3A-Amino-3A-Desoxy-(2AS, 3AS)-β-Cyclodextrinhydrat/Zinndisulfid-modifizierte siebgedruckte Kohlenstoffelektrode für die Elektrochemie Nachweis von polychlorierten Biphenylen

Einführung

In jüngster Zeit sind Studien zur Entfernung persistenter organischer Schadstoffe (POPs) aus der Umwelt und zum Schutz der globalen Umwelt von Bedeutung [1]. Polychlorierte Biphenyle (PCBs) sind allgegenwärtige Schadstoffe, die in der Umwelt weit verbreitet sind [2] und aufgrund ihrer hervorragenden chemischen Eigenschaften, physikalischen Eigenschaften [3], ihrer fehlenden Brennbarkeit, thermischen Stabilität und dielektrischen Eigenschaften in verschiedenen Industriezweigen weit verbreitet sind . Darüber hinaus werden PCBs in verschiedenen Industriezweigen als Isolierflüssigkeiten und Kühlmittel in Elektrowerkzeugen in Kraftwerken und großen Gebäuden eingesetzt [4,5,6]. Seit den 1970er Jahren ist die Produktion und kommerzielle Nutzung von PCB in einigen Ländern wegen ihrer Bioakkumulation, Umweltpersistenz und starken Toxizität verboten [1]. In verschiedenen Produkten wie wärmeleitenden Flüssigkeiten und Kondensatoren findet sich jedoch ein Überschuss an PCB [3]. Der Handelsname des untersuchten PCB-Gemischs ist Aroclor, das von Monsanto Chemical Company in den USA hergestellt wird. Darüber hinaus enthält die Aroclor PCB-Mischung über 100 verschiedene spezifische PCB-Kongenere. Umgekehrt kann die häufige Verwendung von PCB weltweit einige Probleme im Boden, in Gewässern, in der Luft und sogar im menschlichen Körper verursachen [7, 8]. Darüber hinaus kann die Persistenz von PCB in der Umwelt negative Auswirkungen auf die Gesundheit von Mensch und Tier haben. Daher ist die Verbesserung von PCB-Detektionsmethoden im globalen Umfeld äußerst wichtig. Heute werden zum Nachweis von PCB traditionelle Methoden wie Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC/MS) und Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) [9,10,11] verwendet. Dennoch haben diese Methoden einige Nachteile, nämlich den Bedarf an qualifiziertem Personal, hohe Kosten, hoher Zeitaufwand sowie Schwierigkeit und Komplexität der Probenvorbereitung [12, 13]. Daher erfordert die Mengenkontrolle von PCBs kostengünstige, schnelle Techniken und ein Analysesystem vor Ort. Elektrochemische Methoden wurden aufgrund ihrer Vorteile, wie der einfachen Miniaturisierung, der einfachen Instrumentierung, der guten quantitativen Bestimmung, der schnellen Reaktionszeit und der hohen Selektivität und Empfindlichkeit, in verschiedenen potentiellen Anwendungen und Umweltuntersuchungen verwendet. Bisher wurde nur über eine begrenzte Anzahl von Artikeln berichtet, die auf der elektrochemischen Bestimmung von PCB basieren [14]. Außerdem hat die unmodifizierte Elektrode eine niedrige Elektronentransferrate und eine schlechte Leitfähigkeit. Daher ist die Modifikation mit nanostrukturierten oder andersartigen Materialien von Bedeutung. Als Ergebnis wurde das 3A-Amino-3A-desoxy-(2AS,3AS)-β-cyclodextrin mit Zinndisulfid zur Herstellung auf Siebdruck-Kohlenstoffelektroden (SPCE) (β-CD/SnS₂ /SPCE).

