聚苯胺-普鲁士蓝
52
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用
第三章基于PANI-PB/MWNTs纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的
研究
葡萄糖酶生物传感器已广泛用于食品工业中进行质量检验以及在临床中检测糖尿病。在所有的酶生物传感器中，大约85%是研究葡萄糖生物传感器的[1-4]。极大部分葡萄糖生物传感器是通过检测酶反应产物H2O2来间接检测葡萄糖，对于葡萄糖的检测主要基于以下反应。
GOD(FAD) + D-glucose →GOD(FADH2)+gluconolactone （3-1）
GOD(FADH2) + O2→GOD(FAD) + H2O2 （3-2）由反应可知过氧化氢氧化所产生的电流信号与葡萄糖含量成线性关系。在检测过氧化氢时，较高的检测电位使传感器易受生理溶液中电活性干扰物（如抗坏血酸，尿酸等）的影响。普鲁士蓝（PB）作为生物电分析化学中常用的电子媒介体，可以在低电位下催化还原H2O2，而且具有价格便宜，容易制备等特点[5-7]。如前章所述，普鲁士蓝有致命的弱点就是在中性及碱性条件下不稳定，从而导致所制备的酶生物传感器的性能也不稳定[8]，因此提高普鲁士蓝在电极上的稳定性，是制备高稳定性酶生物传感器的前提。
PB通常是通过电化学还原FeCl3-Fe(CN)6溶液而制备的，在本章中，首次采用一步原位化学还原的方法制备了聚苯胺-普鲁士蓝（PANI-PB）复合材料，然后将多壁碳纳米管分散在这种纳米颗粒的溶液中，最终得到PANI-PB/MWNTs复合材料，该复合材料表现良好的稳定性和电催化活性，用该材料制备的生物传感器也表现出良好的稳定性。
第一节实验药品、仪器及方法
3.1.1 实验药品及仪器
第三章基于PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的研究53
葡萄糖氧化酶(GOD,来源于Aspergillus niger; EC 1.1.3.4, type Ⅶ-S; 300,000 unit g-1)购自Sanland公司。多壁碳纳米管（MWNTs，95%，20-60 nm）购于深圳纳米港有限公司，前处理方法同第二章。苯胺购于沈阳市联邦化学试剂厂，使用前减压蒸馏。D-葡萄糖（D-glucose）用去离子水配制，并在4 °C 的冰箱里放置24小时后使用。0.1 M磷酸缓冲溶液(PBS)用Na2HPO4和NaH2PO4配制，支持电解质为0.1 M PBS + 0.1 M KCl （pH 6.5），实验过程中使用的其他试剂均为分析纯，用去离子水配制。电化学测试是在电化学工作站（IM6e，Germany）上进行的，采用三电极体系，玻碳电极(GC)为工作电极，NaCl饱和的Ag/AgCl电极参比电极，铂丝电极为对电极。旋转圆盘电极（BAS, America）在检测葡萄糖和过氧化氢时的转速为3000 rpm，所有的实验均在室温下进行。
透射电镜照片(TEM)是由透射电镜（JEM-2000EX，JEOL Co. Ltd, Japan)得到的。红外光谱的采集是在德国BRUKER公司生产的Equinox 55型红外分光光度计上进行的。测试方法：采用KBr 压片法，取适量待测物的粉末与KBr晶体在研钵中混合并研磨成极细的粉末，然后压片，扫描范围为4000 cm-1-400 cm-1。
3.1.2 PANI-PB复合材料的制备
聚苯胺/普鲁士蓝（PANI-PB）复合材料的制备过程如下：配制0.1 M苯胺+ 0.1 M HCl 溶液50 mL，向该溶液中缓慢的加入0.002 M FeCl3 + 0.002 M K3Fe(CN)6 + 0.1 M HCl溶液20 mL，边加边搅拌，彻底加完后，室温下再搅拌12 h，当加入后者溶液之后，溶液迅速变成蓝色。所得到的复合材料经离心、0.1 M HCl 洗涤、过滤，在50 °C下真空干燥12 h。作为对比，也制备了聚苯胺，具体的制备方法如下：向50 mL 0.1 M苯胺+ 0.1M HCl 的溶液加入一定浓度的FeCl3溶液，后处理方法同上。参照文献[9]聚苯胺/普鲁士蓝
54
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用
（PANI-PB）复合材料可能的反应机理如下。
图3-1 PANI-PB复合材料可能的反应机理
Fig. 3-1 Schematic diagram of the formation of PB in the PANI matrix: A FeCl4-doped PANI; B, PANI/PB hybrid material
3.1.3 修饰电极的制备
玻碳电极依次在1.0、0.3 μm 的α-Al2O3上打磨至镜面光亮，然后依次在1：1（V/V）的HNO3、无水乙醇、去离子水中各超声15 min，再在红外灯下烤干备用。取处理过的碳纳米管2 mg 分散在5 mL的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，超声1 h，得到0.4 mg mL-1的悬浮液，取5 mg PANI-PB 复合材料超声分散到上述悬浮液中，得到PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料，取该纳米复合材料的悬浮液10 μL滴在玻碳电极的表面，在红外灯下烤干，然后用pH 5.0的HCl溶液洗涤，再在0.1 M KCl + 0.01 M HCl作循环伏安扫描，电势范围为-0.10-0.50 V，扫描速度为50 mV/s，直到得到稳定的CV曲线为止。
取10 mg GOD溶入pH 7 的2 mL 0.1 M PBS的溶液中得到5 mg mL-1的GOD溶液，取此溶液3 μL滴在PANI-PB/MWNTs/GC 修饰电极上。然后将该修饰电极放置在4 ℃的冰箱中60 min，再在电极上滴上2 μL Na fion混合液。
