一种基于血红蛋白-改性α-ZrP/石墨烯泡沫传感器及其制备方法

技术领域

本发明属于电化学分析技术领域，具体涉及一种基于血红蛋白-改性α-ZrP/石墨烯泡沫传感器及其制备方法。

背景技术

H

现有的H

电化学H

发明内容

针对现有现有的电化学H

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种血红蛋白-改性α-ZrP/石墨烯泡沫参比电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：在冰浴条件下向适量的浓硫酸中先后添加一定量的硝酸钾和石墨粉，搅拌20-30min后将适量的高锰酸钾分4次缓慢加入溶液中，添加完成后将溶液置于35-38℃的水浴温度中快速搅拌2-3h，随后向混合溶液中缓慢滴入适量去离子水并控制体系温度在90-95℃继续搅拌15-20min；然后室温下向溶液中滴入适量的双氧水至溶液呈亮黄色后抽滤，并用稀盐酸多次洗涤后用去离子水离心洗涤至洗涤液呈中性，随后把样品置于50-60℃的真空烘箱中烘干得到氧化石墨烯。再把氧化石墨烯置于80ml去离子水中超声8-10min后加入一定量的水合肼，置于反应釜中反应5-7h后用去离子水浸泡24-30h，然后将反应物冻干得到石墨烯泡沫。

步骤二：取一定量的ZrOCl

步骤三：取适量步骤一制备的α-ZrP/石墨烯泡沫材料置于80ml去离子水中，超声30-40min，然后向混合液中加入适量FeCl

步骤四：将改性α-ZrP/石墨烯泡沫置于适量去离子水中超声5-8min制得混悬液；将玻碳电极分别使用1.0和0.3μm的三氧化二铝粉末抛光后，分别在乙醇和超纯水中超声3-5min，用氮气吹干后用移液枪取5μL混悬液滴涂在工作电极表面，室温下阴干后再取5μL的血红蛋白溶液修饰于工作电极表面，并在3-5℃下干燥得到血红蛋白-改性α-ZrP/石墨烯泡沫参比电极。

所述步骤一中石墨粉的添加量为3-4g，硝酸钾和石墨粉的质量比为1:1.5-1:2，石墨粉和高锰酸钾的质量比为1:3.5-1:3.8，滴入去离子水和浓硫酸的体积比为1.2:1-1.5:1，水合肼与氧化石墨烯溶液的比例为1:6-1:8。

所述步骤二中石墨烯泡沫和ZrOCl

所述步骤三中α-ZrP/石墨烯泡沫的质量比为吡咯1:1-1:1.3，吡咯和FeCl3·6H2O的质量比为1:2.8-1:3。

优选地，所述步骤一中石墨粉在浓硫酸中的浓度为0.04g/ml，去离子水的滴加速度为3ml/min，双氧水的滴加速度为2ml/min，稀盐酸的浓度为4mol/L，氧化石墨烯溶液的浓度为0.02g/mL。

优选地，所述步骤二中ZrOCl

优选地，所述步骤三中吡咯水溶液的浓度为0.05g/mL。

优选地，所述步骤四中复合材料在去离子水中的浓度为50mg/ml，血红蛋白溶液的浓度为5mg/ml。

优选地，上述方法制备得到的参比电极中，α-ZrP在石墨烯泡沫上的负载量为46-59wt％。

本发明还提供另一由上述制备方法制得的血红蛋白-改性α-ZrP/石墨烯泡沫参比电极组成的电化学H

有益效果：

(1)石墨烯泡沫作为基底为传感器提供了更多大的比表面积，为后续α-ZrP乃至血红蛋白的负载提供了有利条件；而且石墨烯泡沫在三维空间上的结果有利于在H

(2)α-ZrP在石墨烯泡沫上的分布一方面可以为材料提高更多的位点固载血红蛋白，提高对于血红蛋白的负载量，增强复合材料的结合强度，提升稳定性；另一方面可以提升复合材料的电子传输能力，优化传感器对于H

(3)在使用吡咯对材料进行改性后可以提升材料对于溶液中H

附图说明

图1为实施例1制得的α-ZrP/石墨烯泡沫的XRD图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

步骤一：在冰浴条件下向75ml浓硫酸中先后添加2.01g硝酸钾和3g石墨粉，搅拌20min后将11.4g高锰酸钾分4次缓慢加入溶液中，添加完成后将溶液置于38℃的水浴温度中快速搅拌3h，随后向混合溶液中缓慢滴入112.5ml去离子水并控制体系温度在90℃继续搅拌20min；然后室温下向溶液中滴入适量的双氧水至溶液呈亮黄色后抽滤，并用稀盐酸多次洗涤后用去离子水离心洗涤至洗涤液呈中性，随后把样品置于50℃的真空烘箱中烘干得到氧化石墨烯。再把2.4g氧化石墨烯置于120ml去离子水中超声8min后加入20ml水合肼，置于反应釜中反应5h后用去离子水浸泡24h，然后将反应物冻干得到石墨烯泡沫。

步骤二：取1.21g的ZrOCl

步骤三：取2.1g的α-ZrP/石墨烯泡沫材料置于80ml去离子水中，超声30min，然后向混合液中加入8.2g的FeCl

步骤四：将2.3g改性α-ZrP/石墨烯泡沫置于46ml去离子水中超声8min制得混悬液；将玻碳电极分别使用1.0和0.3μm的三氧化二铝粉末抛光后，分别在乙醇和超纯水中超声3min，用氮气吹干后用移液枪取5μL混悬液滴涂在工作电极表面，室温下阴干后再取5μL的血红蛋白溶液修饰于工作电极表面，并在3℃下干燥得到血红蛋白-改性α-ZrP/石墨烯泡沫参比电极。