Cyclodextrin (CD) ist ein gebräuchlicher Begriff für zyklische Oligosaccharide, die aus fünf oder mehr Glucopyranosemolekülen klassifiziert werden. Mit fünf Monomeren polymerisierte CD kommt in der Natur nicht vor. Im Allgemeinen werden die natürlichen CDs als α-CD, β-CD und γ-CD klassifiziert, die aus sechs, sieben und acht Glucopyranose-Einheiten bestehen. Die CD hat eine hydrophile Eigenschaft im äußeren Ring und eine hydrophobe Eigenschaft innerhalb des Rings des Moleküls. Es besitzt einen stereoskopischen konischen Hohlraum bestimmter Größe und kapselt die Moleküle in den Benzolringen ein [15]. Diese spezielle molekulare Lochstruktur ermöglicht es der CD-Kavität, sich mit einer schwach polaren Verbindung oder funktionellen Gruppe zu verbinden, um eine Wirt-Gast-Wechselwirkung zu bilden. Dann erhöht die hydrophile Außenwand der CD die Wasserlöslichkeit. Darüber hinaus sind β-CDs aufgrund ihrer kostengünstigen Herstellung und ihrer moderaten Kavitätengröße die am häufigsten verwendeten Moleküle [16]. In den letzten Jahren wurde die CD umfassend in der Pharma-, Lebensmittel- und Chemieindustrie sowie in der Landwirtschaft und Umwelttechnik eingesetzt. In dieser Arbeit wird das CD in Form von 3A-Amino-3A-desoxy-(2AS,3AS)-β-CD-Hydrat verwendet und seine Struktur ist in Abb. 1 gezeigt.

Die Struktur von 3A-Amino-3A-desoxy-(2AS,3AS)-β-CD

Zinndisulfid (SnS₂ .) ) gehört zu den IV–VI-Metalldichalkogeniden (MDCs), einem wichtigen n-Typ-Halbleiter mit einer indirekten Bandlücke von 2,2 eV [17]. Die SnS₂ als wichtiger Baustein für deren nachhaltige elektronische und optoelektronische Anwendungen entwickelt hat. Die SnS₂ hat ein geschichtetes Cadmiumdiiodid (CdI₂ ) kristalline ähnliche Struktur, die das sandwichartige Zinnatom zwischen zwei Schwefelatomen (S-Sn-S) mit kovalenten Bindungen umfasst, und die benachbarten Schwefelschichten sind durch Van-der-Waals-Anziehung miteinander verbunden [18]. Die SnS₂ Material wurde aufgrund seiner potenziellen Anwendungen, einschließlich Optoelektronik, Nanoelektronik, Lichtsammeln und Energieumwandlungsanwendungen, in großem Umfang in der Forschung verwendet [19]. Darüber hinaus ist die maximale theoretische Aktivität des SnS₂ Nanomaterial zeigt eine bessere Kompatibilität und Anwendbarkeit im elektrochemischen Sensor [20]. Dadurch wird SnS₂ Nanomaterial wurde zur Herstellung von β-CD/SnS₂ . verwendet zusammengesetzt.

In dieser Studie demonstrieren wir die Synthese von SnS₂ und die Herstellung von β-CD/SnS₂ Verbundwerkstoff. Die SnS₂ Nanomaterial wurde durch die hydrothermale Synthesemethode synthetisiert. Das 3A-Amino-3A-desoxy-(2AS,3AS)-&bgr;-CD-Hydrat wurde sequentiell durch Titration unter Verwendung einer Mikropipette auf eine Einweg-Siebdruck-Kohlenstoffelektrode (SPCE) modifiziert. 3A-Amino-3A-desoxy-(2AS,3AS)-β-CD-Hydrat (β-CD) verbesserte die Selektivität der modifizierten Elektrode. Das resultierende Material wurde durch günstige spektrophotometrische und voltammetrische Techniken untersucht. Das hergestellte β-CD/SnS₂ /SPCE wurde zum elektrochemischen Nachweis von PCBs verwendet.

Materialien und Methoden

Materialien

Thioacetamid (C₂ H₅ NS, 98%) und Zinntetrachlorid-Pentahydrat (SnCl₄ .) ·5H₂ O, Tetrachlorstannan) wurden von Alfa (USA) und Showa (Japan) bezogen. Methanol (CH₃ OH, Methylalkohol 99,9%) erhalten von J.T. Bäcker. Dinatriumhydrogenphosphat (Na₂ .) HPO_4, sec-Natriumphosphat ≥ 99%), Natriumdihydrogenphosphat (NaH₂ .) PO₄ , Mononatriumphosphat ≥ 98%), Natriumhydroxid (NaOH, Natronlauge ≥ 97%), Kaliumhexacyanoferrat(II) ((K₄ [Fe(CN)₆ ]), Kaliumferrocyanid 98,5–102,0 % und Kaliumhexacyanoferrat(III) ((K₃ [Fe(CN)₆ ]), Kaliumferricyanid < 10 μm, 99%) wurden von Sigma-Aldrich, Deutschland, erhalten. Das 3A-Amino-3A-desoxy-(2AS,3AS)-β-CD (C₄₂ H₇₁ NO₃₄ .XH₂ O, DTXSID20462166) wurde von basechem (http://www.basechem.org) und PCBs (Aroclor 1016) (C₁₂) gekauft H₇ C_l3 , zertifiziertes Referenzmaterial, 200 μg/ml in Methanol) wurde von Merck, Sigma Aldrich (Deutschland) erhalten.

