表面积小、无催化活性位点、对酚类内分泌干扰物无专一识别特异性等局限性。故设计合成一种比表面积大、导电性能强、灵敏度高、选择性好、具有催化活性的敏感材料，是制作响应速度快、检测灵敏度高、特异性识别酚类内分泌干扰物电化学传感器的关键。
3.分子印迹聚合物(molecularly imprinted polymers，mips)是具有特定识别功能的超分子材料，已被广泛应用于一些研究领域，如分离、催化、分析化学和生物传感。mips是通过使用交联剂将模板分子和功能单体共聚合而形成前驱体，然后通过有机溶剂萃取清洗模板分子，这种印迹过程所形成的“印迹孔穴”与模板分子的大小、形状和理化性质相匹配，能够在其它干扰分子存在的情况下重复结合和识别模板分子。mips类似于天然受体能够高亲和力和选择性结合模板分子，所具有的超级交联刚性结构使其能够在高温、酸性、碱性以及有机溶剂等环境中均具有良好稳定性。为了实现mips对pedcs的快速“捕获”，通常采用表面分子印迹技术将mips制备成二维薄膜结构，mips膜对模板分子的选择性和敏感性，使其能够对水环境中痕量酚类内分泌干扰物进行快速、准确地特异性识别。
4.石墨烯因其独特的二维纳米结构而受到广泛的关注，并在纳米科学和技术领域拥有巨大的应用前景。由于现有物理方法的局限性，通常采用化学修饰的方法来进一步改善石墨烯的物理化学特性。选择石墨烯材料作为基体，将其与纳米粒子、高分子材料、磁性材料相结合制备的功能化石墨烯复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向，其在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出了优良性能，具有广阔的应用前景。zifs材料具有比表面积大、高催化活性以及能够按照所需进行化学修饰等优点，已成为诸多领域的研究热点。zifs具有更高的热稳定性和吸附能力，使其在有机溶剂、水和碱性溶液中具有良好的化学稳定性，并且制备方法简单、纳米晶体结构可控。
5.分子印迹电化学传感检测方法是选择功能化石墨烯为基底，在其表面原位生长zifs膜得到一种高效导电复合膜。并以该复合膜为载体，利用表面分子印迹技术制备具有超细、超薄纳米结构的mips，设计、合成一种基于zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜，构建分子印迹电化学传感器。该分子印迹杂化膜不仅保留了功能化石墨烯材料的电化学性能，而且zifs所具有的高比表面积、高催化活性等特性能显著提高传感器对模板分子
的富集效率与电化学检测信号，对水环境中痕量酚类内分泌干扰物进行高效选择性检测。


技术实现要素：

6.本发明的目的是克服常规酚类内分泌干扰物检测分析方法无选择性、需要标准样品、复杂预处理过程等不足。提供一种基于zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜构建电化学传感器的制作方法，并将其应用于水环境中痕量酚类分泌干扰物的高效选择性检测。
7.本发明的技术方案：
8.一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，首先采用溶剂热还原法制备功能化石墨烯材料，然后在功能化石墨烯材料表面负载zno，以zno为金属源，原位生长合成功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜。再利用表面分子印迹技术制备基于zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜。最后构建分子印迹电化学传感器，对水环境中痕量酚类内分泌干扰物进行高效选择性检测。
9.进一步的，功能化石墨烯材料通过以下方法得到，将三氯化铁溶于乙二醇溶液中，超声后加入氧化石墨烯混合均匀，加入柠檬酸钠进行超声溶解，混合溶液经高温反应，洗涤、干燥后得到。
10.进一步的，zno修饰的功能化石墨烯通过以下方法得到，将功能化石墨烯材料和氧化锌分别溶于无水乙醇中，超声后将氧化锌滴入功能化石墨烯材料的无水乙醇分散液中，经超声、洗涤、后磁性分离产物、干燥得到。
11.进一步的，功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜通过以下方法得到，将zno修饰的功能化石墨烯和苯并咪唑溶于dmf溶液中，将超声后的溶液经反应所得产物，洗涤、干燥后得到功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜。
12.进一步的，基于zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜通过以下方法得到，将功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜、双酚a、丙烯酰胺、二乙烯基苯溶于甲苯溶液中，60℃反应所得产物，洗涤、干燥后得到zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜。
13.进一步的，合成的基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜待测试的样品溶于二次水，制备成浓度为1mg/ml的混合溶液，分别超声至得到样品分散均匀的悬浊液。用微量移液枪分别取20μl上述溶液滴加到处理好的玻碳电极表面，室内温度下晾干待用。
14.水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，包括如下步骤：
