一种用于化学毒剂标记物检测的电化学传感手套制备方法

本发明涉及化学毒剂标记物的检测，特别涉及一种用于化学毒剂标记物检测的电化学传感手套制备方法。

背景技术：

1、化学战剂(cwas)的特点是毒性高，起作用快，有可能引起全身中毒。cwas问题对国际和平与安全造成的威胁引起了严重关注，因为它们行动迅速、具有强大的毒性和广泛的破坏性潜力。典型的化学战剂分为两类：神经毒剂，包括沙林(gb)、索曼(gd)、vx，以及芥子气(hd)，如hd神经毒气在水环境中可水解，形成甲基磷酸乙酯(empa)和甲基磷酸异丙酯(impa)。芥子气(hd)作为有毒发泡剂可以生成硫二甘醇(tdg)。empa、impa或tdg等化合物被认为是环境标记物，可用于追踪是否故意或意外使用过化学战剂。

2、开发一种简单、快速、准确的检测环境中微量化学战剂水平的方法是至关重要的。在过去的几十年中，建立了多种用于化学战剂检测的方法，如气相色谱-质谱(gc-ms)、液相色谱-质谱(lc-ms)、质谱成像和表面增强拉曼光谱。然而，昂贵的仪器或专业人员限制了的应用。因此，开发成本效益高、用户友好和实用的野外检测方法，以在现实环境中识别化学战剂，对军事和民用来说是紧迫的。

3、电化学检测用于确定物质在电极表面的电化学活性和反应特性，通过观察电流、电压或阻抗的变化来实现对物质的检测。电化学技术因其灵敏度高、选择性好、操作简单、成本低等优点而备受关注。电化学检测可以实现现场的实时检测。cwas的水解产物具有较高的化学稳定性，难以参与电化学氧化还原反应。因此，它们通常表现出有限的电化学活性，这往往导致低选择性、低灵敏度和重现性。改性电极的应用解决了这一问题。然而，电极修饰仍存在材料成本高、制备工艺复杂、稳定性不足等挑战。因此，人们一直在研究能够提供良好传感性能以及电化学传感器灵敏度的催化材料。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明合成了对cwas的水解产物(empa,impa和tdg)具有高灵敏度和选择性响应的cu-btc及au@cu-btc电极修饰材料，以以上材料为核心构建丝网印刷电极(spe)电化学传感手套，实现对cwas标记物的快速、灵敏检测。与传统技术相比，该检测方法更加简单、快速，检测灵敏度低，可以实现野外现场检测。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、步骤1：cu-btc及au@cu-btc电极修饰材料的制备

4、(1)cu-btc的制备

5、称取三水合硝酸铜(cu(no3)2·3h2o)溶于在乙醇溶液中，然后依次加入乙酸和三甲胺，搅拌均匀。然后，向溶液中加入均苯三甲酸(h3btc)，搅拌均匀，转移到聚四氟乙烯衬里的高压反应釜中。持续加热并保温一段时间后，自然冷却至室温，离心分离，乙醇洗涤数次。

6、(2)金纳米颗粒(aunps)的制备

7、为了得到aunps水溶液，用交流电驱动的低温等离子体处理四氯金酸(haucl4)和柠檬酸钠的混合水溶液。等离子体射流放置在溶液上方。等离子体射流采用针环电极结构作为高压电极。石英管表面缠绕铜条作为接地电极。等离子处理一段时间后，溶液的颜色由浅黄色逐渐变为粉红色，即可制得au纳米颗粒。

8、(3)au@cu-btc的制备

9、将cu-btc和聚乙烯吡咯烷酮(pvp)溶解于乙醇溶液中，然后在搅拌过程中加入制备好的aunps。将混合物在室温下剧烈搅拌。然后样品经过离心洗涤，制得au@cu-btc。

10、步骤2：基于cu-btc及au@cu-btc的spe制备

11、(1)将丝网印刷电极浸在硫酸溶液中，进行循环伏安扫描，之后用超纯水清洗,干燥，得到活化的丝网印刷电极。

12、(2)在上述电极表面加入cu-btc及au@cu-btc悬浮液，室温干燥，得到cu-btc/spe和au@cu-btc/spe电极。

13、步骤3：spe电化学传感手套的制备

14、将步骤2中获得的cu-btc/spe和au@cu-btc/spe电极与防护手套相结合，制备传感手套。将cu-btc/spe负载于食指上，形成if/cu-btc/spe，应用于empa检测；将cu-btc/spe负载于中指上，形成mf/cu-btc/spe，用于impa检测，将au@cu-btc/spe负载于无名指上，形成rf/au@cu-btc/spe，用于tdg检测。