Instrumente

Die oberflächenmorphologischen Eigenschaften des synthetisierten Materials werden mit Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie (hochqualitative Bildgebung und fortschrittliche analytische Mikroskopie (FE-SEM ZEISS (Sigma, Deutschland)) untersucht. Die kristalline Natur des zweidimensionalen (2D) hexagonalen SnS₂ Materialien wurden durch Röntgen-Pulverdiffraktion (XRD) sondiert und die XRD-Daten wurden durch das X’Pert3-Pulver (PANalytical/Nederland) gesammelt. Eine Pulverbeugungsanalyse liefert ein Röntgendiffraktogramm, zeigt die Phasenkonzentration (Peakflächen), vorhandene kristalline Phasen (Peakposition), Kristallgröße/-dehnung (Peakbreiten) und den amorphen Gehalt (Hintergrundbuckel). Der pH-Tester pH 510 (Eutech Instrument/UK) wurde verwendet, um den pH-Wert während des gesamten Experiments zu überwachen. Die elektrochemischen Eigenschaften und die Elektrodenkinetik verschiedener modifizierter Elektroden wurden mit CHI6114E, CH Instruments/USA, getestet. Bei Verwendung der herkömmlichen Dreielektroden diente die SPCE als Arbeitselektrode, eine Ag/AgCl- und Pt-Elektrode als Referenz- und Gegenelektrode. Der Elektrolyt enthält eine gemischte Lösung von 3 mM gelbem Blutsalz (K₄ [Fe(CN)₆ ]), 3 mM rotes Blutsalz (K₃ .) [Fe(CN)₆ ]) und 0,1 M Kaliumchlorid (KCl)-Lösung. Der Abtastbereich des angelegten Potentialfensters beträgt − 0,6 V–1,0 V und die Abtastrate beträgt 0,05 V/s.

Synthese von Zinndisulfid

Anfänglich etwa 0,351 g Zinnvorläufer SnCl₄ ·5H₂ O und 0,3 g C₂ H₅ NS wurden mit 70 ml entionisiertem Wasser gemischt. Die Lösungsmischung wurde 1 h bei Raumtemperatur gerührt. Dann wurde 1 M NaOH langsam zugegeben, um den pH-Wert der Lösung einzustellen und den pH-Wert der Lösung bei etwa 10,5 zu halten. Später wurde die gut dispergierte homogene Lösungsmischung in einen hydrothermalen Edelstahlautoklaven gegossen und in einem Ofen von 25 auf 200 °C erhitzt (Erwärmung der ersten Stufe:25 °C → 200 °C, 1 h; Erwärmung der zweiten Stufe:200 °C, 11 h). Nach dem Erhitzen wurde die Lösung auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wurde die gesammelte Lösung mehrmals durch Zentrifugation mit entionisiertem Wasser und Ethanol (6000 U/min, 30 min) gewaschen. Schließlich wurde das Zinndisulfid-Pulver in entionisiertem Wasser gelöst, in eine Abdampfschale gegossen und in einem Inkubator getrocknet.

Vorbereitung und Herstellung von β-CD/SnS₂ mit modifizierter SPCE

Zuerst wurde 1 mM β-CD-Lösung in 100 ml entionisiertem Wasser hergestellt. Andererseits 0,02 g SnS₂ in 5 ml entionisiertem Wasser gelöst und mit 2 μl des SnS₂ . titriert Lösung mit einer Mikropipette auf die Oberfläche des SPCE. Dann wurde es 10 Minuten in einem Vakuumtrockner getrocknet und fünfmal trocken titriert. Anschließend werden die 2 μL der wässrigen Lösung mit β-CD auf der Oberfläche des Nano-SnS₂ . titriert -modifiziertes SPCE und 10 min in einem Vakuumtrockner getrocknet. Das präparierte β-CD/SnS₂ mit SPCE modifiziertes Material und die Herstellung von β-CD/SnS₂ /SPCE sind in Abb. 2 dargestellt.