15.1)功能化石墨烯复合材料的制备
16.取1.73g三氯化铁溶于50ml的乙二醇溶液中超声分散20min，向混合溶液中加入100～200mg氧化石墨烯，超声分散均匀后再加入0.45g柠檬酸钠，磁力搅拌20min后将混合溶液放入反应釜中，200℃下反应8h，待自然冷却后取出，将反应所得产物用无水乙醇洗3次后，60℃下真空干燥得到磁性石墨烯；
17.取50～100mg磁性石墨烯材料溶于无水乙醇中，超声分散60min，再取30～60mg氧化锌分别溶于无水乙醇中，并缓慢滴加到磁性石墨烯无水乙醇分散液中继续超声30min，60℃下真空干燥得到zno修饰的磁性石墨烯；
18.2)功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜的制备
19.取20～80mg zno修饰的磁性石墨烯和80～120mg二甲基咪唑溶于16.3ml dmf和
3.5ml h2o中的混合溶液中超声60min，将超声后的混合溶液放入聚四氟乙烯反应釜，60℃下反应120min，将反应所得产物用无水乙醇洗5次后，60℃真空干燥得到功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜。
20.3)基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜的制备
21.取30～80mg双酚a和80～120mg丙烯酰胺溶解于20ml的甲苯中，超声完全溶解后加入0.5～2ml二乙烯基苯。再取50～100mg的功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜加入到混合溶液中超声15min，通氮除氧后加入50～100mg偶氮二异丁腈引发剂，60℃下反应6h，产物依次用甲苯和无水乙醇洗涤3次，并用体积比为1∶4的乙酸和乙醇混合溶液对双酚a进行萃取，60℃真空干燥得到基于zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜。
22.一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法的应用，用于水环境中痕量酚类内分泌干扰物的超灵敏、高选择性检测，具体方法是：配制5mmol/l k3fe(cn)6含0.1mol/lkcl的电解液和ph为7的酚类内分泌干扰物的0.1mol/l磷酸盐缓冲溶液，将基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜作为识别元件敏感材料，构建电化学传感器进行传感检测：在此过程中评价传感器的灵敏度和选择性。
23.本发明的优点：本发明提供的环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，工艺合理、易于实施；本法制备的基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜用于内分泌干扰物传感检测具有良好的灵敏度、选择性，能实现对酚类内分泌干扰物的吸附与快速传质；该检测方法具有强电流响应性、预定性、识别性和实用性，将给痕量酚类内分泌干扰物的检测带来极大的方便，并极大提高功能化石墨烯基zifs杂化膜的使用效率，拓宽功能化石墨烯材料、zifs杂化膜应的用范围。
【附图说明】：
24.图1为zno修饰磁性石墨烯的电镜图。
25.图2为功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜的电镜图。
26.图3为zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜的电镜图。
27.图4为分子印迹电化学传感器的电流响应曲线。
【具体实施方式】：
28.实施例：
29.一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，首先采用水热还原法制备磁性石墨烯材料，然后在磁性石墨烯材料表面负载zno，以zno为金属源，原位生长合成功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜，再利用表面分子印迹技术制备基于zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜，最后构建分子印迹电化学传感器，对水环境中痕量酚类内分泌干扰物进行高效选择性检测。
30.包括如下步骤：
31.1)功能化石墨烯复合材料的制备
32.采用溶剂热法合成磁性石墨烯复合材料具体步骤如下：取1.73g三氯化铁溶于50ml的乙二醇溶液中超声分散20min，向混合溶液中加入150mg氧化石墨烯，超声分散均匀后再加入0.45g柠檬酸钠，磁力搅拌20min后将混合溶液放入反应釜中，200℃下反应8h，待
自然冷却后取出，将反应所得产物用无水乙醇洗3次后，60℃下真空干燥得到磁性石墨烯；
33.采用静电沉积法合成zno修饰磁性石墨烯复合材料具体步骤如下：取80mg磁性石墨烯材料溶于30ml无水乙醇中，超声分散60min，再取40mg氧化锌分别溶于20ml无水乙醇中，并缓慢滴加到磁性石墨烯无水乙醇分散液中继续超声30min，60℃下真空干燥得到zno修饰的磁性石墨烯；
34.图1为zno修饰磁性石墨烯的电镜图。图中显示氧化石墨烯为均匀的片层结构，具有良好的透光性。其表面负载了大量粒径尺寸约为200nm左右的fe3o4磁性微球，zno纳米颗粒通过静电沉积作用均匀分散在磁性石墨烯复合材料表面，平均尺寸约为25nm。