第三章基于PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的研究55
Nafion混合液的具体制备方法如下：取2 ml 2.5% 的戊二醛和3 ml Nafion (5% v/v in ethanol)混合，然后用NaOH调节该溶液的pH到5.5。这样一个三明治式的酶生物传感器就制备好了，将制备好的电极置入4 °C的冰箱备用。电极的结构示意图如图3-2所示。
图3-2 电极的结构示意图
Fig. 3-2 Sandwich configuration of the biosensor
第二节结果及讨论
3.2.1 PANI-PB纳米复合材料的制备
PB通常采用电沉积的方法制备，本章采用原位化学还原的方法制备了PANI-PB纳米复合材料。Itaya等人发现酸性的FeCl3-K3[Fe(CN) 6]溶液具有很强的氧化性[10]，其开路电位相对于饱和甘汞电极（SCE）可以达到0.98 V，这一电位不能在FeCl3或K3[Fe(CN) 6]的溶液中单独获得。另一方面苯胺可以在很多氧化剂的作用下发生聚合反应，如NH4)2S2O8、H2O2,、Ce(SO4)2、K2Cr2O7,、KIO3、FeCl3等。尽管FeCl3相对于标准氢电极（SHE）只有0.77 V，
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用
56 也常被用作为苯胺聚合的氧化剂[11]。即苯胺完全可以在酸性的FeCl 3-K 3[Fe(CN) 6]中发生氧化聚合反应，同时FeCl 3-K 3[Fe(CN) 6]也被苯胺还原成PB 。因此在溶液中实现了PANI 和PB 的同时合成，这种合成方法是文献尚未报道的。而且可以利用聚苯胺对PB 的保护作用，提高PB 在电极上的稳定性，聚苯胺有良好的导电性，可以改善复合材料的导电性能。
3.2.2 复合材料的表征
图3-3为PANI-PB 纳米复合材料和PANI 的红外光谱图。从图3-3可以看出，PANI-PB 的红外光谱在2086 cm -1处有强烈的吸收，这是CN 在Fe 2+-CN- Fe 3+ 中伸缩振动的特征吸收峰[12]。同时，PANI-PB 的红外光谱在1511, 1295， 1112 cm -1处也出现吸收峰，这分别是聚苯胺翠绿亚胺盐中的环、C-N 以及C-H 的吸收[13]，这和文献上报道的结果是一致的。以上结果表明可以通过化学原位聚合的方法直接在溶液中合成出PANI-PB 复合材料。
T r a n s m i t t a n c e
Wavenumber (cm -1)
图3-3 PANI-PB 复合材料和PANI 的红外光谱图
Fig. 3-3 IR spectra of PANI-PB and PANI alone
第三章基于PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的研究57
图3-4为PANI-PB复合材料的透射电镜图。从图3-4可以看出，普鲁士蓝分散在聚苯胺膜里，其中颜色较深的为PB纳米粒子，直径大约为100 nm，大的粒子的直径大约200 nm。这些结果说明可以直接采用原位化学还原的方法制备PANI-PB纳米粒子。
图3-4. 1PANI-PB复合材料的透射电镜照片
Fig. 3-4 TEM image of the PANI-PB hybrid composites
3.2.3 复合材料的电化学性质
为了研究PANI-PB/MWMTs 有机无机复合材料的电化学性质，将其修饰在玻碳电极上测试了其在0.1 M PBS +0.1 M KCl溶液中的CV 曲线。图3-5为PANI-PB/MWNTs修饰电极在不同pH溶液中的CV曲线，扫描速度为50 mV/s。可以看出，修饰电极在0.2 V左右出现一对可逆的氧化还原峰，这是典型的PB的氧化还原峰。而且随着pH 的升高，CV 曲线的峰电流并没有发
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用
58 生太大的变化。这说明复合材料对pH 有很高的稳定性，但是其峰电位之差却逐渐增大，这可能是由于pH 升高，聚苯胺的导电性下降引起的[14]。PANI-PB/WMNTs 修饰电极在0.1 M PBS +0.1 M KCl (pH 6.5)连续扫描50个循环，CV 曲线的峰电流几乎没有变化，扫描200个循环，峰电流只降低8%。这说明PB 在PANI-PB/WMNTs 复合材料中表现良好的稳定性。好的稳定性可能归因于电极的制备方法。一方面聚苯胺有很好的化学稳定性和良好的导电性，可以保护PB 纳米粒子，而且具有很强的信号转换能力[15]，可以有效地实现电子的转移，另一方面，碳纳米管有很高的比表面积，和PB 之间有协同效应，从而进一步保护了PB 粒子[16]。
-150
-100
-50
50
100
C u r r e n t / A Potential / V
图3-5支持电解质的pH 对PANI-PB/WMNTs 复合材料修饰电极的CV 曲线的影响 (a) pH 5; (b) pH 6; (c) pH 7 (d) pH 8
Fig. 3-5 Effect of the pH value on the CV curves of PANI-PB/WMNTs modified electrodes, (a) pH 5; (b) pH 6; (c) pH 7 (d) pH 8
Time / s
图3-6 PANI-PB/MWNTs 修饰电极检测H2O2的时间电流曲线
Fig. 3-6 Typical current-time curves obtained at the PANI-PB/MWNTs modified electrode
60
