JS 杂志上的传感器 1687 - 7268 1687 - 725 x Hindawi出版公司 382726年 10.1155 / 2013/382726 382726年 研究文章 铁(ⅲ)离子传感器基于无核生长氧化锌纳米棒在三维使用镍泡沫基质 Abbasi Mazhar阿里 1 Ibupoto 征服者侯赛因 1 汗 Yaqoob 2 汗 阿扎姆 1 努尔 俄梅珥 1 Willander 马格努斯 1 Cusano 安德里亚 1 物理电子学和纳米技术部门 科技部(ITN),校园北雪平 林雪平大学 60174年北雪平 瑞典 liu.se 2 纳米科学和催化 国家物理中心 真纳大学校园 45320年伊斯兰堡 巴基斯坦 ncp.edu.pk 2013年 4 3 2013年 2013年 19 11 2012年 16 01 2013年 03 02 2013年 2013年 版权©2013 Mazhar阿里Abbasi et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

在目前的工作,无籽,高度和垂直对齐氧化锌纳米棒在三维(3 d)种植在泡沫镍基体。无核生长氧化锌纳米棒的特点是场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和x射线衍射(XRD)技术。3 d特征无籽的氧化锌纳米棒对镍泡沫高度密集,垂直于衬底,沿着(002)晶面生长,并由单晶。除此之外,这些无籽氧化锌纳米棒携带trans-dinitro-dibenzo-18-6冠醚,选择性铁(III)离子离子载体,连同其他组件膜成分如聚氯乙烯(PVC)、2-nitopentylphenyl醚作为增塑剂(NPPE)和四丁基铵tetraphenylborate (TBATPB)电导率增加者。传感器电极显示高线性与范围广泛的检测铁(III)离子浓度从0.005毫米到100毫米。检测极限较低的离子选择电极被发现0.001毫米。提出的传感器还描述了贮存稳定性高、选择性、再现性和重复性和快速响应时间小于10。

 1。介绍

铁仍然重要,不同的生物系统,如血红蛋白、肌红蛋白,也哼哼酶和戏剧作为辅助因子在酶活性以及氧运输和电子传递。它也有害影响的各种生物系统的形式单独或结合状态。由于缺铁贫血通常是诊断,和过量的铁也可以引起许多健康问题。疾病如癌症、心脏病和其他疾病如血色沉着病也与高水平的铁在体内( 1- - - - - - 3]。中痕量铁的存在不同的物质可能导致腐烂。几个技术已经用于铁离子的检测从临床、医药、环境、和不同工业样品( 4- - - - - - 7]。因此,它是高度要求开发新的简单、廉价、快速、敏感的检测分析设备铁从医药、土壤和生物样本。铁的检测方法是基于bathophenanthroline光谱光度测量的,1,10-phenanthroline, TPTZ, ferrozine化学制剂( 8- - - - - - 14]。几乎没有传感器用于传感的铁( 8, 9基于直接电位技术,它比前面描述的方法有更多的优势。涂膜离子选择性传感器基于线阴离子膜结合tetrachloroferrate (III)整除干扰金属阳离子的缺点包括Sn2 + Hg2 +, Zn2 + ( 15]。旁边,一个异构固态阳离子膜基于锡砷酸分散在环氧树脂有一些问题 16]。电位传感器也被用于滴定铁对钠tetraphenylborate邻二氮杂菲复杂解决方案基于铝线导体覆盖着增塑的PVC膜( 17]。冠醚18 c6也用于镧的发展( 18)和钠( 19)选择性电极由于其在复杂与金属离子形成。

最近,一维(1 d)半导体纳米材料越来越感兴趣由于其发展的重大贡献nanoscale-based电子和光电设备( 20.]。此外,nanoscale-based材料表现出独特的物理和化学性质。其中很多研究对氧化锌纳米材料由于其两个重要属性,如宽的带隙(3.37 eV)和高激子的能量(60 meV)。已经使用了各种方法(1 d)的合成氧化锌纳米结构包括水热方法( 21),化学汽相淀积(CVD) ( 22),vapor-liquid-solid (VLS)过程( 23),和基于模板的方法 24]。纳米结构的调整已明显影响工作性能的增加许多电子设备如短波长激光器( 25),gratzel-type太阳能电池( 26),和化学传感器 27];因此更多的关注改善纳米结构对齐,尤其是在纳米棒和纳米线。单个水晶氧化锌纳米棒已经准备在蓝宝石基板上垂直地由VLS [ 23)和CVD技术( 22, 28]。然而,这些技术遵循复杂过程,复杂的工具和高温。已经采取了许多努力来控制氧化锌纳米结构的尺寸和形状由于电子和光学性质都是依赖于尺寸和维度( 29日]。一维纳米结构依然重要的纳米光子应用,如发光二极管、光波导,nanolasers [ 30.- - - - - - 35)和传感器的应用程序包括气体传感器( 36, 37和化学和生物传感器 27, 38]。高的纳米结构表面体积比率更重要领域的传感器和在这些纳米结构的氧化锌;纳米化学领域的广泛应用,若由于其高的表面体积比( 39- - - - - - 44]。水热方法越来越受研究者的欢迎(1 d)氧化锌纳米结构的生长与特殊形态由于气温低增长,便宜,快速,简单,密度增长,ascendible方法。纳米结构的优势来检测低浓度的分析物与高灵敏度小卷。

