电纺PAN/PEI复合纳米纤维膜的电化学分析特性研究

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聚乙烯亚胺(PEI)是一种水溶性聚合物,化学毒性微弱。分子链上存在的伯、仲、叔胺基使其呈碱性和阳离子活性,易于和亲电试剂反应及通过胺反应改性,对阴离子物质有较好的亲和性和吸附性,同时PEI分子上大量的氨基对金属离子具有一定的配位能力,因此在分析化学领域应用非常广泛。但由于PEI具有自由分子形态,易溶于水,因此有必要将PEI固定在主体材料上。吸附、共价、包封、交联聚集等方法是固定化PEI的常用方法。然而,上述固定化PEI的方法往往以消耗PEI分子上的活性官能团氨基为代价,难以保证PEI的加载效率和期望的性能。因此,如何在固定化PEI的过程中不削弱其原有优势,仍然是一个挑战。静电纺丝技术是生产纳米纤维最有效的方法之一。它因具有装置简单、成本低、操作简便、工艺可控等优点,引起了各界人士的关注。利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有大的比表面积和长径比、易于功能化、可纺材料众多。基于此,我们利用静电纺丝技术将PEI固定在纳米纤维膜上。该固定化方法不仅不消耗PEI分子上的活性官能团氨基,还实现了三种氨基的定向排列。并基于PEI的优良特性和电纺纳米纤维膜的特点分别将其应用于电化学和电化学发光传感。具体研究内容如下:1.PAN/PEI纳米纤维膜修饰电极的制备及其在自来水中Hg(Ⅱ)的高灵敏度和高选择性电化学检测中的应用。首先利用静电纺丝技术选择合适的电纺参数在玻碳电极表面原位制备了富含氨基的PAN/PEI纳米纤维膜;基于电纺PAN/PEI纳米纤维中大量的氨基官能团与溶液中汞离子和氯离子发生化学反应,在电极表面生成电活性的氯化氨基汞;利用氯化氨基汞的电化学行为,建立了检测Hg(Ⅱ)的电化学分析新方法。纳米纤维膜大的比表面积和孔隙率以及纤维表面大量氨基的配位能力可实现Hg(Ⅱ)的有效富集,提高了测定的灵敏度;通过控制富集电位和利用汞离子与氨基和氯离子形成氯化氨基汞这一特异性化学反应,提高了测定的选择性。所构建的传感器检测Hg(Ⅱ)的线性范围为1.0×10-11 mol/L~9.0×10-10 mol/L,检出限为 3.3 pM。2.钌联吡啶在PAN/PEI纳米纤维膜修饰电极上的电化学发光行为及其在甲醛传感中的应用。由于富含氨基的PEI可以增强钌联吡啶的电化学发光,常被用作钌联吡啶电化学发光体系的共反应剂。在本工作中,我们以PEI和PAN为原料通过静电纺丝技术在玻碳电极表面制备了 PAN/PEI纳米纤维膜,直接将共反应试剂(PEI)纺成纤维组装在电极表面,不仅减少了共反应试剂的消耗量,同时实现电化学发光信号放大功能。实验结果表明:与裸玻碳电极对比,PAN/PEI纳米纤维膜修饰电极上钌联吡啶电化学发光信号增大了 20倍。此外,由于PEI分子上的氨基可与甲醛发生亲核加成反应反应,减少了 PEI分子中的氨基,降低了 PEI作为共反应剂对钌联吡啶体系的电化学发光的增敏作用,基于甲醛对PEI增敏的钌联吡啶电化学发光反应的抑制,实现了对甲醛的电化学发光检测。所构建的传感器检测甲醛的线性范围为:3.6×10-9 mol/L~4.0×10-8 mol/L,检出限为1.2 nM。
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