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用
Concentration (μM)
图3-7 PANI-PB/MWNTs修饰电极对H2O2响应的工作曲线
Fig. 3-7 Calibration curve for H2O2detection obtained from the PANI-PB/MWNTs modified electrode
在优化实验条件下，我们研究了PANI-PB/MWNTs 修饰电极对H2O2检测的响应时间、检测限、线性范围和灵敏度。图3-6为PANI-PB/MWNTs 修饰电极检测H2O2的时间电流曲线，图3-7为修饰电极对H2O2响应的工作曲线。所有的试验均在0.1 M PBS+0.1 M KCl (pH 6.5) 0.0 V进行，旋转圆盘电极的转速为3000 rpm。H2O2检测的线性范围为1×10-8-1×10-5M，相关系数为0.997。检测限为1×10-8M，当电流达到稳态电流的90%时，响应时间为15 s，电极的灵敏度为508.18 μA mM-1 cm-2。
同一只电极对1×10-7M H2O2连续测定5次，相对标准偏差为2.6%. 连续制备5支电极，其对1×10-7M H2O2响应的相对标准偏差为5.0%。这说明PANI-PB/MWNTs不仅表现出良好的电催化活性，还表现出良好的稳定性。PANI-PB/MWNTs纳米复合材料修饰电极对H2O2有良好的响应，可以用来制
第三章 基于PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的研究 61 备氧化性酶的生物传感器。
3.2.5 生物传感器性能的优化
3.2.5.1 GOD 的修饰量对葡萄糖响应的影响
图3-8为葡萄糖氧化酶的浓度对酶电极的电流响应的影响，在0.1 M PBS+0.1 M KCl (pH 6.5) 0.0 V 、转速为3000 rpm 的条件下，所制备的酶生物传感器对葡萄糖的响应信号，该信号随着酶的修饰量的增加而增加，当GOD 的修饰量超过5 mg mL -1 时，响应信号不再增加，而且线性范围变得狭窄。这与文献的报道是一致的[17]。
C u r r e n t / μA C GO
D / mg mL
-1
图3-8 葡萄糖氧化酶的浓度对酶电极的电流响应的影响
Fig. 3-8 Effect of the GOD concentration on the response current of the biosensor
因为氧化型酶生物传感器的反应要有O 2的参入，因此O 2的浓度制约着
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用
62 传感器响应。当葡萄糖的浓度增加时，氧气受到扩散速度的控制，不能很快地扩散到电极表面，随着酶的载量的增加，进一步加剧了这种现象，而且太多的酶负载到电极上，使得酶很容易从电极上流失，从而使电极的稳定性变差。综合灵敏度和线性范围两者的考虑，本文选择酶的负载量的浓度为5 mg mL -1。
3.2.5.2 应用电位对酶生物传感器的影响
应用电位对酶生物传感器的也有很大的影响。应用电位过高，电极容易引起干扰，应用电位过低，O 2 也会在电极上发生还原。从图3-9中可以看出，当应用电位在-150到50 mV 变化时，电流逐渐降低，但降低的不是太多。当电位高于50 mV 时，电流下降的很多。考虑到灵敏度、干扰物种以及操作稳定性等因素，本章电极的应用电位选为0.0 V 。
C u r r e n t / μA Potential / mV
图3-9 应用电位对葡萄糖响应信号的影响
Fig. 3-9 Effect of applied potential on the response current
第三章基于PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的研究63 3.2.5.3 pH对酶生物传感器响应的影响
pH对酶的活性及电极的稳定性都有很大的影响。从图3-10可以看出，随着pH 的升高，响应电流也逐渐增加。当pH超过6.5时，响应电流开始下
。
6.0
6.4
6.8
7.2
7.6
8.0
C
u
r
r
e
n
t
/
A
pH
图3-10 pH 对葡萄糖响应信号的影响
Fig. 3-10 Effect of pH on the current response of the biosensor
3.2.5.4 旋转圆盘电极的转速对酶生物传感器响应的影响
旋转圆盘电极的转速对葡萄糖的灵敏度也有重要的影响。微电极虽然可以将低扩散极化，但是其响应电极太小，从而导致检测的灵敏度很低。本文采用旋转圆盘电极来研究修饰电极对葡萄糖灵敏度的影响。从图3-11可以看出，当转速逐渐增加的时候，电极的响应也逐渐增加。但当转速到3000 rpm 时电极的响应不再增加，开始受动力学控制。因此本文在检测葡萄糖时，转速选为3000 rpm。
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用 64
7.0
7.2
7.4
7.67.8
8.0
C u r r e n t / μA Rotating rate / rpm
图3-11旋转圆盘电极转速对葡萄糖响应信号的影响
Fig. 3-11 Effect of rotating rate on the current response of the biosensor (The inset is ω-1/2 vs. i L -1.)
3.2.6 基于PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料的生物传感器的研究
