选择性(I)铊离子传感器基于Functionalised氧化锌纳米棒

文摘

控制在长度和高度一致的氧化锌纳米棒生长在水热生长的金色涂布玻璃衬底的方法。氧化锌纳米棒与选择性functionalised铊(I)离子离子载体dibenzyldiaza-18-crown-6 (DBzDA18C6)。铊离子传感器显示宽线性电位响应(I)铊离子浓度(M米)高灵敏度为36.87±1.49 mV /十年。此外,铊离子(I)演示了快速响应时间小于5 s,选择性高、重现性、贮存稳定性,微不足道的应对常见的干扰物。拟议中的铊(I) ion-sensor电极也作为指示电极电位滴定,它展示了良好的化学反应(I)铊离子的测定。

1。介绍

当锌、镉和铅金属是由煤的燃烧,在这铊(Tl^{+ 1})一种有毒的金属离子渗透到大气中作为主要废品(1]。铊是危险时所有人与环境接触很短的时间,铊离子的数量太多,而且由于他们会患有胃肠恶化以及神经问题[2]。铊中铊的两个原子的化合物(I)存在非常有毒,如硫酸铊(Tl₂所以₄),甚至包含单原子的化合物铊醋酸铊(CH₃COOTl)和碳酸铊(Tl₂有限公司₃)。此外,铊(I)离子有能力取代K^{+ 1}在激励等一些重要的酶腺苷三磷酸酶和丙酮酸激酶(3]。铊(我)是无毒的,当其浓度很低(0.5毫克/ 100克的组织4]。如果铊(我)离子浓度在人体内存在于长期过剩,这结果带来的血液成分的变化,损害肝、肾、肠、睾丸组织,并导致脱发5]。因为有毒的影响(I)铊离子及其不同的化合物,它是高度需要测量(I)铊离子的浓度在真正的生物和环境样品。有许多方法已被用于测定铊(I)离子如分光光度测量、石墨炉原子吸收光谱测定,火焰原子吸收光谱测定(FAAS)之后提取(6,7),分别inductive-coupled等离子质谱(icp)、伏安法,电位的方法。有许多有利的等电位技术廉价、简单、准确、易于处理的生物样本。这种技术的高度是躺在它使用离子选择性电极,主要用于金属阳离子的测定(8]。没有那么多工作在文献中报道的测定铊(I)离子,由于缺乏与膜电极的选择性1一组金属阳离子的存在,线性,电阻测试解决方案的pH值的变化。然而,不同的冠醚作为选择性铊(I)离子载体在离子选择性电极的发展,但许多人低铊离子浓度的检测范围(1×10⁻⁵1×10⁻¹米)。这些离子选择性电极基于冠醚也面临大问题在建设和很少检测痕量铊离子(I) (9]。

今天,研究人员越来越关注纳米材料- / nanostructure-based电化学传感器。氧化锌纳米材料是众所周知的在其他纳米材料因其有价值的应用程序领域的生物传感器和化学传感器由于其高的表面积与体积比。

此外,氧化锌具有较强的离子键特征(60%)和提供更多的抗溶解生物pH值。有很多方法可以利用氧化锌纳米结构在电化学领域若流程因为其易于功能化与选择性膜/酶。ZnO-nanostructure-based纳米传感器有许多独特的性质,这些纳米传感器具有体积小和高表面积与体积比例导致强烈的信号,和更高的催化性能,并允许通过传感器进行检测以电解的快速流动,从而显示良好的灵敏度和较低的检测极限(LOD)和传感器基于氧化锌。

由于氧化锌纳米棒的高表面积与体积比,这些都是潜在的候选人更敏感nanochemical传感器(10,11]。氧化锌纳米棒是n型半导体和电子运输取决于吸附/解吸现象的化学物质附着在表面(12- - - - - -17]。有许多一维(1 d)氧化锌纳米结构,如纳米棒,纳米线,纳米nanowalls,纳米管,其中,通过不同的增长已合成方法和基于这些纳米nanodevices像电力场效应开关18),单电子晶体管(19),生物和化学传感(20.),和发光21已报告的)等。氧化锌晶体结构的四面体(锌锌^{2 +})和氧化(O²⁻)离子定期安排的c设在(18),有两个相反的晶体极性飞机与不同表面弛豫的能量。的原因,主要是氧化锌纳米结构的生长增加沿c设在。带正电的锌-(0001)和带负电荷的O (0001⁻一起)离子具有极性表面,永久偶极矩,和高极化c设在。大小的生物和化学物质,被感觉到,对氧化锌纳米棒的直径几乎是一样,也就是说,氧化锌纳米棒是好传感器生成强大的电子信号。

