CN103364464B

CN103364464B - 一种用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法

Info

Publication number: CN103364464B
Application number: CN201310330610.3A
Authority: CN
Inventors: 李红波; 李静; 王伟; 高雷; 李威
Original assignee: Yangcheng Institute of Technology
Current assignee: Yangcheng Institute of Technology; Yancheng Institute of Technology
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2033-07-31
Also published as: CN103364464A

Abstract

本发明公开一种用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法，其特征在于上述光电化学传感器的构建方法包括如下步骤：（1）将ITO导电玻璃作为工作电极、银/氯化银作为参比电极、铂丝作为对电极，制备纳米氧化锌光阳极；（2）制备氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极。本发明方法通过构建氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极，产生的光电流比氧化锌光阳极的提高77.3%，表明本方案的设计能够有效地促进载流子对的分离，从而提高检测灵敏度。

Description

一种用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法，属于仪器分析测试领域。

背景技术

光电化学检测是一种新颖的测试方法，该方法是基于光激发光电信标导致电子-空穴对的分离，在合适的偏电位条件下，实现电子在分析物、半导体及电极上快速传递，从而形成光电流，分析物的存在能够定量地影响光电流的变化，从而实现对分析物的光电化学检测。就光电信标而言，目前的设计体系主要基于单一的半导体，例如：纳米二氧化钛、硫化镉、硒化镉、碲化镉、吡啶钌、聚噻吩衍生物等。然而，单一的半导体由于光生电子对易复合，从而抑制光电信号的产生及进一步地影响光电化学检测灵敏度。而且，镉系半导体为非环境友好物质。因此，提高光生载流子对的有效浓度，提高光电转化效率是提高光电化学检测灵敏度的关键。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能促进电子-空穴对的有效分离，提高光生电子的生成比率的用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法。

技术方案：本发明所述的用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法，上述光电化学传感器的构建方法包括如下步骤：

（1）将ITO导电玻璃作为工作电极、银/氯化银作为参比电极、铂丝作为对电极，将三电极插入含有5 mmol L^-1 的Zn(NO₃)₂ · 6H₂O 溶液于60～80℃下沉积20～40分钟，沉积电位为-1.1～-0.9V，反应结束后，在ITO导电玻璃表面生成一层致密的白色物质纳米氧化锌，形成纳米氧化锌光阳极；

（2）清洗纳米氧化锌光阳极表面，然后将三电极插入含有0.05 mol L^-1 CuSO₄和0.1 mol L^-1 柠檬酸钠溶液中，调整溶液pH 为11～12，于60～80℃下沉积20分钟，沉积电位为-0.5～-0.4 V；反应结束后，在纳米氧化锌光阳极表面形成一层棕红色的氧化亚铜，经纯水清洗表面的母液后，将其放在110℃下烘60分钟后即成氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极。

所述ITO导电玻璃为1厘米×4厘米单元尺寸，在作为工作电极前进行如下处理：用含有1 mol L^-1氢氧化钠及5%双氧水超声清洗30分钟，然后依次用乙醇、丙酮和纯水浸泡洗涤及冲洗并放在空气中晾干。

优选地，步骤（2）中，用4 mol L^-1 NaOH将溶液调成pH为11～12的混合溶液。

本发明方法构建的由氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极构成的三电极体系用于还原型谷胱甘肽的光电流-时间技术定量检测，其中pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液作为支持电解质。

本发明与现有技术相比，其有益效果是： 1、本发明方法通过构建氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极，产生的光电流比氧化锌光阳极的提高77.3%，表明本方案的设计能够有效地促进载流子对的分离，从而提高检测灵敏度；2、本方法还具有快速响应（10 s）、制备简便（2步合成且所需条件及设备均易得和简单）、线性范围宽（2个数量级，其他方法多为1个数量级）、稳定性好（RSD﹤5%）及检出限低（0.8 μmol L^-1）、环境友好等特点。

附图说明

图1为实施例1制得的纳米氧化锌光阳极及氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极的SEM图片及能谱图。

图2为实施例1制得的纳米氧化锌光阳极及氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极的X-射线衍射图。

图3为实施例1中ZnO(a) 和Cu₂O/ZnO (b, c)异质结基光阳极在0.1 mol L^-1 pH 7.0 缓冲盐溶液于不存在(a, b)和存在(c)20 μmol L^-1还原型谷胱甘肽下的光电流响应。

图4为Cu₂O/ZnO 异质结基光阳极在0.1 mol L^-1 pH 7.0 缓冲盐溶液于0, 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40, 60, 80和100 μmol L^-1还原型谷胱甘肽存在下的光电流响应。

图5为Cu₂O/ZnO异质结基光阳极在0.1 mol L^-1 pH 7.0 缓冲盐溶液于20 μmol L^-1还原型谷胱甘肽及20倍的明胶和聚乙烯吡咯烷酮；50倍的葡萄糖、乳糖、甘露醇、山梨醇、甘氨酸、谷氨酸；100倍的氯化钠、氯化钾、氯化钙；5倍的上述每一物质存在下的光电流响应。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法，上述光电化学传感器的构建方法包括如下步骤：

