CN102313768A - 一种在抗坏血酸存在下同时测定多巴胺和尿酸的修饰玻碳电极、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
一种在抗坏血酸存在下同时测定多巴胺和尿酸的修饰玻碳电极、制备方法及应用，属于电化学分析检测技术领域。是一种铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管修饰的玻碳电极，酞菁钴原位生长在多壁碳纳米管上，铂纳米粒子原位生长在酞菁钴上。制备方法是：通过原位合成法制备了酞菁钴-多壁碳纳米管复合材料，利用化学还原法让铂纳米粒子吸附到酞菁钴-多壁碳纳米管表面，采用滴涂法制备了铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管修饰玻碳电极；制作一种新型的电化学生物传感器，可用于在抗坏血酸存在下，对多巴胺和尿酸的同时检测。本发明制备方法简单、快速、易操作，选择性良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗坏血酸存在下，同时检测多巴胺和尿酸的玻碳电极及其制备方法和应用，属于电化学分析检测技术领域。
背景技术
多巴胺是中枢神经系统中一种重要的神经递质，低浓度的多巴胺可能导致神经混乱如帕金森综合症和精神分裂症。尿酸是一种尿液新陈代谢的终产物，过高或过低浓度的尿酸时多种疾病的症状，如痛风和高尿酸血症。抗坏血酸以其抗氧化的特性而著称，大量研究表明抗坏血酸在基因表达和作为双加氧化酶的共基质时起重要作用。多巴胺、尿酸和抗坏血酸总是同时存在于生物样品中，其检测的主要问题是多巴胺、尿酸和抗坏血酸的氧化电位相对于裸电极几乎相同，选择性很差，因此制备各种各样的修饰电极成为现今研究的热门课题。
自从碳纳米管(CNT)于1991年发现以来，它由于其出色的力学、电磁学、化学特性和生物相容性，经过化学和生化功能化后，越来越多的应用于电化学和生物传感器的研究。
酞菁(Pc)具有共面的18个π电子共轭大环体系，表现出优越的光学特性、化学稳定性和热稳定性。金属酞菁是酞菁中心的两个氢原子被金属粒子取代替，与其中两个氮原子形成共价键，并与另外两个氮原子以配位键结合而形成稳定的络合物。酞菁化合物因其结构上的可调变性和独特的物理和化学性质，在分子电子元器件、化学传感器等领域具有广阔的应用前景。
金属纳米粒子由于尺寸小，使其具有巨大的比表面积，表面的键态和电子态与颗粒内部有着显著的不同，表面原子配位不全等，导致表面的活性位置增加，因此被用做催化剂、吸附剂和传感器，其中对铂等贵金属的研究最为广泛。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管修饰玻碳电极及制备方法，使用本方法制得的电极作为一种新型的电化学生物传感器，可用于在抗坏血酸存在下，同时对多巴胺和尿酸进行检测。
为实现上述目的本发明通过以下技术方案实施。
本发明的一种在抗坏血酸存在下同时测定多巴胺和尿酸的修饰玻碳电极，其特征在于，一种铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管修饰的玻碳电极，酞菁钴原位生长在多壁碳纳米管上，铂纳米粒子原位生长在酞菁钴上。
本发明上述一种新型修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将多壁碳纳米管溶于有机溶剂中超声配制成浓度为1～15mg/mL悬浊液备用；将邻苯二腈、无水氯化钴(CoCl2)和二氮双杂环(DBU)在上述悬浊液中超声混合均匀，其中反应物邻苯二腈、CoCl2以及DBU的摩尔比为2～4∶1～4∶2～4；
(2)将上述混合物在氮气保护下，于130～220℃下搅拌反应1～4h，产物过滤后用无水甲醇洗涤，烘干后得深黑色粉末状固体，即酞菁钴-多壁碳纳米管(CoPc-MWNT)；
(3)将多壁碳纳米管-酞菁钴溶于蒸馏水中配制成0.1～5mg/mL的悬浊液备用；向上述悬浊液中加入氯铂酸溶液，搅拌加热至80℃后，逐滴加入柠檬酸钠溶液保温1～2h，再滴加硼氢化钠溶液，搅拌回流1～8h，其中反应物氯铂酸、柠檬酸钠以及硼氢化钠的摩尔比为0.1～1∶1～4∶0.5～10；产物过滤后用无水乙醇洗涤，烘干得黑色粉末铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管(Pt-CoPc-MWNT)；
(4)称取步骤(3)的Pt-CoPc-MWNT粉末，超声分散于无水乙醇中，即得分散均匀的复合修饰剂；
(5)将分散均匀的复合修饰剂滴涂于干净的玻碳电极(GCE)表面，室温下干燥，即得到本发明所述的铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管修饰玻碳电极(Pt-CoPc-MWNT/GCE)。