PANI-PB/MWNTs 薄膜修饰电极对过氧化氢的良好响应，使得其很适合制备基于氧化酶的生物传感器。本章选用葡萄糖氧化酶为模型酶来研究生物传感的性能。酶的固定化是通过Nafion 和戊二醛来实现的，通过戊二醛中的自由醛基与酶中的氨基生成席夫碱的反应完成的。图3-12为在0.0 V 时，PANI-PB/MWNTs 薄膜修饰的生物传感器在连续加入1 mM 的葡萄糖时的时间电流曲线，插图是工作曲线。修饰电极的响应电流达到稳态的95%时所需要的时间少于15 s ，这说明所制备的生物传感器的响应速度很快。酶电极的线形范围为1-11 mM ，相关系数为0.999，电极还表现出很高的灵敏度（249.5
第三章 基于PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的研究 65 μA mM -1cm -2 和很低的检测限（0.01 mM ）。当葡萄糖的浓度增加到一定的程度后，出现了一个平台。这是明显的Michaelis –Menten 动力学特征。根据Michaelis –Menten 方程，可以计算米氏常数和最大电流密度[18]
max max
111()m s g k i i C i =?+ （3-3） 其中i s 为稳态电流，C g 为葡萄糖的浓度，k m 为米氏常数，i max 为最大电流密度。根据图3-12 的数据计算得到该酶电极的米氏常数为5.1×10?3 M ，这比文献报道的22 ± 2 mM [19，20]，及在溶液相中的33 mM 要低得多[21]，
这说明
C u r r e n t / μA Time / s
图3-12 葡萄糖检测的时间电流曲线，每次加入1 mM 葡萄糖
Fig. 3-12 Current-time curves obtained at the glucose biosensor for successice addition of 1 mM glucose. Inset: calibration curve of the biosensor as a function of glucose concentrations
这可能是由于两方面的原因，一方面，酶电极的固定方法为保持酶的活
66
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用
性提供了一个良好的微环境，另一方面MWNTs, PANI 和PB之间的协调效应优化了电极的性能。将MWNTs分散到PANI-PB溶液中，可得到新的PANI-PB/MWNTs体系利用了MWNTs和PB之间的协同作用，即由于MWNTs 优良的电子转移能力而使PB的氧化还原能力得以显著增强。这个体系为基于氧化酶的电化学传感器的发展提供了新的平台，在这个体系中，PANI-PB/MWNTs在0.0 V对过氧化氢有优良的响应。而Nafion膜则为酶的固定化提供了一种具有生物相容性以及化学可饰性的方法。尤其是MWNTs 的介入使得该系统对H2O2的敏感度显著提高，PANI-PB/MWNTs体系能用于多种氧化酶的固定，制备不同的生物传感器。
3.2.7 生物传感器的稳定性及干扰试验
所制备的生物传感器还表现出良好的稳定性。用一支生物传感器对 1 mM 葡萄糖连续5 次测定，得到的相对标准偏差为2 %，这表明这种传感器有良好的重现性。同样对生物传感器的重复性也进行了检测，将用同一批PANI-PB/MWNTs复合材料制备的5个生物传感器用于1 mM 葡萄糖的检测，其相对标准偏差RSD为5.2%，同样证明了这种方法的可靠性。
生理样品中抗坏血酸、对乙酰氨基酚、L-半胱氨酸通常对葡萄糖的精确测定产生干扰。当向1 mM的葡萄糖溶液中加入0.2 mM的抗坏血酸、乙酰氨基酚和L-半胱氨酸时，电极几乎不产生明显的干扰，这说明所制备的修饰电极表现出良好的选择性。一方面电极是在较低的电位下（0.0V）实现的葡萄糖的检测，另一方面，Nafion膜可以有效地阻止这些阴离子的干扰。本章还对PANI-PB/MWNTs修饰的生物传感器的贮存稳定性进行了研究，当电极不用时，放于 4 °C 磷酸盐缓冲液中，一个月后，其响应值减小到起始值的90%，这说明该修饰电极有良好的贮存稳定性。
第三章 基于PANI-PB/MWNTs 纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的研究
67
C u r r e n t
Time
图3-13生物传感器的干扰实验测试，A) 1.0 mM 葡萄糖,；(B) 0.2 mM 抗坏血酸；(C) 0.2 mM L-半胱氨酸；(D) 0.2 mM 对乙酰氨基酚
Fig. 3-13 Current –time recording at the biosensor for an addition of (A) 1.0 mM glucose, followed by addition of (B) 0.2 mM ascorbic acid, (C) 0.2 mM L- cysteine and (D) 0.2 mM acetaminophen respectively
本章小结
1. 本文采用一步原位聚合的方法首次同时合成了PANI-PB 纳米粒子，当掺入MWNTs 后，进一步优化了复合材料的结构。PANI-PB/MWNTs 复合材料在PBS 溶液中表现出良好的稳定性，对H 2O 2有良好的电催化活性。
2. 用PANI-PB/MWNTs 复合材料制备的酶生物传感器的实验条件进行了优化。所制备的酶生物传感器对葡萄糖表现出较宽的线性范围（1-11 mM ）、较低的检测限（0.01 mM ），生理液中的电活性物质对酶电极几乎不产生干扰，这个体系为基于氧化酶的电化学传感器的发展提供了新的平台。
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纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用