Die Herstellung und Herstellung von β-CD/SnS₂ /SPCE

Ergebnisse und Diskussion

Kristallstrukturanalyse von SnS₂

Die kristalline Natur des so synthetisierten SnS₂ wurde mit XRD ausgewertet. Abbildung 3 zeigt das Beugungsmuster von SnS₂ zeigte die Spitzen bei 15°, 29°, 30°, 31°, 41°, 46°, 50°, 51°, 53° und 70°, die den (001), (100), (011 .) zugeschrieben werden ), (002), (012), (003), (110), (111), (103) bzw. (113) Ebenen. Diese Ergebnisse zeigten die hexagonale Phase von SnS₂ [JCPDS (89-2358)], die Bestätigung von SnS₂ Bildung [21].

Das XRD-Muster von SnS₂

morphologische Oberflächenanalyse von SnS₂

Die Oberflächenmorphologie des SnS₂ Material wurde mit FE-REM untersucht, und die Bilder sind in Abb. 4 gezeigt. Es ist zu sehen, dass das Nanoflocken-ähnliche strukturierte SnS₂ mit der sechseckigen Form. Bei höheren Vergrößerungen (Abb. 4a) und (Abb. 4b) ist der SnS₂ hat Breiten von ungefähr 322, 298 und 220 nm.

a Die FESEM-Bilder von SnS bei verschiedenen Vergrößerungen. b Die Nanoflocken haben Breiten von ungefähr 322, 298 und 220 nm

Elektrochemische Impedanzanalyse und Wirkung der Elektrolytlösung

Die elektrochemische Impedanzanalyse wurde an drei verschiedenen modifizierten Elektroden wie blankem SPCE, SnS₂ . getestet /SPCE und β-CD/SnS₂ /SPCE und die Ergebnisse sind in Abb. 5a dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das blanke SPCE einen großen Halbkreisbereich und einen höheren Ladungsübertragungswiderstand aufweist, da das blanke SPCE die geringere Leitfähigkeit hat. Dann SnS₂ -modifiziertes SPCE hat aufgrund der Materialmodifikation von SPCE einen niedrigsten Ladungsübertragungswiderstand als das bloße SPCE. Darüber hinaus ist das β-CD/SnS₂ /SPCE weist im Vergleich zu anderen Elektroden eine schnelle Elektronentransferrate und eine hohe Leitfähigkeit auf. Daher ist das hergestellte β-CD/SnS₂ /SPCE wird für die weitere elektrochemische Anwendung verwendet.

a EIS-Spektren verschiedener modifizierter Elektroden:blanke SPCE, SnS₂ /SPCE und β-CD/SnS₂ /SPCE. b β-CD/SnS₂ /SPCE-modifizierte Elektrode in PBS (pH = 7,4) (schwarz) und 3 mM gelbem Blutsalz, 3 mM rotem Blutsalz, 0,1 M KCl-Lösung (rot) in der Mischlösung von 80 μM PCB Aroclor (1016)

Die Arbeitselektrode β-CD/SnS₂ /SPCE wurde in zwei verschiedenen Elektrolyttypen getestet:Elektrolyt (1):10 mM Konzentration von phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS), pH = 7,4; und Elektrolyt (2):3 mM gelbes Blutsalz, 3 mM rotes Blutsalz, 0,1 M Kaliumchlorid (KCl). Diese beiden Elektrolytlösungen, die eine Mischung aus 80 μM PCBs (Aroclor 1016) enthielten, wurden durch zyklische Voltammetrie (CV) bei einer angelegten Potenzialspannung von – 0,6–1,0 V und einer Scanrate von 0,05 V/s gescannt. Aus Abb. 5b ist die Peakform des Elektrolyten 1 zu erkennen:PBS-Elektrolyt ist nicht erkennbar. Im Vergleich dazu zeigte der Elektrolyt (2) einen wohldefinierten Redoxpeak mit maximaler Spitzenstromantwort. Daher ist der Elektrolyt (2) günstig für den Nachweis von PCBs (Aroclor 1016).