在这个工作中,无籽氧化锌纳米棒在泡沫镍衬底生长在3 d。此外,trans-dinitro-dibenzo-18-6冠醚选择性铁(III)的功能化离子离子载体用于无核生长氧化锌纳米棒在泡沫镍衬底3 d。目前铁传感器电极表现出良好的线性,选择性、灵敏度、响应时间快、和高稳定性。

 2。材料和实验 2.1。材料

二水醋酸锌锌(CH3首席运营官)2h·22啊,25%氨(NH3),六水合硝酸铁(Fe(没有3)3h·62O,硝酸钾(先3)、四氢呋喃(四氢呋喃),选择性铁(III)离子载体trans-dinitro-dibenzo-18-6冠醚,聚氯乙烯(PVC)、2-nitopentylphenyl醚作为增塑剂(NPPE),四丁基铵tetraphenylborate (TBATPB)电导率增加者从西格玛奥德里奇购买,瑞典。泡沫镍是购自剑桥好人有限,英格兰。泡沫镍的厚度和多孔尺寸(厚度:1.6毫米,毛孔/厘米:20和孔隙度为95%),分别为。所有其他化学试剂均为分析纯。分析物的浓度都准备在去离子水。

 2.2。无籽氧化锌纳米棒的制备泡沫镍衬底

无籽氧化锌纳米棒组装在泡沫镍使用醋酸锌二水合物(锌(CH3首席运营官)2h·22O)和25%的氨溶液的解决方案( 45]。前经济增长过程中,泡沫镍基板用在超声波浴用乙醇溶液为20分钟,然后用去离子水清洗,干空气。干泡沫镍基板固定在聚四氟乙烯样品持有人和保存在二水醋酸锌0.1米和0.1米的混合物氨的解决方案。然后,增长的解决方案包含泡沫镍基板放置在烤箱在93°C 5到7个小时。完成后时间增长,氧化锌纳米结构生长泡沫镍基板与去离子水清洗以去除固体残渣颗粒,然后样品基质干在烤箱80°C 30分钟。这之后,无核生长氧化锌纳米棒的特征是场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、x射线衍射(XRD)。

 2.3。功能化的无核生长氧化锌纳米棒在3 d在泡沫镍铁(III)离子离子载体选择性

无核生长氧化锌纳米棒是携带膜解决方案包括以下成分:2% trans-dinitro-dibenzo-18-6冠醚,63% 2-nitopentylphenyl醚作为增塑剂(NPPE), 29%聚氯乙烯,2%四丁基铵tetraphenylborate (TBATPB)在5毫升的四氢呋喃( 46]。工作电极的大小是2×0.5厘米2。基于无核生长氧化锌纳米棒的铁传感器电极浸泡在这种膜解决方案5分钟,然后在空气中干燥室温1小时。功能化电极的留在冰箱隔夜在4°C的实验。

 2.4。电位响应测量

的潜在反应functionalised无核生长氧化锌纳米棒在泡沫镍的3 d测量使用酸度计模型744年和2400年吉时利电子仪器测量的应用提出了传感器电极的响应时间25°C。细胞组装由二电极系统;functionalised无核生长氧化锌纳米棒对泡沫镍作为工作电极和银/氯化银参比电极(Ag) / AgCl)。

 3所示。结果与讨论 3.1。描述的无核生长氧化锌纳米棒在3 d镍泡沫

数据 1(一)和 1 (b)指对图像低放大率和高放大倍数的无核生长氧化锌纳米棒生长在泡沫镍上。从图可以推断出来 1(一)对镍基板的弯曲地区生长氧化锌纳米棒的对齐是改变。但图 1 (b)表明生长氧化锌纳米棒高度致密,均匀,垂直对齐,垂直于泡沫镍衬底的平坦区域。无核生长氧化锌纳米棒的直径测量约为100纳米到200纳米。的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)无核生长氧化锌纳米棒图所示 2(a)。本研究表明生长氧化锌纳米棒具有高结晶度与晶格间距为0.26 nm,代表的(002)晶面的氧化锌晶格。在图 2(b),一个典型的选区电子衍射(SAED)模式显示为无核生长氧化锌纳米棒。旁边(HRTEM)分析,(SAED)观察描述,氧化锌纳米棒的生长是沿着[ 010年 )方向,可以列出氧化锌纳米棒的纤锌矿结构如图 2(c), x射线衍射研究表明,出现峰值的JCPDS没有密切相关。36 - 1451,无核生长氧化锌纳米棒表现出六角晶体结构。通过比较与标准模式,(002)面峰值出现高强度比(100)面在当下XRD模式如图 3。这些结果表明,经济增长的模式是沿着(001)轴。