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oxidase from Aspergillus niger. J. Biol. Chem., 1965, 240: 2209–2215
普鲁士蓝染色液说明书(核固红法)
仅供科研使用版本号：170312 普鲁士蓝染色液(核固红法) 【产品组成】 Component SBJ-0471S 2×50ml SBJ-0471M 2×100ml Store at 试剂(A):Perls stain A1: Perls stain A 25ml 50ml 室温A2: Perls stain B 25ml 50ml 室温 临用前，取A1、A2等量混合即为Perlsstain，不宜提前配制。 试剂(B):核固红染色液50ml 100ml 室温，避光 【保存条件】 4℃,避光,6个月 【产品概述】 含铁血黄素(Hemosiderin)是一种血红蛋白源性色素，为金黄色或棕黄色颗粒，因其含铁，且为金黄色，故称为含铁血黄素。Perls普鲁士蓝反应(Prussian blue reaction)又称为含铁血黄素染色，即经过亚铁化钾和稀酸处理后可以产生蓝色，常见于吞噬细胞或间质内。普鲁士蓝染色用于显示局部组织内的各种出血性病变，常见于吞噬细胞内，可以很好地区分含铁血黄素与其他色素。该染色液稳定性好、可以长期保存、不易产生沉淀、应用范围广，可以进行复染。该染色液的复染液采用核固红，是最经典、最常用的复染液。 【使用方法】 (一)石蜡切片染色： 1、组织固定于10%中性福尔马林，常规脱水包埋。 2、切片厚度4μm，常规脱蜡至水。 3、蒸馏水水洗。 4、切片入Perls stain浸染。 5、蒸馏水充分冲洗。 6、入核固红染色液淡染细胞核。 7、自来水冲洗。 8、常规脱水透明，中性树胶封固 (二)冰冻切片染色： 1、无需脱蜡，直接迅速用蒸馏水冲洗。 2、染色、脱蜡、透明、封固步骤同石蜡切片的染色步骤，时间可以相应缩短。 (三)细胞染色： 1、4%多聚甲醛固定10～20min。 2、自来水冲洗2次，每次2min。 3、蒸馏水冲洗2次，每次2min。 4、染色、脱蜡、透明、封固步骤同石蜡切片的染色步骤。
铁氧化物与普鲁士蓝类化合物的形貌可控合成与非经典结晶机理研究
铁氧化物与普鲁士蓝类化合物的形貌可控合成与非经典结晶机理研 究 【摘要】：随着材料科学的持续发展,新材料的开发与材料性能的提高成为研究热点。已有研究表明,通过对材料的形貌可控合成,可提高材料性能,并可望以形貌均一的材料为筑块,构成多功能复合材料。由于材料的形貌可控合成涉及到材料学、材料化学、材料物理、结晶学以及仿生学等诸多领域,已成为一个跨学科的基础性研究课题。随着材料形貌可控合成研究的深入开展,已取得了丰富的研究成果,但仍有一些重要问题有待解决。如：开发通用的形貌可控乃至成分可控的简易液相合成方法；合成结构有序的分级材料,并对其组装方式和原因进行深入探讨；研究非经典结晶现象,并推动非经典结晶理论的完善等。为开发较具普适性的无机物形貌可控合成方法,合成结构有序的分级无机材料以及研究形貌可控合成过程中的经典与非经典结晶现象,厘清其机理。本文以水热法、固相热分解法和离心助界面沉淀法等进行无机材料的形貌可控合成；采用X射线衍射分析(XRD)、穆斯堡尔谱、选区电子衍射(SAED)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外可见光谱(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)及全自动比表面积及微孔物理吸附分析仪等多种分析测试手段,对合成产物的结构、成分、形貌、分级结构的组装方式、磁学性能及多孔材料的比表面积与孔径分布等进行了表征和分析。通过研究,得出了如下主要结果：1.以亚铁氰化钾为单源母体,以水热法为合成方法,通过调节各项反应参数,制备成份与
形貌可控的铁氧化物与普鲁士蓝类化合物。(1)当NaOH浓度为0.1mol/L时,产物为片状四氧化三铁。这种四氧化三铁面积大,其边长约为数十微米。通过对产物形貌随时间变化的研究表明,片状四氧化三铁由纳米颗粒定向组装而成,表现出单晶体的衍射特征。当NaOH 浓度为1mol/L时,产物为类八面体状四氧化三铁,SAED表明其为单晶结构。通过对产物形貌随时间变化的研究表明,类八面体状四氧化三铁由片状四氧化三铁溶解后再结晶形成。(2)在中性环境中,制得了普鲁士白微晶。穆斯堡尔图谱分析表明,这是首次成功合成能在空气中稳定存在的普鲁士白产物。SEM表明产物为立方状普鲁士白微米颗粒,边长约为2-5微米,且部分晶体内部含立方状大孔。分析表明,普鲁士白立方体由层层组装缓慢生长形成,其中大孔的形成是受溶解作用的影响。(3)在酸性环境中,制得了普鲁士蓝介晶。研究表明,当盐酸浓度超过1mol/L时,可获得八面体状介晶。此八面体介晶的长轴长度约为7微米左右,由数百纳米的颗粒组装构成。SAED表明其表现出单晶的衍射行为特征,说明产物为有序分级组装体。研究表明,由于在酸性条件下,普鲁士蓝易被腐蚀,当对普鲁士蓝的腐蚀作用使纳米粒子达到一个适中的浓度时,形成普鲁士蓝介晶。(4)在酸性环境中,在添加聚乙二醇(PEG)的前提下,制得了普鲁士蓝介晶。产物为赝截角立方体,两端距离约为5-6微米。由纳米颗粒与亚微米立方体组装而成。(5)在酸性环境中,在添加CTAB的前提下,制得了突出立方体状普鲁士蓝微晶。研究表明,CTAB可抑制普鲁士蓝的成核,使产物尺寸均一性提高,并可吸附在普鲁士蓝晶体的表面,引发盐酸对其普鲁士蓝立方体边、角的
普鲁士蓝染色试剂盒的染色原理