其中，所述的多壁碳纳米管，直径为20～200nm，长度为2～20μm；步骤(1)中所述的有机溶剂选自正戊醇、喹啉、硝基苯、氯萘或三氯苯等其中至少一种。
本发明利用CoPc-MWNT复合材料和铂纳米粒子的吸附性，使Pt-CoPc-MWNT固定于玻碳电极表面，制备了Pt-CoPc-MWNT/GCE。本发明所得玻碳电极可用于在抗坏血酸存在下，同时检测多巴胺和尿酸，具体的可将所述的新型修饰玻碳电极作为工作电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，组成三电极系统，即可在pH为7.0的磷酸缓冲溶液(PBS)中实现在抗坏血酸存在下，同时对多巴胺和尿酸进行检测。
采用线性扫描伏安法和计时电流法研究了该修饰电极在pH为7.0的磷酸缓冲溶液(PBS)中，在抗坏血酸存在下，对多巴胺和尿酸的电催化性能。本方法检测DA和UA的线性范围分别为5.0×10-6～1.7×10-4M和5.0×10-6～1.0×10-4M，检出限分别为2.6×10-6M和1.4×10-6M，响应时间分别为2s和3s，平行检测5次的相对标准偏差分别为2.08％和2.37％，30天时检测响应电流仍保持在95％以上。
本发明制备了一种铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管修饰玻碳电极，制备方法简单、快速、易操作，选择性良好，可以在抗坏血酸存在下，同时对多巴胺和尿酸进行检测。
附图说明
图1为本发明中Pt-CoPc-MWNT/GCE在0.1mol/L PBS(pH 7.0)、3mM AA和不同浓度[DA+UA]溶液中的线性扫描伏安图；
[DA+UA]：100、200、300、400、500、600、700和800uM；
图2为本发明中Pt-CoPc-MWNT/GCE对DA的计时安培曲线；
图3为本发明中Pt-CoPc-MWNT/GCE电极对UA的计时安培曲线。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，决不限制本发明的保护范围。以下实施例中多壁碳纳米管，直径为20～200nm，长度为2～20μm。
实施例1
Pt-CoPc-MWNT修饰玻碳电极的制备
(1)将1g邻苯二腈、0.25g无水氯化钴、1mL DBU和40mL 0.0025g/ml的多壁碳纳米管的正戊醇悬浊液超声混合均匀，在氮气保护下，140℃下加热搅拌2h，产物过滤后用无水甲醇洗涤，在80℃下干燥4h，得深黑色粉末CoPc-MWNT；
(2)称取0.02mg的多壁碳纳米管-酞菁钴于圆底烧瓶中，加入5mL 1％的氯铂酸溶液和75mL蒸馏水，搅拌加热至80℃温度后，逐滴加入15mL 1％的柠檬酸钠溶液保温1h，再滴加2mL 1％的硼氢化钠溶液，搅拌回流4h，产物过滤后用无水乙醇洗涤，烘干得黑色粉末Pt-CoPc-MWNT；
(3)称取6mg Pt-CoPc-MWNT，超声分散于2mL的无水乙醇中；将分散均匀的复合修饰剂滴涂于干净的玻碳电极(GCE)表面，室温下干燥，即得到Pt-CoPc-MWNT/GCE。
实施例2
Pt-CoPc-MWNT修饰玻碳电极的制备
(1)将0.6g邻苯二腈、0.18g无水氯化钴、0.6mL DBU和30mL 0.0033g/ml的多壁碳纳米管的硝基苯悬浊液超声混合均匀，160℃下加热搅拌3h，产物过滤后用无水甲醇洗涤，在100℃下干燥2h，得深黑色粉末CoPc-MWNT；
(2)称取0.04mg的CoPc-MWNT于圆底烧瓶中，加入10mL 1％的氯铂酸溶液和40mL蒸馏水，搅拌加热至80℃温度后，逐滴加入20mL 1％的柠檬酸钠溶液保温2h，再滴加2mL1％的硼氢化钠溶液，搅拌回流4h，产物过滤后用无水乙醇洗涤，烘干得黑色粉末Pt-CoPc-MWNT；
(3)称取3mg Pt-CoPc-MWNT，超声分散于1mL的无水乙醇中；将分散均匀的复合修饰剂滴涂于干净的玻碳电极(GCE)表面，室温下干燥，即得到Pt-CoPc-MWNT/GCE。
实施例3
Pt-CoPc-MWNT修饰玻碳电极的制备
(1)将1.5g邻苯二腈、0.35g无水氯化钴、2mL DBU和60mL 0.003g/ml的多壁碳纳米管的三氯苯悬浊液超声混合均匀，160℃下加热搅拌2h，，产物过滤后用无水甲醇洗涤，在100℃下干燥2h，得深黑色粉末CoPc-MWNT；
(2)称取0.08mg的CoPc-MWNT于圆底烧瓶中，加入20mL 1％的氯铂酸溶液和75mL蒸馏水，搅拌加热至80℃温度后，逐滴加入30mL 1％的柠檬酸钠溶液保温1h，再滴加2mL1％的硼氢化钠溶液，搅拌回流4h，产物过滤后用无水乙醇洗涤，烘干得黑色粉末Pt-CoPc-MWNT；
(3)称取3mg Pt-CoPc-MWNT，超声分散于1mL的无水乙醇中；将分散均匀的复合修饰剂滴涂于干净的玻碳电极(GCE)表面，室温下干燥，即得到Pt-CoPc-MWNT/GCE。
实施例4
电化学测试
将实施例1中得到的Pt-CoPc-MWNT修饰玻碳电极用于电化学测试：