35.2)功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜的制备
36.取50mg zno修饰的磁性石墨烯和100mg二甲基咪唑溶于16.3ml dmf和3.5ml h2o中的混合溶液中超声60min，将超声后的混合溶液放入聚四氟乙烯反应釜，60℃下反应120min，将反应所得产物用无水乙醇洗5次后，60℃真空干燥得到功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜。
37.图2为功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜的电镜图。图中显示：利用二甲基咪唑作为刻蚀剂和有机配体，将zno修饰磁性石墨烯复合材料表面的zno纳米颗粒原位生长转化为一层zifs膜，与图1相比，zno纳米颗粒消失，zifs膜均匀包覆在磁性石墨烯结构中fe3o4微球的表面。
38.3)基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜的制备
39.取50mg双酚a和100mg丙烯酰胺溶解于20ml的甲苯中，超声完全溶解后加入1ml二乙烯基苯。再取80mg的功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜加入到混合溶液中超声15min，通氮除氧后加入80mg偶氮二异丁腈引发剂，60℃下反应6h，产物依次用甲苯和无水乙醇洗涤3次，并用体积比为1∶4的乙酸和乙醇混合溶液对双酚a进行萃取，60℃真空干燥得到基于zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜。
40.图3为基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜的电镜图。图中显示：基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜的表面被一层透光率很低的黑色薄膜所覆盖，fe3o4微球变得模糊不清，该黑色薄膜的出现证明实验成功制备了双酚a分子印迹膜。
41.一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法的应用，用于水环境中痕量酚类内分泌干扰物的超灵敏、高选择性检测，并以双酚a为目标分子，将基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜作为识别元件敏感材料，构建电化学传感器进行传感检测：
42.配制浓度为0～30μmol/l双酚a的pbs溶液，调节ph为7.0，分别取不同浓度的双酚a溶液10ml，加入zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜修饰电极，三电极体系下对不同浓度的双酚a溶液进行传感检测。检测结果表明：随着bpa浓度的增加传感检测电流不断增加，当浓度达到8μmol/l后响应电流值趋于平衡，在10-4
～0.005μmol/l浓度范围内，bpa的浓度和响应电流值之间呈现出良好的线性关系，检测限为0.61ng/l。
43.应用于双酚a的选择性检测：
44.方法是选择2，4二氯苯酚(dichlorophenol，dcp)、间苯二酚(resorcin，re)、对苯二酚(hydroquinone，hyd)和邻苯三酚(pyrogallol，pyr)四种与bpa结构相似的酚类化合物作为干扰物质。将zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜修饰电极置于浓度均为10μmol/l的bpa及其竞争物质的pbs溶液中，三电极体系下进行选择性传感检测。检测结果表
明：水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法对双酚a的选择性检测可达到85％
45.图4为分子印迹电化学传感器的电流响应曲线。图中显示随着bpa浓度的增加其电流信号不断增加，在0～8μmol/l的浓度范围内，浓度响应电流明显增加，说明修饰电极对bpa的吸附量已达到平衡。

技术特征：
1.一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，其特征在于：首先采用水热还原法制备磁性石墨烯材料，然后在磁性石墨烯材料表面负载zno，以zno为金属源，原位生长合成功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜，再利用表面分子印迹技术制备基于zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜，最后构建分子印迹电化学传感器，对水环境中痕量酚类内分泌干扰物进行高效选择性检测。2.根据权利要求1所述的一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，其特征在于：磁性石墨烯材料通过以下方法得到，将三氯化铁溶于乙二醇溶液中，超声后加入氧化石墨烯混合均匀，加入柠檬酸钠进行超声溶解，混合溶液经高温反应，洗涤、干燥后得到。3.根据权利要求1所述的一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，其特征在于：zno修饰的磁性石墨烯通过以下方法得到，将磁性石墨烯材料和氧化锌分别溶于无水乙醇中，超声后将氧化锌滴入磁性石墨烯材料的无水乙醇分散液中，经超声、洗涤、后磁性分离产物、干燥得到。