（1）将ITO导电玻璃为1厘米×4厘米单元尺寸，用含有1 mol L^-1氢氧化钠及5%双氧水超声清洗30分钟，然后依次用乙醇、丙酮和纯水浸泡洗涤及冲洗并放在空气中晾干。

将ITO导电玻璃作为工作电极、银/氯化银作为参比电极、铂丝作为对电极，将三电极插入含有5 mmol L^-1 的Zn(NO₃)₂ · 6H₂O 溶液于80℃下沉积20分钟，沉积电位为-1.0V，反应结束后，在ITO导电玻璃表面生成一层致密的白色物质纳米氧化锌，形成纳米氧化锌光阳极，见图1（A），X-射线衍射图见图2。

（2）清洗纳米氧化锌光阳极表面，然后将三电极插入含有0.05 mol L-¹ CuSO₄和0.1 mol L^-1 柠檬酸钠溶液中，用4 mol L^-1 NaOH将溶液pH 调整为11，于60℃下沉积20分钟，沉积电位为-0.5V；反应结束后，在纳米氧化锌光阳极表面形成一层棕红色的氧化亚铜，经纯水清洗表面的母液后，将其放在110 ℃下烘60分钟后即成氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极，见图1（B）（C）（D）。X-射线衍射图见图2。

为了显示本发明方法构建的传感器的优越性，将ZnO光阳极和Cu₂O/ZnO 异质结基光阳极同时放置在0.1 mol L^-1 pH 7.0 缓冲盐溶液中，偏置电位0.2 V，250 W卤钨灯辐射，结果如图3所示，图中a为ZnO光阳极在不存在还原型谷胱甘肽下的光电流响应，b为Cu₂O/ZnO 异质结基光阳极在不存在还原型谷胱甘肽下的光电流响应，c为Cu₂O/ZnO 异质结基光阳极在存在20 μmol L^-1还原型谷胱甘肽下的光电流响应。从中可以得到Cu₂O/ZnO 异质结基光阳极电流比同条件下的ZnO光阳极电流增幅77.3%，结果表明，本方案的设计能够有效地促进载流子对的分离，从而提高检测灵敏度；而Cu₂O/ZnO 异质结基光阳极在有20 μmol L^-1还原型谷胱甘肽存在下能够增幅2.935倍，结果说明，还原型谷胱甘肽的存在可以进一步放大光电流信号，其原理是基于还原型谷胱甘肽失去的电子快速传递给Cu₂O/ZnO 异质结基光阳极，从而可以根据这一原理实现对还原型谷胱甘肽的光电化学法定量检测。

将本发明方法构建的氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极三电极体系置于0.1 mol L^-1pH 7.0 缓冲盐溶液于0, 1, 2, 4, 8, 10, 20, 40, 60, 80和100 μmol L^-1还原型谷胱甘肽溶液中，偏置电位0.2 V，250 W卤钨灯辐射，光电流响应曲线见图4，响应曲线依次由下到上。结果说明还原型谷胱甘肽能够定量地影响光电流的变化，其线性范围为1～10 μmol L^-1 及 20～100 μmol L^-1，检出限为0.8 μmol L^-1。为了证明本方法的选择性，我们考察了还原型谷胱甘肽原药赋形剂对本方法的影响，结果表明20倍的明胶和聚乙烯吡咯烷酮；50倍的葡萄糖、乳糖、甘露醇、山梨醇、甘氨酸、谷氨酸；100倍的氯化钠、氯化钾、氯化钙；5倍的上述每一物质对本方法的测定均不构成干扰（详见图5）。结果表明该方法具有很好的选择性。最终将其运用于还原型谷胱甘肽葡萄糖注射液实际样品中的检测，结果表明测试值0.021 ± 0.002 mmol L^-1 (n=7)和标示值0.020 mmol L^-1一致，证明了本方法的准确性。

实施例2：用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法：

首先运用电化学工作站三电极体系电合成氧化亚铜/氧化锌异质结，具体方案如下：电合成前首先将ITO导电玻璃裁成1厘米×4厘米单元尺寸，然后将其用含有1 mol L^-1氢氧化钠及5%双氧水超声清洗30分钟，然后依次用乙醇、丙酮和纯水浸泡洗涤及冲洗并放在空气中晾干。将ITO导电玻璃作为工作电极（Φ 5.0）、银/氯化银作为参比电极、铂丝作为对电极，将三电极插入含有5 mmol L^-1 的Zn(NO₃)₂ · 6H₂O 溶液于70 ℃下沉积20分钟，沉积电位为-1.1 V。反应结束后，发现ITO表面生成一层致密的白色物质，经表征为纳米氧化锌。用纯水清洗纳米氧化锌光阳极表面的母液，然后将其构成的三电极体系用于氧化亚铜/氧化锌异质结的电合成。将其三电极插入含有0.05 mol L^-1 CuSO₄和0.1 mol L^-1 柠檬酸钠溶液中，用4 mol L^-1 NaOH将其调成pH 11的混合溶液，于70℃下沉积20分钟，沉积电位为-0.4 V。随着反应的进行，氧化锌光阳极表面覆上一层棕红色的氧化亚铜。经纯水清洗表面的母液后，将其放在110℃下烘60分钟后即成氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极材料。

将氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极构成的三电极体系用于还原型谷胱甘肽的光电流-时间技术定量检测，其中pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液作为支持电解质，随着分析物浓度的增大，光电流于分析物浓度在1-40 μmol L^-1及60-200 μmol L^-1区间成线性关系，检出限为0.4 μmol L^-1。为了证明本方法的选择性，我们考察了还原型谷胱甘肽原药赋形剂对本方法的影响，结果表明20倍的明胶和聚乙烯吡咯烷酮；50倍的葡萄糖、乳糖、甘露醇、山梨醇、甘氨酸、谷氨酸；100倍的氯化钠、氯化钾、氯化钙；5倍的上述每一物质对本方法的测定均不构成干扰。（图5可以说明）最终将其运用于还原型谷胱甘肽葡萄糖注射液实际样品中的检测，结果表明测试值0.022 ± 0.002 mmol L^-1 (n=7)和标示值0.020 mmol L^-1一致，证明了本方法的准确性。

实施例3：用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法：

首先运用电化学工作站三电极体系电合成氧化亚铜/氧化锌异质结，具体方案如下：电合成前首先将ITO导电玻璃裁成1厘米×4厘米单元尺寸，然后将其用含有1 mol L^-1氢氧化钠及5%双氧水超声清洗30分钟，然后依次用乙醇、丙酮和纯水浸泡洗涤及冲洗并放在空气中晾干。将ITO导电玻璃作为工作电极（Φ 5.0）、银/氯化银作为参比电极、铂丝作为对电极，将三电极插入含有5 mmol L^-1 的Zn(NO₃)₂ · 6H₂O 溶液于60℃下沉积40分钟，沉积电位为-0.9 V。反应结束后，发现ITO表面生成一层致密的白色物质，经表征为纳米氧化锌。用纯水清洗纳米氧化锌光阳极表面的母液，然后将其构成的三电极体系用于氧化亚铜/氧化锌异质结的电合成。将其三电极插入含有0.05 mol L^-1 CuSO₄和0.1 mol L^-1 柠檬酸钠溶液中，用4 mol L^-1 NaOH将其调成pH 12的混合溶液，于80℃下沉积20分钟，沉积电位为-0.45 V。随着反应的进行，氧化锌光阳极表面覆上一层棕红色的氧化亚铜。经纯水清洗表面的母液后，将其放在110℃下烘60分钟后即成氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极材料。

将氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极构成的三电极体系用于还原型谷胱甘肽的光电流-时间技术定量检测，其中pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液作为支持电解质，随着分析物浓度的增大，光电流于分析物浓度在2-20 μmol L^-1及40-600 μmol L^-1区间成线性关系，检出限为0.6 μmol L^-1。为了证明本方法的选择性，我们考察了还原型谷胱甘肽原药赋形剂对本方法的影响，结果表明20倍的明胶和聚乙烯吡咯烷酮；50倍的葡萄糖、乳糖、甘露醇、山梨醇、甘氨酸、谷氨酸；100倍的氯化钠、氯化钾、氯化钙；5倍的上述每一物质对本方法的测定均不构成干扰。最终将其运用于还原型谷胱甘肽葡萄糖注射液实际样品中的检测，结果表明测试值0.018 ± 0.002 mmol L^-1 (n=7)和标示值0.020 mmol L^-1一致，证明了本方法的准确性。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims

1.一种用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法，其特征在于上述光电化学传感器的构建方法包括如下步骤：

（2）清洗纳米氧化锌光阳极表面，然后将三电极插入含有0.05 mol L^-1 CuSO₄和0.1 mol L^-1 柠檬酸钠溶液中，调整溶液pH为11～12，于60～80℃下沉积20分钟，沉积电位为-0.5～-0.4 V；反应结束后，在纳米氧化锌光阳极表面形成一层棕红色的氧化亚铜，经纯水清洗表面的母液后，将其放在110℃下烘60分钟后即成氧化亚铜/氧化锌异质结基光阳极。

2.根据权利要求1所述的用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法，其特征在于：所述ITO导电玻璃为1厘米×4厘米单元尺寸，在作为工作电极前进行如下处理：用含有1 mol L^-1氢氧化钠及5%双氧水超声清洗30分钟，然后依次用乙醇、丙酮和纯水浸泡洗涤及冲洗并放在空气中晾干。

3.根据权利要求1所述的用于还原型谷胱甘肽检测的光电化学传感器的检测方法，其特征在于：步骤（2）中，用4 mol L^-1 NaOH将溶液调成pH为11～12的混合溶液。