異噻唑啉酮廣泛用作許多行業(yè)的化學(xué)添加劑，可能導(dǎo)致皮膚刺激和過敏，從而對(duì)人類健康和環(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此，本文提出了一種篩選納米雜化傳感器的有效策略，以選擇性地檢測(cè)2-辛基-3-異噻唑啉酮(OIT)作為代表性的異噻唑啉酮。設(shè)計(jì)了由兩部分組成的化學(xué)受體(CR)候選物:分別用于與石墨烯共價(jià)結(jié)合和與靶非共價(jià)相互作用的反應(yīng)性咪唑單元和側(cè)官能團(tuán)。基于密度泛函理論計(jì)算，選擇并合成了五種CR結(jié)構(gòu)。合成的鉻被錨定在石墨烯上用于電化學(xué)轉(zhuǎn)換。CR/石墨烯納米雜化物(CGNHs)中引入了對(duì)OIT具有最高化學(xué)親和力的烷基基團(tuán)。CGNHs對(duì)OIT的電化學(xué)響應(yīng)依賴于鉻的種類、OIT的濃度和外加電位。因此，將五個(gè)具有不同電位的CGNHs組合作為傳感器，可以通過主成分分析從干擾物中輕松有效地檢測(cè)出OIT(1200mg L
-1)。最佳CR對(duì)應(yīng)于十二烷氧基，最佳測(cè)量條件包括掃描速率為25mV S
-1，外加電位為0.75、0.08和1.30 V(相對(duì)于Ag/ AgNO
3)。所提出的策略可以促進(jìn)用于識(shí)別不同類型的化學(xué)物種(例如殺生物劑)的納米傳感器的有效開發(fā)。
圖1. 用于高選擇性殺菌劑檢測(cè)的新型 CRs 和石墨烯納米傳感器的設(shè)計(jì)、篩選和合成/制備工藝流程。
圖2. 用于 OIT 的 CR 候選物的分子設(shè)計(jì)。
圖3. CR-OIT非共價(jià)相互作用的例子。
圖4. 在B3LYP/6-31G(d)水平上計(jì)算了OIT存在和不存在時(shí)CGNH模型(以CGNH3和CGNH4模型為代表)的前線分子軌道。
圖5. (a) 1，3-二異丙基-5-(芘基)-1H-苯并[d]咪唑碘化物(2)，(b) 1，3-二異丙基-5-(十二烷氧基)-1H-苯并[d]咪唑碘化物(3)/1，3-二異丙基-5-(己氧基)-1H-苯并[d]咪唑碘化物(4)，和(c) 1，3-二異丙基-5-(氨基丁氧基)-苯并[d]咪唑碘化物(5)的合成。
圖6. (a)將鉻固定在石墨烯上的合成步驟。(b)剝離的石墨烯、(c) CGNH1、(d) CGNH2、(e) CGNH3、(f) CGNH4和(g) CGNH5的SEM圖像(比例尺:5微米)。
圖7. CGNH的CV曲線中四種電位的電流變化(δI)大小與OIT濃度的函數(shù)關(guān)系圖:(a) CGNH1，(b) CGNH2，(c) CGNH3，(d) CGNH4和(e) CGNH5。
圖8. 由五個(gè)CGNH電極陣列組成的電化學(xué)傳感器平臺(tái)的傳感性能。(a)作為在0.08 V電勢(shì)(相對(duì)于Ag/AgNO
3)下測(cè)量的OIT濃度的函數(shù)的電流變化(δI)的代表性曲線圖。(b e)CGNHs響應(yīng)的PCA圖，其中在不同濃度和電位下測(cè)量δI值；相同化學(xué)物質(zhì)的得分點(diǎn)由一條線按照濃度順序連接起來(目標(biāo)濃度為1-200mg L
-1時(shí)為7分；10和100mg L
-1干擾的兩點(diǎn):(b) 3D圖，(c)PC1-PC2平面，(d)PC1-PC3平面，和(e)PC2-PC3平面。DCOIT、苯氧乙醇(PE)、乙醇(EtOH)和異丙醇(IPA)用作干擾物，OIT是目標(biāo)。
相關(guān)科研成果由韓國藥品制造中心Chul Soon Park和全南大學(xué)Hyeonseok Yoon等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Nano Materials（https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04315）上。原文：Graphene Functionalized with Imidazole Derivatives as Nanotransducers for Electrochemically Detecting Isothiazolinone Biocides。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