(1Pt-CoPc-MWNT/GCE对不同浓度[DA+UA]的线性扫描伏安测试。将Pt-CoPc-MWNT/GCE作为工作电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极；底液为0.1mol/L PBS(pH 7.0)、3mM AA和不同浓度[DA+UA]的混合溶液，[DA+UA]：100、200、300、400、500、600、700和800uM；扫描范围为-0.2～0.6V，扫速为100mV/s，线性扫描伏安测试结果见图1。
图2为Pt-CoPc-MWNT/GCE对DA的计时安培曲线。将Pt-CoPc-MWNT/GCE作为工作电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极；底液为0.1mol/L PBS(pH 7.0)；恒定电压为0.18V，在磁力搅拌下，连续加入不同浓度的DA溶液，测试结果见图2。
图3为Pt-CoPc-MWNT/GCE对UA的计时安培曲线。将Pt-CoPc-MWNT/GCE作为工作电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极；底液为0.1mol/L PBS(pH 7.0)；恒定电压为0.32V，在磁力搅拌下，连续加入不同浓度的UA溶液，测试结果见图3。
本方法检测DA和UA的线性范围分别为5.0×10-6～1.7×10-4M和5.0×10-6～1.0×10-4M，检出限分别为2.6×10-6M和1.4×10-6M，响应时间分别为2s和3s，平行检测5次的相对标准偏差分别为2.08％和2.37％，30天时检测响应电流仍保持在95％以上。
以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种在抗坏血酸存在下同时测定多巴胺和尿酸的修饰玻碳电极，其特征在于，一种铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管修饰的玻碳电极，酞菁钴原位生长在多壁碳纳米管上，铂纳米粒子原位生长在酞菁钴上。
2.一种权利要求1所述的修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于，通过原位合成法制备了酞菁钴-多壁碳纳米管复合材料，利用化学还原法让铂纳米粒子吸附到酞菁钴-多壁碳纳米管表面，采用滴涂法制备铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管修饰玻碳电极，具体包括以下步骤：
(1)将多壁碳纳米管溶于有机溶剂中超声配制成浓度为1～15mg/mL悬浊液备用；将邻苯二腈、无水氯化钴(CoCl2)和二氮双杂环(DBU)在上述悬浊液中超声混合均匀，其中反应物邻苯二腈、CoCl2以及DBU的摩尔比为2～4∶1～4∶2～4；
(2)将上述混合物在氮气保护下，于130～220℃下搅拌反应1～4h，产物过滤后用无水甲醇洗涤，烘干后得深黑色粉末状固体，即酞菁钴-多壁碳纳米管(CoPc-MWNT)；
(3)将多壁碳纳米管-酞菁钴溶于蒸馏水中配制成0.1～5mg/mL的悬浊液备用；向上述悬浊液中加入氯铂酸溶液，搅拌加热至80℃后，逐滴加入柠檬酸钠溶液保温1～2h，再滴加硼氢化钠溶液，搅拌回流1～8h，其中反应物氯铂酸、柠檬酸钠以及硼氢化钠的摩尔比为0.1～1∶1～4∶0.5～10；产物过滤后用无水乙醇洗涤，烘干得黑色粉末铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管(Pt-CoPc-MWNT)；
(4)称取步骤(3)的Pt-CoPc-MWNT粉末，超声分散于无水乙醇中，即得分散均匀的复合修饰剂；
(5)将分散均匀的复合修饰剂滴涂于干净的玻碳电极(GCE)表面，室温下干燥，即得到本发明所述的铂纳米粒子-酞菁钴-多壁碳纳米管修饰玻碳电极(Pt-CoPc-MWNT/GCE)。
3.按照权利要求2的方法，其特征在于，所述的多壁碳纳米管，直径为20～200nm，长度为2～20μm。
4.按照权利要求2的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的有机溶剂选自正戊醇、喹啉、硝基苯、氯萘或三氯苯中至少一种。
5.权利要求1的修饰玻碳电极用于在抗坏血酸存在下，同时检测多巴胺和尿酸。
6.权利要求5中的修饰玻碳电极用于在抗坏血酸存在下，同时检测多巴胺和尿酸，将所述的修饰玻碳电极作为工作电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，组成三电极系统，在pH为7.0的磷酸缓冲溶液(PBS)中实现在抗坏血酸存在下，同时对多巴胺和尿酸进行检测。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120111 |