Elektrochemische Leistung verschiedener modifizierter Elektroden

Die elektrochemische Leistung verschiedener modifizierter Elektroden, nämlich blanker SPCE, SnS₂ /SPCE und β-CD/SnS₂ /SPCE, wurde mittels Cyclovoltammetrie (CV) untersucht. Die ersten drei Elektroden (nackte SPCE, SnS₂ /SPCE und β-CD/SnS₂ /SPCE) in den Elektrolyten eingetaucht enthält eine Mischung aus 3 mM gelbem Blutsalz und 3 mM rotem Blutsalz in 0,1 M KCl-Lösung und das Potenzialfenster von - 0,6 bis 1,0 V, Abtastrate bei 0,05 V/s. Außerdem ist das β-CD/SnS₂ /SPCE wurde in einen PCB-haltigen Elektrolyten (Aroclor 1016) getaucht und mit dem gleichen Verfahren aufgezeichnet. Wie in Abb. 6a gezeigt, ist der SnS₂ /SPCE hat eine signifikante Verbesserung der Stromstärke im Vergleich zu bloßem SPCE. β-CD/SnS₂ /SPCE zeigt aufgrund seiner guten Leitfähigkeit einen höheren Strom als andere modifizierte Elektroden und behindert den Elektronentransfer nicht. Schließlich das β-CD/SnS₂ /SPCE wurde in die PCB-haltige Elektrolytlösung (Aroclor 1016) eingetaucht, und die Stromdichte nahm plötzlich ab. Aufgrund der hydrophoben Kavität von β-CD wurde mit PCB-Molekül und der Wirt-Gast-Wechselwirkung zwischen der Elektrodenoberfläche β-CD und PCB kombiniert. Dann behindern die Substanzen das Redox ([Fe(CN)₆ ] ^3−/4− )-Molekül daran, die Elektrodenoberfläche zu erreichen und den elektrochemischen Prozess behindert. Wenn PCBs in den Hohlraum der CD gelangen, sinkt die Leitfähigkeit erheblich.

a CV-Kurven der ersten drei Elektroden:blanke SPCE, SnS₂ /SPCE und β-CD/SnS₂ /SPCE im Elektrolyten mit einer Mischung aus 3 mM gelbem Blutsalz, 3 mM rotem Blutsalz, 0,1 M KCl-Lösung und anderem β-CD/SnS₂ /SPCE in einem PCB-haltigen Elektrolyten (Aroclor 1016) Potenzialfenster von − 0,6 bis 1,0 V mit einer Abtastrate von 0,05 V/s. b CVs mit unterschiedlicher Scan-Rate-Analyse (0,01 V/s bis 0,1 V/s) wurden in 80 μM PCBs (Aroclor 1016) in einer Mischlösung aus 3 mM gelbem Blutsalz, 3 mM rotem Blutsalz und 0,1 M KCl durchgeführt. c Das Kalibrierungsdiagramm zeigt die Quadratwurzel der Abtastrate gegenüber der Stromdichte des anodischen und kathodischen Peaks

Auswirkung der Scanrate

Die Analysen wurden mit unterschiedlichen Scanraten durchgeführt, um die Reaktionskinetik zu überprüfen und den Einfluss auf Spitzenstrom und Potenzial zu untersuchen. Die β-CD/SnS₂ /SPCE wurde als Arbeitselektrode verwendet, und der Elektrolyt war eine gemischte Lösung aus 3 mM gelbem Blutsalz, 3 mM rotem Blutsalz und 0,1 M Kaliumchlorid (KCl). Dann wurden 80 μM PCBs (Aroclor 1016) zu der gemischten Lösung gegeben und per CV gescannt. Das Experiment wurde mit verschiedenen Scangeschwindigkeiten im Bereich von 0,01 bis 0,10 V/s durchgeführt. Wie aus Fig. 6b ersichtlich ist, wird die elektrochemische Reaktionszeit kürzer und die Stromantwort erhöht, wenn die Abtastraten erhöht werden. Umgekehrt, wenn die Abtastrate kleiner ist, ist die elektrochemische Reaktionszeit länger und die Stromantwort ist kleiner. Wie in Abb. 6b gezeigt, werden die Spitzenstromwerte linear mit der Quadratwurzel verschiedener Abtastraten (V ^1/2 ), wohingegen der Redox-Spitzenstrom (Ipa und Ipc) linear proportional zur Quadratwurzel der Abtastrate war. Diese Ergebnisse zeigen, dass der elektrochemische Reaktionsprozess ein diffusionskontrollierter Prozess ist. Außerdem wurde der Korrelationskoeffizientenwert des anodischen und kathodischen Peaks bei R . realisiert ² = 0,9937 und R ² = 0,9934 (Abb. 6c). Außerdem ist der konstante Wert der Elektronentransferrate (k _s ) wurde basierend auf der Laviron-Gleichung [22] berechnet.