普鲁士蓝染色试剂盒的染色原理 普鲁士蓝染色试剂盒分为三种包括伊红法、中性红法、核固红法等。染色原理基本相同，根据复染时染色液的不同区别为这3种方法。 含铁血黄素(hemosiderin)是一种血红蛋白源性色素，为金黄色或棕黄色颗粒，因其含铁、金黄色，故称为含铁血黄素。当红细胞被巨噬细胞吞噬后，在溶酶体酶的作用下，血红蛋白被分解为不含铁的橙色血质和含铁的含铁血黄素。Perls普鲁士蓝反应(Prussian blue reaction)又称为含铁血黄素染色，即经过亚铁氰化钾和稀酸处理后可以产生蓝色，常见于吞噬细胞内或间质内，主要显示三价铁盐。Perls普鲁士蓝是非常经典的组织化学反应，是显示组织内三价铁的一种敏感、传统优良的方法。 染色原理： 亚铁氰化钾溶液使三价铁离子从蛋白质中被稀盐酸分离出来，三价铁与亚铁氰化钾反应，生成一种不溶解的蓝色化合物即三价铁的亚铁氰化物普鲁士蓝，所以该反应被称为普鲁士蓝反应。三价铁的亚铁氰化物是一种很稳定的化合物，在反应后可用红色染色剂进行复染，如核固红、伊红、中性红等。 Perls stain常用于显示局部组织内的各种出血性病变，常见于吞噬细胞内。在判断含铁血黄素沉积时，用Perls反应可以得到证实, 该染色法可以很好地区分含铁血黄素与其他色素。该染色液稳定性好、可以长期保存、不易产生沉淀、应用范围广，可以进行复染。 复染特点：
普鲁士蓝染色试剂盒（Perls stain，伊红法），其复染液采用伊红染色液，也是常用的复染液，该复染液染色时间较核固红染色液要短。 普鲁士蓝染色试剂盒（Perls stain，核固红法），该染色液的复染液采用核固红，是最经典、最常用的复染液。 普鲁士蓝染色试剂盒（Perls stain，中性红法），该染色液的复染液采用中性红，该复染液染色时间比较灵活，可以相应缩短。 染色结果： 含铁血黄素或三价铁蓝色 细胞核、其他组织红色
普鲁士蓝染色试剂盒说明书
普鲁士蓝染色试剂盒(Perls stain，核固红法) ----北京华越洋生物GT355-H 含铁血黄素（Hemosiderin）是一种血红蛋白源性色素，为金黄色或棕黄色颗粒，因其含铁、金黄色，故称为含铁血黄素。当红细胞被巨噬细胞吞噬后，在溶酶体酶的作用下，血红蛋白被分解为不含铁的橙色血质和含铁的含铁血黄素。 Perls stain 常用于显示局部组织内各种出血性病变，常见于吞噬细胞内。在判断含铁血黄素沉积时，用Perls 反应可以得到证实，该染色方法可以很好的区分含铁血黄素和其他色素。该染色液稳定性好、可以长期保存、不易产生沉淀、应用范围广、可以进行复染。该染色液的复染液采用核固红，是最经典、最常用的复染液。 产品洯成： 规格2×50ml 2×100ml Storage Perls stain A 25ml 50ml RT避光 Perls stain B 25ml 50ml RT 临用前，取A1、A2等量混合，即为试剂(A)Perlsstain，不宜提前配制。试剂(B): 核固红染色液50ml 100ml RT 避光 使用说明书 1 份 自备材料： 1、10%的中性福尔马林 2、系列乙醇 3、蒸馏水 4、4%的多聚甲醛
操作步骤（仅供参考）： （一）石蜡切片染色 1、组织固定于10%中性福尔马林，常规脱水包埋。 2、切片厚度4um，常规脱蜡至水。 3、蒸馏水水洗1min。 4、切片入Perls stain（见注意事项4），浸染15-30min。 5、蒸馏水充分冲洗2-5min。 6、入核固红染色液，淡染细胞核5-10min。 7、自来水冲洗1-5s。 8、常规脱水透明，中性树胶封固。 （二）冰冻切片染色 1、无需脱蜡，直接迅速用蒸馏水冲洗2～3min。 2、染色、脱蜡、透明、封固步骤同石蜡切片的染色步骤。（三）细胞染色 1、4%多聚甲醛固定10～20min。 2、自来水冲洗2 次，每次2min。 3、蒸馏水冲洗2 次，每次2min。 4、染色、脱蜡、透明、封固步骤同石蜡切片的染色步骤。染色结果： 含铁血黄素或三价铁蓝色 细胞核、其他组织红色 阴性对照（可选）
聚苯胺-普鲁士蓝
52 纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用 第三章基于PANI-PB/MWNTs纳米复合材料的葡萄糖生物传感器的 研究 葡萄糖酶生物传感器已广泛用于食品工业中进行质量检验以及在临床中检测糖尿病。在所有的酶生物传感器中，大约85%是研究葡萄糖生物传感器的[1-4]。极大部分葡萄糖生物传感器是通过检测酶反应产物H2O2来间接检测葡萄糖，对于葡萄糖的检测主要基于以下反应。 GOD(FAD) + D-glucose →GOD(FADH2)+gluconolactone （3-1） GOD(FADH2) + O2→GOD(FAD) + H2O2 （3-2）由反应可知过氧化氢氧化所产生的电流信号与葡萄糖含量成线性关系。在检测过氧化氢时，较高的检测电位使传感器易受生理溶液中电活性干扰物（如抗坏血酸，尿酸等）的影响。普鲁士蓝（PB）作为生物电分析化学中常用的电子媒介体，可以在低电位下催化还原H2O2，而且具有价格便宜，容易制备等特点[5-7]。如前章所述，普鲁士蓝有致命的弱点就是在中性及碱性条件下不稳定，从而导致所制备的酶生物传感器的性能也不稳定[8]，因此提高普鲁士蓝在电极上的稳定性，是制备高稳定性酶生物传感器的前提。 PB通常是通过电化学还原FeCl3-Fe(CN)6溶液而制备的，在本章中，首次采用一步原位化学还原的方法制备了聚苯胺-普鲁士蓝（PANI-PB）复合材料，然后将多壁碳纳米管分散在这种纳米颗粒的溶液中，最终得到PANI-PB/MWNTs复合材料，该复合材料表现良好的稳定性和电催化活性，用该材料制备的生物传感器也表现出良好的稳定性。 第一节实验药品、仪器及方法 3.1.1 实验药品及仪器
聚苯胺普鲁士蓝讲解
