技术领域
[0001] 本
发明属于电
化学发光传感检测技术领域，涉及一种PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜的制备方法及其应用，具体为构建α-
萘酚
传感器的应用。
背景技术
[0002] α-萘酚是一种严重危害人类健康的重要污染物。其对眼睛、
皮肤、粘膜有强烈刺激作用，对肾脏可引起出血性肾炎，且在低含量时就会对人体造成较大的伤害。因此，实现对α-萘酚的检测对维护人类健康具有重要意义。目前，检测α-萘酚的方法主要有高效液相色谱-质谱法(HPLC-MS)，气相色谱-质谱法(GC-MS)，
荧光法(FL)，电化学法(EC)，电化学发光法(ECL)等。其中，HPLC-MS,GC-MS等分析方法准确、有效，但存在预处理繁琐、仪器昂贵等问题。FL,EC等分析方法虽然难于实现多种酚类污染物的同时检测，但由于灵敏度高、操作简单等优点引起广泛关注。每种方法都各有优缺点，因此，发展灵敏、快捷的α-萘酚检测方法是非常重要的。
[0003] 其中，电化学发光(ECL)方法由于具有灵敏度高、可控性好、设备简单、无背景
信号等优点，在环境监测，药物分析和
生物分析等领域得到了广泛应用。在常规的ECL体系中，由于发光分子本身产生的ECL信号较低，需加入共反应剂来增强体系的ECL强度以提高分析灵敏度。近来，自增强ECL
复合材料将发光物及其共反应剂同时负载到复合物上，缩短了
电子传递距离，提高了
发光效率，使得体系ECL信号提高的同时避免了共反应剂的加入，从而进一步简化了ECL检测体系。为了进一步拓展自增强ECL复合物在ECL领域的应用，发展新型高效的自增强ECL复合物尤为重要。纳米纤维大的
比表面积可以同时负载大量ECL分子及其共反应剂，并且有文献报道，将纳米纤维作为基底负载ECL发光分子，可以大大增强ECL信号。然而，将ECL分子及其共反应剂同时负载到纳米纤维中，直接制备自增强ECL纳米纤维复合材料的研究，还未见报道。
发明内容
[0004] 针对
现有技术存在的问题，本发明旨在利用
静电纺丝技术，采用电化学发光方法，构筑一种基于PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜的α-萘酚传感器。具体涉及基于PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜的制备方法及其应用。
[0005] (1)一种PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜的制备方法，以聚丙烯腈(PAN)、固定膜(Nafion)、发光分子(Ru(bpy)32+)及共反应剂聚乙烯亚胺(PEI)的
混合液为电纺前体，将双导
铜箔固定到滚筒上作为接受装置，通过静电纺丝技术，制备自增强电化学发光PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜。具体包括以下步骤：
[0006] 1)电纺溶液的配制：
[0007] 以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为
溶剂，分别配制PEI贮备液及Ru(bpy)32+贮备液；
[0008] 在一定
温度下，将PAN完全溶解到DMF中制备得到PAN溶液；
[0009] 向PAN溶液中依次加入Nafion、Ru(bpy)32+贮备液及PEI贮备液；得到电纺溶液；
[0010] 其中，所述PEI贮备液的浓度为50-200mg·mL-1；所述Ru(bpy)32+贮备液的浓度为20mg·mL-1；所述一定温度为60℃；PAN溶液的浓度为10.7wt.％；Nafion的
质量百分浓度为
5％；
[0011] 所述PAN溶液、Nafion、Ru(bpy)32+贮备液和PEI贮备液的体积比例为：3.75mL：250μL：500μL：500μL。
[0012] 2)静电纺丝条件：
[0013] 利用静电纺丝装置，使用微量进样器控制步骤1)配制的电纺溶液喷出速度为1mL/h，接收时间为1-2h；将双导铜箔固定到滚筒上作为接受装置，纺丝喷头与接收板距离为10-20cm，施加
电压为20kV，制备得到PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜，标记为PEI@Ru@Nafion@PAN。
[0014] (2)将本发明制备的PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜用于构建α-萘酚传感器的用途，具体步骤为：
[0016] ITO电极依次在丙
酮、
乙醇、
水中超声清洗，吹干后备用，标记为ITO；
[0018] 将本发明中电纺得到的PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜切成0.8×1.0cm的小
块，并粘到处理好的ITO电极表面，制得工作电极，即为α-萘酚传感器，标记为PEI@Ru@Nafion@PAN/ITO。
[0019] (3)将本发明制备的PEI@Ru@Nafion@PAN/ITO用于测试α-萘酚溶液的测试过程：
