CN103512937A

CN103512937A - 一种修饰电极及其应用

Info

Publication number: CN103512937A
Application number: CN201310474596.4A
Authority: CN
Inventors: 周喜斌; 连茜雯; 何志芳; 何倩; 卢小泉
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2013-10-12
Filing date: 2013-10-12
Publication date: 2014-01-15

Abstract

本发明公开一种修饰电极。该修饰电极包括基底电极，以及附着在基底电极上的经L-色氨酸处理的石墨烯。该修饰电极对于AA、DA和UA三种物质在一定浓度范围内均具有良好的线性电化学响应，且不存在相互干扰的问题，可用于对AA、DA和UA进行单独或混合检测。在抗坏血酸、多巴胺和尿酸同时存在时，该修饰电极对抗坏血酸的检出限为5.65×10^-6mol/L，对多巴胺的检出限为1.71×10^-7mol/L，对尿酸的检出限为2.21×10^-7mol/L。

Description

一种修饰电极及其应用

技术领域

本发明属于电化学分析领域，具体涉及一种用于同时定量测定抗坏血酸、多巴胺和尿酸浓度的修饰电极。

背景技术

抗坏血酸(AA)是一种具有抗氧化性的有机化合物，在氧化还原代谢中起调节作用，可参与人体内氨基酸代谢，能够预防及治疗一些疾病，缺乏它可引起坏血病。多巴胺(DA)是哺乳动物中枢神经系统中重要的神经递质，它在机体内的浓度变化与精神活动有直接关系，它的含量的改变会导致一些疾病如帕金森病。尿酸(UA)是嘌呤代谢的终产物，因溶解度较小，其含量的改变与一些疾病有关，如痛风和尿路结石等。因此它们的定量分析在医学和食品方面有重要作用。AA、DA 和 UA 共存于人体内，对它们含量的测定有着十分重要的意义。

与其他分析方法相比，电化学分析法具有灵敏度高、检测分析速度快、操作方便等优点，但存在检测时干扰比较多的问题，需要对电极进行修饰以提高检测电极的选择性。

发明内容

本发明的目的是提供一种在抗坏血酸、多巴胺和尿酸同时存在时可以检测其中的一种或多种的修饰电极。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种修饰电极，所述修饰电极包括基底电极，以及附着在基底电极上的经L-色氨酸处理的石墨烯。

进一步，将L-色氨酸溶解后，加入石墨烯，混合，超声1～50小时后，分离得到经L-色氨酸处理的石墨烯。

进一步，所述L-色氨酸与石墨烯的质量比为（1～20）：1。

上述修饰电极用于检测抗坏血酸。

上述修饰电极用于检测多巴胺。

上述修饰电极用于检测尿酸。

上述修饰电极用于检测抗坏血酸和尿酸。

上述修饰电极用于检测抗坏血酸和多巴胺。

上述修饰电极用于检测多巴胺和尿酸。

上述修饰电极用于检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸。

上述修饰电极特别适用于在抗坏血酸、多巴胺和尿酸同时存在时，检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸中的一种或多种。

在抗坏血酸、多巴胺和尿酸同时存在时，本发明的修饰电极对抗坏血酸在2×10^-4～3.4×10^-3和3.4×10^-3～1.29×10^-2mol/L检测呈线性，检出限为5.65×10^-6 mol/L，对多巴胺在5×10^-7～1.1×10^-4mol/L检测呈线性，检出限为1.71×10^-7 mol/L，对尿酸在1×10^-5～1×10^-3mol/L检测呈线性，检出限为2.21×10^-7 mol/L。

附图说明

图1为石墨烯经L-色氨酸处理后的透射电子显微镜图片。

图2为L-色氨酸处理前后石墨烯的拉曼图谱。

图3为抗坏血酸、多巴胺和尿酸的混合物在不同电极上的循环伏安图，其中，a为裸玻碳电极，b为石墨烯修饰电极，c为Trp-GR修饰电极。

图4为不同浓度下的抗坏血酸(AA)差示脉冲伏安图。

图5为不同浓度下的多巴胺(DA)差示脉冲伏安图。

图6为不同浓度下的尿酸(UA)差示脉冲伏安图。

具体实施方式

以下结合优选实施例和附图对本发明做进一步详细说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所述的修饰电极包括基底电极，以及附着在基底电极上的经L-色氨酸处理的石墨烯。