纳米复合材料的制备及其在生物传感器和生物燃料电池中的应用123 第七章基于聚合物膜保护的PB纳米粒子的生物传感器的研究 普鲁士蓝（PB）作为六氰合金属配合物的典型代表常被用于电致变色、电化学、光物理以及磁性材料和分析化学等方面。由于其优越的电催化能力，PB常被用作安培型生物传感器的电子媒介体[1-3]，另一方面，有文献报道普鲁士蓝在中性及碱性溶液中很不稳定，所制备的电极甚至只有存放几个小时[4，5]，从而导致所制备的酶生物传感器的性能也不稳定。为了克服这些困难，文献上已经报道了很多提高PB稳定性的方法，如微乳液法[6]，聚合物保护法[7，8]，模板法[9]等。Zhang等人报道了在酸性溶液中合成PB纳米串的方法，所制备的PB纳米粒子小于50 nm，由于具有很大的比表面，从而提高了PB 的稳定性[10]。Xia 等人报道了向H2O2和K3Fe(CN)6 溶液逐渐加入FeCl3的方法，所制备的PB 和碳纳米管之间表现出协同效应，提高了PB 的稳定性[11]。近年来聚合物保护法制备PB也受到人们的关注，Kitagawa 等人报道了采用poly(diallydimethylammonium chloride) 作为保护膜制备了高分散的PB 纳米粒子[12]。Yakhmi等人也报道了采用聚苯胺保护的PB膜[13，14]。在所有的导电聚合物中，聚吡咯是最具吸引力的，因为它即使在中性条件也具有优越的导电性，良好的环境稳定性和很好的生物相容性。Vidal等人报道了采用电沉积的方法制备PPY/PB复合膜，但至今还没人报道采用化学还原的方法制备PPY@PB纳米粒子[15]。 在本文中，首次用一种简单的方法制备了聚吡咯-普鲁士蓝复合材料。然后将多壁碳纳米管分散在这种掺杂纳米颗粒的溶液中。最终得到PPY@PB/MWNTs复合材料，通过利用CNTs与PB的协同效应制备了电化学传感器[16]，该复合材料表现良好的稳定性和电催化活性，用该材料制备的生物传感器也表现出良好的稳定性。
普鲁士蓝
普鲁士蓝 这种神奇的颜料是一个叫狄斯巴赫的德国人于1704年，用草木灰，牛血和氯化铁制成的。 它色泽深沉呈现出奇异的夜空蓝，还能发出青或红的光。为了好卖和不让自己的秘方泄露，又由于他的发现者是德国人，便给他起了普鲁士蓝的名字。它又叫铁蓝，柏林蓝，中国蓝。 听到普鲁士蓝的成分，许多人会吓一跳。普鲁士蓝成分的基础是亚铁氰化铁，现在普鲁士蓝一般有两种，铵铁蓝【Fe(NH4)Fe(CN)6】和钾铁蓝【Fe.K.Fe(CN)6】。无论是哪一种普鲁士蓝，里面都有吓人的CN。 CN，氰，大家都会想到剧毒的氰化钾或是氰化氢。其实，普鲁士蓝毒性并不大，还可以用来解毒。大家都见过元素周期表，一定知道铊的毒性是很大的，而普鲁士蓝正好可以解除铊的毒性。因为铊可置换普鲁士蓝上的铁后形成不溶性物质,使其随粪便排出。
工业上生产普鲁士蓝用的是亚铁盐和亚铁氰化钠或亚铁氰化钾反应，随即将沉淀氧化成普鲁士蓝。在这之前，需要先把他们配制成溶液。 硫酸亚铁，硫酸铵和亚铁氰化钾反应，生成了一种叫做白浆的物质，它的化学式是[Fe(NH4)2Fe(CN)6]，生成白浆的化学方程式为：FeSO4+(NH4)2SO4+NaFe(CH)6=Fe(NH4)2Fe(CN)6+2NaSO4 把白浆用硫酸酸化，再用氯酸钾在50~60℃氧化一小时，或在20~30℃时用重铬酸钾氧化。 氯酸钾的氧化过程可用下面的方程式表示： 6Fe(NH4)2Fe(CN)6+KClO3+3H2SO4=6Fe(NH4)Fe(CN)6+KCl+3 H2O+3(NH4)SO4 它的产品就是铵铁蓝。如果用亚铁氰化钾代替亚铁氰化钠和硫酸铵，产品就是钾铁蓝。
第3章普鲁士蓝的初步研究
第3章普鲁士蓝的初步研究 世界上第一种铁蓝于1704年首先在普鲁士（在今日的德国）合成,故称为普鲁士蓝(Prussian Blue)。由于色泽鲜艳，着色力强，广泛用于造漆、油墨、绘画颜料和蜡笔、涂饰漆布、漆纸以及塑料制品等着色。近年来，具有300多年历史的普鲁士蓝又受到了人们的重视，普鲁士蓝膜及其类似物由于在电色显示[1]、电催化[2]和固体电池[3]、分子磁体研究[4]等诸多方面的应用而受到广泛关注。我们对普鲁士蓝的聚集过程、光照稳定性、热稳定性及化学稳定性等进行了较为系统的研究，并在利用纳米普鲁士蓝制备中性墨水、环保可降解墨水等方面作了有益的尝试，取得了初步的研究成果[5-6]。 3.1 普鲁士蓝的制备及用途 有关普鲁士蓝的化学组成有多种，最常见的是亚铁氰化铁钾和亚铁氰化铁两种,其化学式一般认为是KFe[Fe（CN）6]和Fe4[Fe（CN）6]3,工业上它们一般是由亚铁氰化钾（俗名:黄血盐）和亚铁盐反应后，再在酸性介质中经过氧化而生成的。有关普鲁士蓝的结构在许多教科书和专着中已经有论述[7-9],这里对普鲁士蓝的有关性质进行了较为系统的研究。 3.1.1 普鲁士蓝的实验室制备及聚集过程 在实验室利用亚铁氰化钾和氯化铁等三价铁盐反应，即可制得普鲁士蓝，不同的反应物比例所得的产品组成不同。 在亚铁氰化钾和氯化铁的物质的量之比为1:1时，形成的产物是亚铁氰化铁钾 KFe[Fe(CN)6]，一般称为普鲁士蓝(I)，化学方程式如下： K4Fe（CN）6 + FeCl3 == KFe[Fe（CN）6] + 3KCl 该体系是不稳定体系，随着放置时间的增长，粒子间有相互聚集而降低表面能的趋势。从热力学考虑，恒温、恒压下体系有自发降低自由焓的趋势，微粒自发聚集，缩小表面积。由晶核初发育的微粒为一次粒子（线形大小0.1～0.5μm），一次粒子聚集后成为二次粒子（线形大小0.5～10μm）。粒子一旦聚集，其结果是粒子增大，布朗运动速度降低，终于成为动力学不稳定体系。观察发现普鲁士蓝溶液经历了“真溶液→胶体→悬浊液→沉淀”的逐步变化过程，在胶体阶段可观察到明显的丁达尔效应。如果及时稀释到0.005 mol/L，则体系较为稳定，长期放置不会凝聚。如果将生成的沉淀及时分离并干燥，将会得到可溶性蓝色粉末，它是一种特殊形态的纳米级铁蓝颜料“可溶蓝”[10]。当“可溶蓝”干粉加入水中时会立刻散布成胶体状，溶解速度快而均匀，可以达到很好的着色效果。如果陈化后再分离干燥，得到的蓝色粉末溶解性不佳，甚至完全不溶。 将亚铁氰化钾和三氯化铁按物质的量之比为3:4进行反应，得到的产物是亚铁氰化铁Fe4[Fe（CN）6]，一般称为普鲁士蓝(Ⅱ)，化学方程式如下： 3K4Fe（CN）6+4FeCl3 ==Fe4[Fe（CN）6]3↓+12KCl 首先称取亚铁氰化钾和三氯化铁，分别放入100ml的烧杯中加水充分溶解。将亚铁氰