Wo k _s ist die Elektronentransferratenkonstante, α ist der Ladungstransferkoeffizient, n ist der Elektronentransferkoeffizient des Moleküls während der Reaktion, ν ist die Scanrate, A ist die Elektrodenoberfläche, R ist die Gaskonstante, F ist die Faraday-Konstante, T ist die Temperatur und ΔEp ist die Spitzenpotentialdifferenz.

Die folgende Gleichung wird verwendet, um den Wert von α zu bestimmen:

Hierin, E _p/2 ein Halbpeak-Potential ist und andere Parameter ähnlich sind. Die Werte sind α = 0.236, n = 1, ν = 0,05 (V/s), A = 0,071 (cm ² ), R = 8,314 (J K ^− 1 mol ^− 1 ), F = 96.485 (C mol ^− 1 ), T = 298 (K) und ΔEp = 0,39(V).

Nach der Berechnung ist die Elektronentransferratenkonstante ks = 0.039(s ⁻¹ ) erhältlich. Darüber hinaus wurde der Oberflächenbedeckungswert durch die unterschiedliche Scanratenanalyse unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet:[23].

Wobei τ die Oberflächenbedeckung ist und I p der anodische Spitzenstrom ist; die anderen Parameter wurden bereits erklärt. Ich _P =2.702 × 10 ⁻⁵ (A) und n = 1 und alle anderen Werte sind die gleichen wie in der vorherigen Gleichung. Der Wert der Oberflächenbedeckung (τ) wurde dann zu 0,814 × 10 ^–8 . ermittelt mol cm ⁻² .

Auswirkung unterschiedlicher Konzentration

Die elektrokatalytische Aktivität von β-CD/SnS₂ /SPCE bei Zugabe von PCBs in verschiedenen Konzentrationen (Aroclor 1016) wurde mit CV bewertet. Abbildung 7a zeigt die CV-Kurven von PCB (Aroclor1016) und es gab keine Änderungen zwischen der Konzentration von 0,625 und 2,5 μM. Die signifikanten Veränderungen des CV wurden erst nach Zugabe von 5 μM PCBs (Aroclor 1016) oder mehr erreicht. Abbildung 7b zeigt die CV-Kurven gemäß den PCB-Konzentrationen (Aroclor 1016) von 5, 10, 20, 40 und 80 μM. Es ist zu beobachten, dass bei steigender PCB-Konzentration (Aroclor 1016) die Redoxreaktion von [Fe(CN)₆ ] ^3−/4− wurde gehemmt. Die molekulare Diffusion erreicht die Oberfläche der Elektrode, was den elektrochemischen Prozess behindert. Der Widerstand des Elektronentransfers ist proportional zur Molekülzahl der CD-gefangenen PCBs (Aroclor 1016). Daher wurde die gemessene Stromsignalintensität durch Zugabe von PCB (Aroclor 1016) allmählich verringert. Diese Ergebnisse zeigen, dass die derzeitige Nachweisgrenze von PCB (Aroclor 1016) bei 5 μM liegt. Darüber hinaus zeigt Abb. 7c, dass der aus der Konzentration von PCBs (Aroclor 1016) 5–80 μM gemessene Redoxstrom einen linearen Zusammenhang mit dem Logarithmus der Konzentration hatte. Der resultierende Korrelationskoeffizient R ² Oxidations- und Reduktionswerte sind 0,9783 bzw. 0,981. Dies zeigt, dass das β-CD/SnS₂ /SPCE erzielte eine ausgezeichnete elektrokatalytische Aktivität.

Lebensläufe der β-CD/SnS₂ /SPCE bei a unterschiedliche Konzentrationen zugesetzter PCB (Aroclor 1016) von 0,625 bis 2,5 μM, b unterschiedliche Konzentrationen von zugesetzten PCB (Aroclor 1016) von 5 μM bis 80 μM. c Das Diagramm zwischen der logarithmischen Konzentration von PCB (Aroclor 1016) und der anodischen und kathodischen Spitzenstromdichte