15、步骤4：spe电化学传感手套性能测试

16、(1)将磷酸缓冲盐溶液(pbs)和不同浓度的empa，impa和tdg溶液滴加到步骤2制备的丝网印刷电极表面上。

17、(2)采用循环伏安法对所述电极进行活化稳定。

18、(3)对滴加pbs缓冲液的丝网印刷电极进行差分脉冲伏安法(dpv)测量，记录其响应电流为记为i0。

19、(4)对滴加不同浓度empa的丝网印刷电极测量dpv电流变化，并记录电流响应。最后以电流变化作为纵坐标，以empa浓度作为横坐标，扫描电压为-0.6～0.6v,绘制出标准曲线，并计算检测限(lod)。

20、(5)对滴加不同浓度impa的丝网印刷电极测量dpv电流变化，并记录电流响应。最后以电流变化作为纵坐标，以impa浓度作为横坐标，绘制出标准曲线,并计算检测限(lod)。

21、(6)对滴加不同浓度tdg的丝网印刷电极测量dpv电流变化，并记录电流响应。最后以电流变化作为纵坐标，以tdg浓度作为横坐标，绘制出标准曲线,并计算检测限(lod)。

22、作为本发明再进一步的方案：步骤1中乙醇溶液体积可选范围为100～120ml，三水合硝酸铜质量优选范围为1.0g～4.35g，乙酸优选体积为6～10ml，三甲胺体积优选范围为5.0～10ml，均苯三甲酸质量优选范围为2.10～4.50g。

23、作为本发明再进一步的方案：步骤1中搅拌时间优选0.5h，

24、作为本发明再进一步的方案：步骤1于加热温度优选100℃，保温时间范围优选为12～24h。

25、作为本发明再进一步的方案：步骤1中haucl4和柠檬酸钠的混合比例为1:5～1:10，等离子体射流放置在溶液上方1～3cm处，高压电极空心不锈钢管内径1.5mm，壁厚0.1mm，长度150mm。铜条宽度为10mm、厚度为180μm，等离子体处理时间为30～90s。

26、作为本发明再进一步的方案：步骤1中cu-btc和聚乙烯吡咯烷酮的混合比例为1:10，溶解于体积为50～100ml乙醇溶液中，加入0.1～1g aunps。将混合物剧烈搅拌1～2h。

27、作为本发明再进一步的方案：步骤1中，离心转速为8000～10000rpm，时间为5～10分钟。

28、作为本发明再进一步的方案：步骤2中硫酸溶液的质量分数为1％～5％，循环伏安扫描电压为-1v～1v。

29、作为本发明再进一步的方案：步骤2中加入1～100μl的5mg/ml cu-btc及au@cu-btc悬浮液。

30、作为本发明再进一步的方案：步骤3中磷酸缓冲盐溶液的ph值为6，empa，impa和tdg溶液浓度为1ng/ml～100μg/ml。

31、作为本发明再进一步的方案：步骤3中循环伏安法扫描电压范围为-1v～1v,扫描速度为20mv/s～50mv/s,扫描圈数为5～10圈。

32、作为本发明再进一步的方案：步骤3中差分脉冲伏安法的扫描电压为-0.6～0.6v，扫描速率为0.005v s-1，脉冲幅度为0.05v，采样宽度为0.05s，脉冲周期为0.5s，灵敏度为1.0×10 -3a v-1。

33、本发明的有益效果为：

34、1.本发明构建cu-btc层状金属有机框架材料具有比表面积大、表面反应活性强、电子转移能力强、易于功能化和复合等特点，能够有效改善和提高电化学传感器的性能，可以有效地提高其电子特性和电导率，cu-btc材料可以通过改变cu2+和有机配体来调节其物理化学性质，使其具有多功能。cu具有优异的导电性，有利于电信号的传递。并且cu2+对p＝o具有很强的亲和力，cu-btc用于有机磷化合物的电化学传感，提高了电化学检测的灵敏度。能够实现快速、可靠的empa和impa的检测。

35、2.将aunps和cu-btc mof材料相结合修饰丝网印刷电极表面，不仅可以提高电极表明导电性能，增强电子转移,有效放大检测信号，而且au还可与tdg中的s元素形成au-s键，实现对tdg的电化学检测。

36、3.将修饰后的丝网印刷电极与防护性手套相结合，可以实现防护与检测一体化，实现在含有化学毒剂的复杂环境下快速，便捷，灵敏及低成本的对神经毒剂水解产物empa和impa以及芥子气水解产物tdg进行检测。