浅谈普鲁士蓝
淺談普魯士藍-P r u s s i a n b l u e 高雄女中化學教師蕭米珍老師 高中教材在金屬章節中，曾提及普魯士藍，現就其相關方面做一簡單介紹。 普魯士藍-P r u s s i a n b l u e，化學名稱：亞鐵氰化鐵,分子式:Fe4[Fe(CN)6]3，分子量: 859.25，簡稱：P B，是一種古老的深藍色顏料可以用來上釉和做油畫染料。它也叫做巴黎藍-P a r i s b l u e或米洛麗藍-M i l o r i b l u e，德文稱為：柏林藍-P r e u?i s c h b l a u或B e r l i n e r b l a u。 一、歷史發展: 故事是起源於18世紀初有一個名叫海涅?狄斯巴赫(Heinrich Diesbach)的德國人，他是一位調配顏料的藝術家，當時，他嘗試調配一種深紅色的顏料，它是由鋁的化合物和碳酸鉀反應生成氫氧化鋁的沉澱，再加入紅色的染料，攪拌，萃取後製得。狄斯巴赫缺乏所需要的碳酸鉀，所以他就向煉金術士Johann Konrad Dipple購買，Dipple並未提煉出黃金，但卻提煉出一種稱為“動物油”的藥物。狄斯巴赫將碳酸鉀和牛血混合在一起進行焙燒，再用水浸取焙燒後的物質，過濾掉不溶解的物質以後，得到清亮的溶液，把溶液蒸濃以後，便析出一種黃色的晶體。當狄斯巴赫將這種黃色晶體放進三氯化鐵的溶液中，便產生了一種顏色很鮮豔的藍色沉澱。狄斯巴赫經過進一步的試驗，發現這種藍色沉澱竟然是一種性能優良的塗料。想像一下，當狄斯巴赫調配出來的顏色不是他想要的深紅色，而是另一種藍色時，他有多驚訝!會導致這樣的結果是因為他所使用的碳酸鉀被所謂的“動物油”污染了，它是由動物死屍的血液、骨頭和內臟所蒸餾出來含有惡臭味的煉金藥液，在當時，這種煉金藥液是很受歡迎的一種萬能藥，因為當時流行這樣的想法:外表看起來令人不悅的物質也一定有它的益處。我們現在知道，所謂的“動物油”中含有氮的有機物質，藉由加熱反應產生含C-N鍵結，而生成如烷基氰化物等，導致無意中製造出普魯士藍。自此以後，藝術家就多了一種藍色的顏料，普魯士藍並不是存在自然界，而是人為無意中製造出來的。 雖然製造普魯士藍所需的有機成分很早就知道，不過它的調製配方被視為秘密，直到1724年才由John Woodward在羅馬完整的公佈出來:一種所謂乾燥氧化血液的方法，作為起始物質。從加熱過程分解鐵的含氮的有機物和碳酸鉀，製成最初的鐵鹽產物，就是現在我們所說的亞鐵氰化鉀(potassium ferrocyanide)，最初是以古代的德文-blutlaugensaltz，即“blood-residue salt”稱之，當時以為是氰酸鉀。普魯士藍的偶然發現，也打開了化學家的另一個研究領域─氰化物系列，氰化物這個名稱是來自希臘文─kyaneos(黑藍色之意)，雖然大部份的氰化物是無色。1772年氮才被Daniel Rutherford確認為是一種元素，在這之前，即當時化學界的Scheele，Cavendish和Priestley認為氮是非燃素 ─dephlogisticated。1782年Scheele才第一次製備出氫化氰氣體，他稱為普魯士
药品常识普鲁士蓝
1、普鲁士蓝 颜料蓝27，英文名称为Pigment Blue 27，中文别名为C.I.颜料蓝27，CAS号为12240-15-2，分子式为C6Fe2KN6，廉价深蓝色无机颜料，大量为涂料和印墨等工业所采用，不产生渗色现象。除作为蓝色颜料单独使用外，它与铅铬黄可拼成铅铬绿，是油漆中常用的绿色颜料。 分子式:C6Fe2KN6分子量:306.8927 物性数据折叠编辑本段 深蓝色粉末。相对密度1.8。不溶于水、乙醇和醚，溶于酸碱。色光可在暗蓝至亮蓝之间，色泽鲜艳，着色力强，扩散性强，吸油量大，遮盖力力略差。粉质较坚硬，不易研磨。能耐晒、耐稀酸，但遇浓硫酸煮沸则分解；耐碱性弱，即使是稀碱也能使其分解。不能与碱性颜料共用。加热至170～180℃时开始失去结晶水，加热至200～220℃时会燃烧放出氢氰酸。成分中除有能改进颜料性能的少量附加物外，不允许含有填充料。 合成方法折叠编辑本段 反应方程式如下：生成白浆 2FeSO4+xK4Fe(CN)6→2K2SO4+Fe2Fe(CN)6·(x-1)K4Fe(CN)6 白浆氧化 6FeK2Fe(CN)6+3H2SO4+KClO3→6FeKFe(CN)6+KCl+3H2O+3K2SO4 钾铁蓝配方： K4Fe(CN)6·3H2O 100kg,FeSO4·7H2O 76kg, H2SO4 40kg, KClO3 5.5kg 铵铁蓝配方：Na4Fe(CN)6·10H2O 100kg, FeSO4·7H2O 66kg, H2SO4 35kg, KClO3 5kg, (NH4)2SO2 33kg 反应溶液的制备。将亚铁氰化钾或钠用水溶解配成100g/L的浓度，用蒸汽加热至70℃。将硫酸亚铁也配成100g/L的溶液，并用硫酸调pH值为1.5左右。制备铵铁蓝时，把硫酸铵溶于硫酸亚铁中。白浆的形成和热煮。在70℃并在搅拌下把硫酸亚铁溶液在10～15min加入，硫酸亚铁加完后，随即升温至95℃以上，并滤取白浆的滤液，检定其中的硫酸亚铁剩余量。在正常情况下，母液中应剩余硫酸亚欠缺1.5～2g/L。若超过此量，应补加亚铁氰化钾或钠；若不足，应补加硫酸亚铁。白浆的酸煮和氧化。白浆形成后，随即将稀释的硫酸加入酸煮，酸煮温度在95℃以上并保持2h。酸煮温度高和时间长，得到铁蓝着色力较强，质地较软，亮度也较好。酸煮结束，随即用冷水稀释白浆至1.8m3 ，并调节温度为70℃，在70℃下于20min内把预先溶于水浓度为10%的氯酸钾溶液缓慢加入，加完继续在70℃下氧化3h。氧化终点以母液中不再有二价铁为标志。铁蓝制成后必须彻底洗净水溶性