实施例2

步骤一：在冰浴条件下向100ml浓硫酸中先后添加2g硝酸钾和4g石墨粉，搅拌30min后将14g高锰酸钾分4次缓慢加入溶液中，添加完成后将溶液置于35℃的水浴温度中快速搅拌2h，随后向混合溶液中缓慢滴入120ml去离子水并控制体系温度在95℃继续搅拌18min；然后室温下向溶液中滴入适量的双氧水至溶液呈亮黄色后抽滤，并用稀盐酸多次洗涤后用去离子水离心洗涤至洗涤液呈中性，随后把样品置于60℃的真空烘箱中烘干得到氧化石墨烯。再把3.2g氧化石墨烯置于160ml去离子水中超声9min后加入20ml水合肼，置于反应釜中反应7h后用去离子水浸泡27h，然后将反应物冻干得到石墨烯泡沫。

步骤二：取1.23g的ZrOCl

步骤三：取2.82g的α-ZrP/石墨烯泡沫材料置于80ml去离子水中，超声40min，然后向混合液中加入7.8g的FeCl

步骤四：将2.82g改性α-ZrP/石墨烯泡沫置于56.4ml去离子水中超声7min制得混悬液；将玻碳电极分别使用1.0和0.3μm的三氧化二铝粉末抛光后，分别在乙醇和超纯水中超声4min，用氮气吹干后用移液枪取5μL混悬液滴涂在工作电极表面，室温下阴干后再取5μL的血红蛋白溶液修饰于工作电极表面，并在4℃下干燥得到血红蛋白-改性α-ZrP/石墨烯泡沫参比电极。

实施例3

步骤一：在冰浴条件下向80ml浓硫酸中先后添加1.76g硝酸钾和3.2g石墨粉，搅拌28min后将11.9g高锰酸钾分4次缓慢加入溶液中，添加完成后将溶液置于36℃的水浴温度中快速搅拌2.5h，随后向混合溶液中缓慢滴入104ml去离子水并控制体系温度在92℃继续搅拌15min；然后室温下向溶液中滴入适量的双氧水至溶液呈亮黄色后抽滤，并用稀盐酸多次洗涤后用去离子水离心洗涤至洗涤液呈中性，随后把样品置于56℃的真空烘箱中烘干得到氧化石墨烯。再把2.56g氧化石墨烯置于128ml去离子水中超声10min后加入16ml水合肼，置于反应釜中反应6h后用去离子水浸泡30h，然后将反应物冻干得到石墨烯泡沫。

步骤二：取1.08g的ZrOCl

步骤三：取2.3g的α-ZrP/石墨烯泡沫材料置于80ml去离子水中，超声33min，然后向混合液中加入7.3g的FeCl

步骤四：将2.3g改性α-ZrP/石墨烯泡沫置于46ml去离子水中超声6min制得混悬液；将玻碳电极分别使用1.0和0.3μm的三氧化二铝粉末抛光后，分别在乙醇和超纯水中超声5min，用氮气吹干后用移液枪取5μL混悬液滴涂在工作电极表面，室温下阴干后再取5μL的血红蛋白溶液修饰于工作电极表面，并在5℃下干燥得到血红蛋白-改性α-ZrP/石墨烯泡沫参比电极。

实施例4

步骤一：在冰浴条件下向92ml浓硫酸中先后添加2.2g硝酸钾和3.68g石墨粉，搅拌24min后将12.8g高锰酸钾分4次缓慢加入溶液中，添加完成后将溶液置于36℃的水浴温度中快速搅拌2.5h，随后向混合溶液中缓慢滴入110.9ml去离子水并控制体系温度在93℃继续搅拌16min；然后室温下向溶液中滴入适量的双氧水至溶液呈亮黄色后抽滤，并用稀盐酸多次洗涤后用去离子水离心洗涤至洗涤液呈中性，随后把样品置于52℃的真空烘箱中烘干得到氧化石墨烯。再把2.94g氧化石墨烯置于147ml去离子水中超声8min后加入18.8ml水合肼，置于反应釜中反应7h后用去离子水浸泡29h，然后将反应物冻干得到石墨烯泡沫。

步骤二：取1.16g的ZrOCl

步骤三：取2.58g的α-ZrP/石墨烯泡沫材料置于80ml去离子水中，超声37min，然后向混合液中加入8g的FeCl

步骤四：将2.58g改性α-ZrP/石墨烯泡沫置于51.6ml去离子水中超声5min制得混悬液；将玻碳电极分别使用1.0和0.3μm的三氧化二铝粉末抛光后，分别在乙醇和超纯水中超声3min，用氮气吹干后用移液枪取5μL混悬液滴涂在工作电极表面，室温下阴干后再取5μL的血红蛋白溶液修饰于工作电极表面，并在4℃下干燥得到血红蛋白-改性α-ZrP/石墨烯泡沫参比电极。

对比例1

用本发明所述步骤一的制备方法制得石墨烯泡沫，然后将石墨烯泡沫以50mg/ml的浓度制得混悬液，并按步骤四所述方法制得血红蛋白-石墨烯泡沫参比电极作为对比例1。

对比例2

用本发明所述步骤二的制备方法制得α-ZrP，然后将α-ZrP以50mg/ml的浓度制得混悬液，并按步骤四所述方法制得血红蛋白-α-ZrP参比电极作为对比例2。

在恒定电位-0.46V的条件下，向溶液中加入H

表1

从表1中可以看出实施例1制得的传感器的线性范围远大于对比例1-2的线性范围，且实施例1的检测限仅为5.0×10

同样在-0.46V的恒定电位下，在实施例1的传感器对浓度为1.0×10

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。