的氧化锌纳米棒的(FESEM)图像。

(HRTEM)图像。

(XRD)分析合成氧化锌纳米棒。

 3.2。使用无核生长氧化锌纳米棒在3 d的泡沫镍铁(III)离子的检测

基于功能化无核生长的氧化锌纳米棒电极传感器用于检测铁(III)从硝酸铁离子电解溶液。发达铁离子传感器的传感机理在泡沫镍上使用氧化锌纳米棒通过示意图如图描述 4。工作电极包括泡沫镍、氧化锌纳米棒和选择性的涂料铁(III)离子载体膜纳米棒。分析物的解决方案是调整后的离子强度硝酸钾的使用。选择分析物浓度的实验范围从0.001毫米到100毫米,准备在去离子水和所有解决方案。功能化无核生长的氧化锌纳米棒在泡沫镍检测广泛的铁(III)离子浓度与出色的线性度。目前传感器电极的线性范围从0.005毫米至100毫米的敏感性41 mV /十年,和提出了传感器电极探测到0.001毫米的铁离子浓度,但超出了线性范围如图 5。大范围检测的灵敏度高、铁(III)离子浓度的离子选择性电极可以归因于氧化锌纳米棒在泡沫镍的3 d增长提供最大表面选择性铁(III)离子载体的附件。由于这个事实发生快速的肤色在铁(III)离子和铁(III)选择性离子载体。此外,泡沫镍在本质上是多孔的,帮助在3 d和氧化锌纳米棒的生长还提供大型表面的离子载体分子进一步暴露高铁离子捕获的联系。因此,高灵敏度、低检测极限获得了发达铁离子传感器上使用氧化锌纳米镍泡沫。

的原理图制作铁(III)离子传感器。

校准曲线的EMF和日志的铁离子浓度。

 3.3。工作性能的铁(III)传感器电极基于Functionalised无核生长氧化锌纳米棒在3 d镍泡沫

重复性的传感器电极描述段时间其潜在可重用性。在这项研究中,相同的离子选择性电极测试连续三天,在这三个实验传感器电极表现出几乎相同的反应浓度的检测范围,如图 6。

校准提出了铁离子传感器的重复性。

离子选择性电极的重现性是重要的观察比较相似的响应到另一个电极准备在相似的条件下。在这部分实验中,六个独立传感器电极制作和functionalised选择性铁(III)离子离子载体和测试到5毫米电解溶液。传感器电极显示良好的再现性标准偏差小于5%,如图 7。

再现性反应不同的独立的铁离子传感器电极。

离子选择性电极的选择性脊柱参数定义特征的常见干扰物的存在。观察到,在使用functionalised无核生长氧化锌纳米传感器电极的解决方案不同的金属,mono和二价阳离子的离子,如钠、钾、钙、镁、锌、镍、钴、银、铜离子,该传感器电极高度选择性离子对铁(III)和显示了微不足道的应对这些常见的干扰物。

传感器电极的保质期取决于储存条件提供传感器电极。之前和之后的每个传感器测量电极保持在4°C和用于超过3周。这是观察到传感器电极保持着良好的贮存稳定性,同样的敏感性,这段时间的可重用性。

除了其他特性,提出了铁(III)离子传感器电极显示快速输出电压对时间的反应。拟议中的铁(III)离子传感器表现出快速响应时间的10年代,和传感器电极显示高度暴露之间的电化学信号传输速度快氧化锌纳米棒在泡沫镍和铁(III)的分析物离子解决方案如图 8。

响应时间的铁离子传感器基于无核氧化锌纳米棒。

 3.4。pH值对铁离子的电化学响应的影响传感器基于无核氧化锌纳米镍泡沫

描述工作的pH值范围的铁离子传感器电极,一系列的pH值范围从3 - 12选择如图 9。pH值调整通过添加0.1 M盐酸和氢氧化钠,分别。可以看出传感器电极表现出几乎恒定的电化学反应pH值的范围从5 - 12,这描述了潜在的可用性传感器的广泛的pH值。

pH值对输出响应的影响,提出了铁离子传感器。

 4所示。结论

在这项研究中,高度垂直于衬底无籽氧化锌纳米棒生长在3 d在泡沫镍和functionalised选择性铁(III)离子离子载体。无核生长氧化锌纳米棒生长在泡沫镍被FESEM特征,介绍,和XRD技术。传感器电极基于这些functionalised无核生长氧化锌纳米棒在泡沫镍检测广泛的铁(III)离子浓度有很好的敏感性41 mV /十年和10年代表现出快速响应时间。这些特性,提出了铁(III)离子传感器电极显示更好的重复性、再现性和贮存稳定性。所有结果的可用性提供了明确的证据证明现在的铁离子传感器的铁离子电极测定血液样本,临床、环境、和其他含铁样品。

 利益冲突

作者没有任何利益冲突和西格玛奥德里奇,瑞典,因为这只是一个化学品供应商,amountis瑞典林雪平大学支付这些化学物质。此外,所有作者同意提交论文。

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