在这项研究中,我们已经制造金色涂布玻璃衬底上的氧化锌纳米棒和functionalised dibenzyldiaza-18-crown-6 (DBzDA18C6)是高度选择性的离子载体(I)铊离子的检测。拟议中的铊(I)离子传感器基于functionalised氧化锌纳米棒显示良好的线性行为的广泛铊离子浓度(1×10⁻⁷5×10⁻²米)和提供微不足道的响应对碱金属离子和其他常见重金属干扰物。

2。实验部分

2.1。材料

六水合硝酸锌(锌(没有₃)₂h·6₂O), hexamethylenetetramine (C₆H₁₂N₄),etthylenediaminetetraacetic酸(EDTA),邻苯二甲酸二丁酯(菲律宾),o-nitrophenyl辛基醚(o-NPOE),乙酸苄酯(BA)、四氢呋喃(四氢呋喃),高分子量聚氯化乙烯(PVC),选择性铊(I)离子离子载体dibenzyldiaza-18-crown-6 (DBzDA18C6),硝酸铊(TlNO₃),四苯硼酸钠(NaTPB),和所有其他干扰金属阳离子盐从西格玛奥德里奇瑞典购买。测试的pH值控制的解决方案是使用1×10⁻¹M盐酸和1×10⁻¹M氢氧化钠。所有其他化学物质被使用为分析纯。

2.2。纳米氧化锌的制备和合成作用

玻璃基板的制造过程和生长的氧化锌纳米棒所述:玻璃基板用异丙醇洗净,用超声波浴中10分钟。然后,这些被去离子水清洗和干燥的氮气。之后,这些玻璃基板上的真空室蒸发器满意(CR 725)和10纳米薄膜的铬(CR)蒸发然后紧随其后的100纳米厚层金(Au)。氧化锌纳米棒的生长如下:首先,这些金色涂布玻璃基板被氮气干燥和水清洗,然后一个简单的水热生长法是用于氧化锌纳米棒的生长22]。均匀的种子层二水醋酸锌的生产这些玻璃基板通过使用2500 r.p.m旋转涂布技术。25秒,然后基板退火入预热烤箱烘焙20分钟在120°C。最后,这些基质被困在聚四氟乙烯样品持有人,放入锌(没有的克分子数相等的水溶液₃)₂h·6₂O和C₆H₁₂N₄,然后,放入烤箱6到8小时96°C。增长时间完工时,基板与去离子水清洗以去除颗粒和固体残渣干燥的氮气。之后,生长氧化锌纳米结构的形态学研究的场发射扫描电镜(FESEM),我们观察到生长氧化锌纳米棒都高度一致,长度控制如图1。

2.3。氧化锌纳米棒的功能化与选择性铊离子离子载体(我)

功能化的氧化锌纳米棒,我们使用不同数量的离子载体,PVC、各种增塑剂,如菲律宾、o-NPOE,英航,添加剂NaTPB 3毫升的四氢呋喃。优化后,我们发现8毫克DBzDA18C6, 170毫克的PVC、60毫克o-NPOE,和1毫克NaTPB显示最好的结果对于灵敏度、选择性、探测范围(I)铊离子浓度,等等。氧化锌纳米棒生长在金色涂布玻璃衬底与这functionalised离子载体解决方案3 - 5分钟,干12个小时,保持在4°C不使用的时候。(I)铊离子传感器被用作工作电极与Ag / AgCl作为参比电极的电位测量铊(I)离子的浓度范围1×10⁻⁷5×10 M⁻²M。每个铊的输出响应(I)浓度的解决方案是用酸度计(型号744瑞士万通)。铊的时间响应(I) ion-sensor电极用电子仪器测量吉时利2400。

3所示。结果和讨论

3.1。的输出响应铊(I)基于功能化Ion-Sensor电极氧化锌纳米棒

铊的电化学表示(I) ion-sensor电极由以下方式:

ion-sensor电极的响应时间主要取决于被测电解质的浓度和离子数量的检测分析物的变化在测量解决方案,然后ion-sensor电极的输出响应也会改变。在实验中,当铊(I)离子传感器电极采用1×10⁻⁷1×10⁻¹M硝酸铊的解决方案,我们已经观察到离子传感器5×10反应很好⁻²米,但在5×10⁻²M浓度、离子传感器是传感铊(I)输出电压较低的饱和限制提出ion-sensor电极。铊离子传感器的输出响应1×10⁻⁷5×10⁻²M (I)铊离子浓度对数的校准曲线所示(I)铊离子的浓度和输出电压响应图2。从图2,它可以观察到,该离子传感器反应根据能斯特方程整个浓度范围。