4.根据权利要求1所述的一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，其特征在于：功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜通过以下方法得到，将zno修饰的磁性石墨烯和二甲基咪唑溶于dmf和h2o的混合溶液中，将超声后的混合溶液经反应所得产物，洗涤、干燥后得到功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜。5.根据权利要求1所述的一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，其特征在于：基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜通过以下方法得到，将双酚a、丙烯酰胺、二乙烯基苯分别溶于甲苯溶液。再将功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜加入到混合溶液中，经反应所得产物，洗涤、干燥后得到基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜。6.根据权利要求1所述的一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，其特征在于包括如下步骤：1)功能化石墨烯复合材料的制备取1.73g三氯化铁溶于50ml的乙二醇溶液中超声分散20min，向混合溶液中加入100～200mg氧化石墨烯，超声分散均匀后再加入0.45g柠檬酸钠，磁力搅拌20min后将混合溶液放入反应釜中，200℃下反应8h，待自然冷却后取出，将反应所得产物用无水乙醇洗3次后，60℃下真空干燥得到磁性石墨烯；取50～100mg磁性石墨烯材料溶于无水乙醇中，超声分散60min，再取30～60mg氧化锌分别溶于无水乙醇中，并缓慢滴加到磁性石墨烯无水乙醇分散液中继续超声30min，60℃下真空干燥得到zno修饰的磁性石墨烯；2)功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜的制备取20～80mg zno修饰的磁性石墨烯和80～120mg二甲基咪唑溶于16.3ml dmf和3.5ml h2o中的混合溶液中超声60min，将超声后的混合溶液放入聚四氟乙烯反应釜，60℃下反应120min，将反应所得产物用无水乙醇洗5次后，60℃真空干燥得到功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜。3)基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜的制备取30～80mg双酚a和80～120mg丙烯酰胺溶解于20ml的甲苯中，超声完全溶解后加入0.5～2ml二乙烯基苯。再取50～100mg的功能化石墨烯基zifs高效导电复合膜加入到混合溶液中超声15min，通氮除氧后加入50～100mg偶氮二异丁腈引发剂，60℃下反应6h，产物依
次用甲苯和无水乙醇洗涤3次，并用体积比为1∶4的乙酸和乙醇混合溶液对双酚a进行萃取，60℃真空干燥得到基于zifs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜。7.一种如权利要求1-6任一项方法所构建的水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法的应用，其特征在于：用于水环境中痕量酚类内分泌干扰物的高效选择性检测。8.根据权利要求7所述的水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法的应用，其特征在于：配制5mmol/l k3fe(cn)6含0.1mol/lkcl的电解液和ph为7的酚类内分泌干扰物的0.1mol/l磷酸盐缓冲溶液，将基于zifs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜作为识别元件敏感材料，构建电化学传感器进行传感检测：在此过程中评价传感器的灵敏度和选择性。

技术总结
一种水环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，首先采用溶剂热还原法制备功能化石墨烯材料，然后在功能化石墨烯材料表面负载ZnO，以ZnO为金属源，原位生长合成功能化石墨烯基ZIFs高效导电复合膜。再利用表面分子印迹技术制备基于ZIFs修饰功能化石墨烯的分子印迹杂化膜。最后构建分子印迹电化学传感器，对水环境中痕量酚类内分泌干扰物进行高效选择性检测。本发明的优点：本发明提供的环境中痕量酚类内分泌干扰物传感检测新方法，工艺合理、易于实施，本法制备的基于ZIFs修饰功能化石墨烯分子印迹杂化膜用于内分泌干扰物传感检测具有良好的灵敏度、选择性，能实现对酚类内分泌干扰物的吸附与快速传质；该检测方法具有强电流响应性、预定性、识别性和实用性，将给痕量酚类内分泌干扰物的检测带来极大的方便，并极大提高功能化石墨烯基ZIFs杂化膜的使用效率，拓宽功能化石墨烯材料、ZIFs杂化膜应的用范围。用范围。


技术研发人员：请求不公布姓名 何春鹏 黄艳凤
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/8/6