Differenzielle Pulsvoltammetrieanalyse

Das Analyseverfahren der Differential-Puls-Voltammetrie (DPV) ist im Vergleich zu anderen voltammetrischen Verfahren ein hochempfindliches Verfahren. Die verschiedenen Konzentrationen – 0,625 μM, 1,25 μM, 2,5 μM, 5 μM, 10 μM, 20 μM, 40 μM und 80 μM – von PCB (Aroclor 1016) wurden mit der DPV-Methode gemessen (Abb. 8a–d). Dann wurden die Kontrollgruppen mit Methanolkonzentrationen von 0,625 μM, 1,25 μM und 2,5 μM getestet. Die Proben mit Konzentrationen von 5 μM, 10 μM, 20 μM, 40 μM und 80 μM wurden separat getestet (Abb. 9a–e). Abbildung 8a und b zeigen, dass die Reduzierung des Spitzenstroms von der unterschiedlichen Konzentration der Zugabe von PCB (Aroclor 1016) abhängt. Abbildung 8a zeigt die Zugabe von PCBs (Aroclor1016) in unterschiedlichen Konzentrationen bei 0,625–10 μM in die Elektrolytlösung. Die Stromstärke wurde allmählich bis auf 5 µM erhöht, nach der Zugabe wurde der Strom plötzlich verringert. Abbildung 8b zeigt die Zugabe von PCB in höherer Konzentration (Aroclor 1016) (5–80 μM); die Stromdichte wurde linear verringert. Denn die PCBs sind als hydrophobes Gastmolekül in der β-CD-Kavität eingekapselt. Wenn sich der Gasteinschluss bildet, wird das Redox von [Fe(CN)₆ ] ^3−/4− ist blockiert, weil [Fe(CN)₆ ] ^3−/4− nicht in der Lage ist, die Elektrodenoberfläche zu erreichen, und dieses Phänomen behindert den elektrochemischen Reaktionsprozess. Wenn die PCBs in den hydrophoben Hohlraum des β-CD eindringen, sinkt die aktuelle Signalstärke. Wie das ähnliche Experiment von DPV in Abb. 8c, d, aber hier erwähnt der Oxidationsspitzenstrom von PCBs (Aroclor 1016). In Abb. 8e war die lineare Regression für die Reduktionsreaktion y = − 0,111x + 0,399 mit dem Korrelationskoeffizienten (R ² = 0,9869) und die der Oxidationsreaktion war y = 0,0571x − 0,2877 mit R ² =  0,9436; diese Werte ergeben sich aus Abb. 8b, d. Die elektrochemische Bestimmung von PCBs basierend auf β-CD/SnS₂ /SPCE im Vergleich zu früheren Berichten und den in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnissen.

a , b Die DPV-Reaktion des Reduktionsspitzenstroms hängt von der unterschiedlichen Konzentration der PCB-Zugabe ab (Aroclor 1016). Die Zugabe von PCBs in unterschiedlichen Konzentrationen (Aroclor1016) bei 0,625–10 μM in die Elektrolytlösung (a ). Die Zugabe von PCB in höherer Konzentration (Aroclor 1016) (5–80 μM) (b ). c , d Der Oxidationsspitzenstrom hängt von der unterschiedlichen Konzentration der PCB-Zugabe (Aroclor 1016) ab. e Das Diagramm zwischen der Oxidations- und Reduktionsspitzenstromdichte gegen die logarithmische Konzentration von PCB (Aroclor 1016)

a , c Zeigt den Reduktions- und Oxidationsspitzenstrom in Abhängigkeit von der Konzentration der PCBs 1,25–10 μM gelöst in Elektrolytmethanol an. b , d Zeigt die Zugabe von PCB in der höchsten Konzentration (Aroclor 1016) (5 bis 80 μM) zum Elektrolytmethanol und entspricht dem Reduktions- und Oxidationsspitzenstrom