(我)铊离子传感器显示良好的线性动态浓度1×10⁻⁷5×10⁻²M铊离子和更好的敏感性有关mV /十年回归系数。拟议中的铊离子传感器的优点基于functionalised氧化锌纳米棒与DBzDA18C6较低的检出限1×10⁻⁷M铊离子的浓度和快速的响应时间小于5秒,这是比以前的工作基于相同的离子载体用于铊离子的检测23]。这些结果的线性度,降低检测极限,敏感性,和快速的响应时间的选择性铊离子传感器支持使用它的检测痕量铊离子的生物和环境样品。

3.2。铊离子浓度的影响的响应时间(I)铊Ion-Sensor电极

在这项研究中,我们调查了铊离子传感器的响应时间取决于铊离子的离子浓度测试的解决方案。我们测试了ion-sensor电极到每个浓度,发现传感器显示约1×10 15秒响应时间⁻⁷M铊离子浓度和1×10⁻²M铊离子浓度的响应时间小于5 s,如图3。然而,对于更高的浓度,观察到的响应时间也少于5 s。这很可能是因为快速复杂反应动力学铊离子与离子载体functionalised氧化锌纳米棒(9]。

3.3。pH值的影响和干扰离子的输出响应铊离子先生

分析物的pH值的解决方案也影响ion-sensor电极的反应,我们有检查这影响1×10⁻³M铊离子溶液的pH值范围3 - 12,如图4。可以推断的pH值校准曲线,发现铊离子传感器的反应几乎相同的pH值范围4到10,但高于pH值10,输出电压的反应降低,因为羟基(OH的结果⁻¹)离子。pH值低于4,降序输出响应也观察到由于两个原因,首先,氧化锌纳米棒非常敏感,高酸性介质,开始融于测试解决方案(24),另一个可能的原因可能是冠醚可以作为基础,接受质子,让肤色更少的机会和铊离子(25]。评价一个传感器的性能,选择是我们观察到的基本参数和选择性在两个不同的实验。在第一个实验中,我们采用混合方法和测试铊ion-sensor电极的铊离子1×10⁻⁴M方案的干扰离子浓度范围1×10⁻⁷5×10⁻¹米之外的一毫升的干扰离子。我们发现没有明显干扰离子对输出响应的影响的铊离子传感器,如图5。对确认的影响干扰离子的数量更高,我们增加了干扰离子的数量从1毫升3毫升,但我们发现传感器电极反应一样1毫升的干扰离子。在另一个实验中,我们使用了分离选择性系数的确定方法,我们测试了铊ion-sensor电极1×10⁻⁴M铊离子解决方案,分别为1×10⁻⁴米每个干扰离子的溶液。每个干扰离子的选择性系数常数计算表1。实验过程中观察到,拟议中的铊ion-sensor电极表现出良好的选择性的干扰离子。

3.4。再现性和耐久性的研究提出了铊(I)离子传感器

本研究的目的是检查一个传感器的输出响应另一个传感器。我们functionalised五个独立传感器电极基于氧化锌纳米棒和测试到1×10⁻⁴M (I)铊离子溶液,观察,每个铊ion-sensor电极表现出了良好的再现性输出响应与相对标准偏差小于3%,如图6。为了研究铊的生活时间(I) ion-sensor电极,我们定期测试铊ion-sensor电极约4周。我们发现铊ion-sensor电极保持其探测范围、灵敏度、重复性,我们能斯特的行为后4周,除了在第一周,探测范围从1×10⁻⁷1×10⁻⁶如表所示2。探测距离的降低可能是由于轻微的超然functionalised氧化锌纳米棒表面的离子载体和通道的时间

3.5。拟议中的铊离子传感器的应用

本研究的目的是找出目前离子传感器的实际应用,为此我们使用ion-sensor电极作指示电极的电位滴定(I)铊离子在室温条件下。我们劝劝滴定的离子传感器电极18毫升的2×10⁻³M铊离子溶液对5×10⁻²M EDTA溶液如图7。滴定曲线显示良好的化学计量关系的铊离子测定未知样品,由于这些证据铊ion-ssensor电极基于functionalised氧化锌纳米棒可以作为指示电极。pH值在实验和离子强度没有调整。

4所示。结论

在目前的工作,我们已经建立了一个(I)铊离子选择性电极与DBzDA18C6基于功能化氧化锌纳米棒的。提出了离子传感器为1×10展示了良好的线性⁻⁷5×10 M⁻²M铊离子浓度,对常见的干扰离子选择性高,敏感性好mV /十年、再现性和稳定性三个多星期,和快速的响应时间小于5 s。对于实际应用来说,铊离子传感器电极作为指示电极在电位滴定和传感器电极显示更好的stochiometric关系测定铊离子。所有结果表明目前铊离子传感器可以用于跟踪数量的铊离子的测定环境和生物样品。

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