[0020] 不同浓度类α-萘酚溶液的配置：配置一定浓度的α-萘酚溶液，然后将其逐级稀释为1.0×10-12、1.0×10-11，1.0×10-10、1.0×10-9、1.0×10-8、1.0×10-7mol·L-1，置于室温备用。
[0021] 以PEI@Ru@Nafion@PAN/ITO作为工作电极，饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为
对电极，由MPI-EII电化学发光分析仪记录和检测ECL信号。在含有不同浓度酚类的0.1mol·L-1PBS(pH＝7.5)缓冲溶液中进行测试。扫描电压范围0.2-1.25V，扫描速度0.1V s-1,实验中
光电倍增管的高压为650V，得到ECL信号的差值(I0-I)与α-萘酚浓度的对数值(logC)绘制的标准曲线。
[0022] 同样的方法，测试未知浓度的α-萘酚溶液的ECL信号，代入标准曲线，得到未知溶液的浓度。
[0023] 本发明的有益效果为：
[0024] (1)利用静电纺丝技术，将发光分子和共反应物负载到纳米纤维表面制备自增强PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维构建传感器，无需额外加入共反应剂，简化实验步骤，节约实验
试剂。
[0025] (2)本发明构建的电化学发光传感器用于α-萘酚的检测，灵敏度高、
稳定性好、线性范围宽，为1×10-12-1×10-7mol·L-1。
附图说明
[0026] 图1(A)PAN,(B)PAN@Ru,(C)PAN@Ru@PEI,(D)PAN@Ru@PEI@Nafion的扫描电子
显微镜图像(SEM)。
[0027] 图2(A)不同浓度α-萘酚对数所对应的ECL信号；(B)不同浓度α-萘酚对数与其相对应的ECL之间构建的线性关系。
具体实施方式
[0028] 下面结合
说明书附图和
实施例对本发明做进一步说明。
[0029] 实施例1
[0030] (1)一种PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜的制备方法，以聚丙烯腈(PAN)、固定膜2+
(Nafion)、发光分子(Ru(bpy)3 )及共反应剂聚乙烯亚胺(PEI)的混合液为电纺前体，将双导铜箔固定到滚筒上作为接受装置，通过静电纺丝技术，制备自增强电化学发光PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜。具体包括以下步骤：
[0031] 1)电纺溶液的配制：
[0032] 以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂，分别配制PEI贮备液及Ru(bpy)32+贮备液；
[0033] 在60℃下，将PAN完全溶解到DMF中制备得到PAN溶液；
[0034] 向PAN溶液中依次加入Nafion、Ru(bpy)32+贮备液及PEI贮备液；得到电纺溶液；
[0035] 其中，所述PEI贮备液的浓度为150mg·mL-1；所述Ru(bpy)32+贮备液的浓度为-120mg·mL ；PAN溶液的浓度为10.7wt.％；Nafion的质量百分浓度为5％；
[0036] 所述PAN溶液、Nafion、Ru(bpy)32+贮备液和PEI贮备液的体积比例为：3.75mL：250μL：500μL：500μL。
[0037] 2)静电纺丝条件：
[0038] 利用静电纺丝装置，使用微量进样器控制步骤1)配制的电纺溶液喷出速度为1mL/h，接收时间为1-2h；将双导铜箔固定到滚筒上作为接受装置，纺丝喷头与接收板距离为10-20cm，施加电压为20kV，制备得到PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜，标记为PEI@Ru@Nafion@PAN。
[0039] (2)将本发明制备的PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜用于构建α-萘酚传感器的用途，具体步骤为：
[0040] S1：电极的处理工程
[0041] ITO电极依次在丙酮、乙醇、水中超声清洗，吹干后备用，标记为ITO；
[0042] S2：工作电极的制备
[0043] 将本发明中电纺得到的PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜切成0.8×1.0cm的小块，并粘到处理好的ITO电极表面，制得工作电极，标记为PEI@Ru@Nafion@PAN/ITO。
[0044] (3)将本发明制备的PEI@Ru@Nafion@PAN/ITO用于测试α-萘酚溶液的测试过程：
[0045] 不同浓度类α-萘酚溶液的配置：配置一定浓度的α-萘酚溶液，然后将其逐级稀释-12 -11 -10 -9 -8 -7 -1为1.0×10 、1.0×10 ，1.0×10 、1.0×10 、1.0×10 、1.0×10 mol·L ，置于室温备用。
[0046] 以PEI@Ru@Nafion@PAN/ITO作为工作电极，饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极，由MPI-EII电化学发光分析仪记录和检测ECL信号。在含有不同浓度酚类的-10.1mol·L PBS(pH＝7.5)缓冲溶液中进行测试。扫描电压范围0.2-1.25V，扫描速度0.1V s-1,实验中光电倍增管的高压为650V。得到ECL信号的差值(I0-I)与α-萘酚浓度的对数值(logC)绘制的标准曲线。