Darüber hinaus zeigt Abb. 9a, c, dass der Reduktions- und Oxidationsspitzenstrom von der Konzentration der PCBs abhängt (Aroclor 1016) 1,25–10 μM gelöst in Elektrolytmethanol. Aus Abb. 9a, c wurde der maximale Strom bei einer Konzentration von 1,25 μM erhalten, dann wurde die Stromantwort für eine höhere Zugabe verringert. Darüber hinaus zeigt Abb. 9b, d die Zugabe von PCBs (Aroclor 1016) in der höchsten Konzentration (5 bis 80 μM) in den Elektrolyten Methanol und den entsprechenden Reduktions- und Oxidationsspitzenstrom. Bei Erhöhung der PCB-Konzentration (Aroclor 1016) hingegen nahm der Strom linear ab. Aufgrund der Einschlusskomplexbildung von PCBs zwischen β-CD. Darüber hinaus zeigt Abb. 10 den Vergleich der 5 μM-Konzentration von PCB (Aroclor 1016) in Methanol und ohne Methanol. Der höhere Reduktionsstrom wurde für PCBs (Aroclor 1016) ohne Zugabe von Methanol erhalten. Dieses Ergebnis erklärt, dass die niedrigste Nachweisgrenze von Aroclor1016 5 μM und Methanol 1,25 μM beträgt. Die β-CD/SnS₂ /SPCE weist den Analyten PCB (Aroclor 1016) nach, obwohl es Methanol enthält. Dies wird jedoch nicht durch Methanol beeinflusst, was bedeutet, dass β-CD mit PCBs kombiniert wird (Aroclor 1016). Die Affinität ist höher als die von Methanol, und das β-CD bildet einen Wirt-Gast-Einschlusskomplex durch die hydrophoben hohlraumverkapselten PCBs (Aroclor 1016).

DPV-Antwort für den Vergleich von 5 μM hinzugefügten PCBs (Aroclor 1016) in Methanol mit der reinen Methanollösung

Stabilitätstest

Die Stabilität von β-CD/SnS₂ /SPCE wurde von CV untersucht. Die Experimente zur Stabilitätsstudie wurden 7 Tage lang durchgeführt und die Arbeitselektrode wurde bei Raumtemperatur gelagert. Die aktuelle Veränderung wurde einmal täglich gemessen; hier ist der aktuelle Wert des Anfangstages I ₀ und die Änderung des aktuellen Wertes beträgt I . Die aktuelle Schwankung wurde berechnet, indem der aktuelle Wert jedes Tages durch den anfänglichen aktuellen Wert dividiert wurde; das entsprechende Diagramm ist in Abb. 11 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass β-CD/SnS₂ /SPCE zeigt bei Raumtemperatur (7 Tage) einen Stabilitätswert von 88 % an.

Stabilitätstestdiagramm bei Raumtemperatur für 7 Tage auf β-CD/SnS₂ . gelegt /SPCE

Schlussfolgerung

In diesem Manuskript demonstrierten wir die hydrothermale Synthese von Nano-Zinndisulfid (SnS₂ ). Die β-CD/SnS₂ /SPCE wurde unter Verwendung einer Titrationsmethode mit einer Mikropipette hergestellt. Das hergestellte β-CD/SnS₂ /SPCE wurde erfolgreich zur Bestimmung von PCB eingesetzt (Aroclor 1016). Interessanterweise hat die modifizierte Elektrode einen linearen Nachweisbereich von 0,62 bis 80 μM und eine Nachweisgrenze von 5 μM. Darüber hinaus waren die Elektroden nach 7 Tagen Lagerung zu 88 % stabil. The results showed that the β-CD successfully encapsulated PCBs to achieve an electrochemical sensor that reduced the time and increased the convenience of PCBs detection. The fabricated modified electrode exhibits a rapid, facile, and sensitivity to electrochemical detection of PCBs. The proposed PCB sensor, the hydrophobic cavity of β-CD was connected with PCB molecule and the host–guest interaction between the electrode surface β-CD and PCB. The significant PCB electrochemical sensor shows a wide linear range, stability, sensitivity, reduced working time, and good reproducibility.

Verfügbarkeit von Daten und Materialien

Alle während dieser Studie generierten oder analysierten Daten sind in diesem veröffentlichten Artikel enthalten.

Abkürzungen

2D:

Zweidimensional

Lebenslauf:

Zyklische Voltammetrie

DPV:

Differenzpulsvoltammetrie

EIS:

Elektrochemische Impedanzspektroskopie

FE-REM:

Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop

GC/MS:

Gas chromatography-mass spectrometry

LC/MS:

Liquid chromatography-mass spectrometry

MDCs:

Metal dichalcogenides

PBS:

Phosphatgepufferte Kochsalzlösung

Leiterplatten:

Polychlorierte Biphenyle

POPs:

Persistent organic pollutants

SnS₂ :

Tin sulfide

SPCE:

Screen-printed carbon electrode

XRD:

Röntgenbeugung

β-CD:

3A-Amino-3A-deoxy-(2AS, 3AS)-β-cyclodextrin hydrate