[0047] 同样的方法，测试未知浓度的α-萘酚溶液的ECL信号为6018.7a.u,，代入标准曲线，得到未知溶液的浓度6.07×10-9mol·L-1。
[0048] 实施例2
[0049] (1)一种PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜的制备方法，以聚丙烯腈(PAN)、固定膜(Nafion)、发光分子(Ru(bpy)32+)及共反应剂聚乙烯亚胺(PEI)的混合液为电纺前体，将双导铜箔固定到滚筒上作为接受装置，通过静电纺丝技术，制备自增强电化学发光PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜。具体包括以下步骤：
[0050] 1)电纺溶液的配制：
[0051] 以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂，分别配制PEI贮备液及Ru(bpy)32+贮备液；
[0052] 在一定温度下，将PAN完全溶解到DMF中制备得到PAN溶液；
[0053] 向PAN溶液中依次加入Nafion、Ru(bpy)32+贮备液及PEI贮备液；得到电纺溶液；
[0054] 其中，所述PEI贮备液的浓度为200mg·mL-1；所述Ru(bpy)32+贮备液的浓度为20mg·mL-1；所述一定温度为60℃；PAN溶液的浓度为10.7wt.％；Nafion的质量百分浓度为
5％；
[0055] 所述PAN溶液、Nafion、Ru(bpy)32+贮备液和PEI贮备液的体积比例为：3.75mL：250μL：500μL：500μL。
[0056] 2)静电纺丝条件：
[0057] 利用静电纺丝装置，使用微量进样器控制步骤1)配制的电纺溶液喷出速度为1mL/h，接收时间为1-2h；将双导铜箔固定到滚筒上作为接受装置，纺丝喷头与接收板距离为10-20cm，施加电压为20kV，制备得到PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜，标记为PEI@Ru@Nafion@PAN。
[0058] (2)将本发明制备的PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜用于构建α-萘酚传感器的用途，具体步骤为：
[0059] S1：电极的处理工程
[0060] ITO电极依次在丙酮、乙醇、水中超声清洗，吹干后备用，标记为ITO；
[0061] S2：工作电极的制备
[0062] 将本发明中电纺得到的PEI@Ru@Nafion@PAN纳米纤维膜切成0.8×1.0cm的小块，并粘到处理好的ITO电极表面，制得工作电极，标记为PEI@Ru@Nafion@PAN/ITO。
[0063] (3)将本发明制备的PEI@Ru@Nafion@PAN/ITO用于测试α-萘酚溶液的测试过程：
[0064] 不同浓度类α-萘酚溶液的配置：配置一定浓度的α-萘酚溶液，然后将其逐级稀释为1.0×10-12、1.0×10-11，1.0×10-10、1.0×10-9、1.0×10-8、1.0×10-7mol·L-1，置于室温备用。
[0065] 以PEI@Ru@Nafion@PAN/ITO作为工作电极，饱和Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极，由MPI-EII电化学发光分析仪记录和检测ECL信号。在含有不同浓度酚类的0.1mol·L-1PBS(pH＝7.5)缓冲溶液中进行测试。扫描电压范围0.2-1.25V，扫描速度0.1V s-1,实验中光电倍增管的高压为650V。得到ECL信号的差值(I0-I)与α-萘酚浓度的对数值(logC)绘制的标准曲线。
[0066] 同样的方法，测试未知浓度的α-萘酚溶液的ECL信号为6031.54a.u.，代入标准曲线，得到未知溶液的浓度5.76×10-9mol·L-1。
[0067] 从图1中，可以看出，(A)PAN,(B)PAN@Ru,(C)PAN@Ru@PEI,(D)PAN@Ru@PEI@Nafion,所制备的发光
纳米材料都具有完全相似的纤维结构，表面相当光滑，没有任何珠子。这些纳米纤维随机交叉在一起形成稳定的三维多孔结构，均匀分布在基体上，有利于传质，进一步产生良好的ECL响应。另外，纳米纤维的直径分布均匀，图(A)-(D)平均直径分别为274nm、215nm、253nm和289nm。
[0068] 从图2(A)中，可以看出，随着α-萘酚浓度的增加，ECL信号逐渐降低，表明α-萘酚对PAN@Ru@PEI@Nafion具有明显的猝灭作用。
[0069] 从图2(B)中，可以看出，ECL信号的差值(I0-I)与α-萘酚浓度的对数值(logC)绘制的标准曲线为ΔI＝642.05×log C+7978.69(R2＝0.998),线性范围为1.0×10-12-1.0×10-7mol·L-1，
检测限为1.0×10-12mol·L-1。