本发明所用的基底电极可以是本领域已知的作为基底电极使用的电极，如玻碳电极、玻璃电极、铂电极、金电极等。

石墨烯的L-色氨酸处理可按以下方法进行：将L-色氨酸溶解，然后向溶液中加入石墨烯，混合超声1～50小时后，再经分离得到经L-色氨酸处理的石墨烯。

可以用甲酸、乙酸、稀酸液或者稀碱液溶解L-色氨酸。L-色氨酸通过π-π共轭结合在石墨烯表面上，足够的混合时间有利于石墨烯上结合的L-色氨酸达到平衡。所述L-色氨酸与石墨烯的质量比为（1～20）：1，优选的为（1～5）：1。

实施例1

（一）实验所使用的仪器和试剂：

实验过程中使用的水均为二次蒸馏水（简称二次水），实验所用的试剂均为分析纯。

仪器：型号为CHI660B电化学分析仪（上海辰华仪器公司）用于示差脉冲伏安法和循环伏安实验；石英管加热式自动双重纯水蒸馏器（SZ-93，上海亚荣生化仪器厂）用于制备二次蒸馏水；电子天平（上海良平仪器仪表有限公司）用于称量药品；FEI-Tecnai G2 TF20透射电子显微镜（美国）用于形貌表征；超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；三氧化二铝打磨粉（0.30μm, 0.05μm，上海辰华仪器试剂公司）用于处理玻碳电极（GCE）；银/氯化银电极（Ag/AgCl-6.0，武汉高仕睿联科技有限公司）为参比电极；铂柱为对电极。

试剂：石墨烯（南京先丰纳米材料技术有限公司），L-色氨酸、抗坏血酸（上海中秦化学试剂有限公司），多巴胺（上海阿拉丁试剂有限公司），尿酸（天津阿法埃莎化学有限公司），磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、氯化钾（天津市凯信化学工业有限公司），高纯氮气（纯度为99.999%, O₂≤0.001%）。

（二）制备过程

（1）石墨烯的处理：将2mg L-色氨酸加入1mL甲酸中，超声至完全溶解后，将1mg石墨烯加入上述溶液中，持续超声2h后，加入9ml二次水继续超声4h。离心分离(10000rpm，20min)除去上清液，沉淀再加入适量二次水，超声10min，离心分离除去上清液，重复3～5次，最终沉淀即为经L-色氨酸处理的石墨烯（以下用Trp-GR表示），Trp-GR的透射电子显微镜图片如图1所示，将Trp-GR加入至二次水中配制成浓度约为0.2mg/mL的分散液，备用。图2是经L-色氨酸处理前后石墨烯的拉曼图谱（Trp-GR表示经L-色氨酸处理的石墨烯，GR表示未处理的石墨烯），与未处理的石墨烯相比，经L-色氨酸功能化的石墨烯材料在大约1340cm^-1处的D带和1590cm^-1处的G带其I_D/I_G明显增加，在约为2640cm^-1处的2D带明显变对称，说明L-色氨酸对石墨烯有一定的作用。

（2）修饰电极的制备：将玻碳电极先用0.3μm的三氧化二铝悬浊液在打磨布上打磨处理，接着用二次水超声清洗，再用0.05μm的三氧化二铝悬浊液在打磨布上抛光成镜面，最后用乙醇、二次水超声清洗，用高纯氮气吹干。取5μL步骤（1）所得的Trp-GR分散液滴涂到打磨干净的玻碳电极表面上，在空气中自然干燥，即得到Trp-GR/GCE修饰电极。

（三）性能测试

分别以裸玻碳电极和Trp-GR/GCE修饰电极为工作电极，以铂柱为对电极，以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系在CHI660B电化学工作站上，在-0.2～0.6 V电位范围内，在4mL含有1.0mmol/L AA、0.1mmol/L DA 和 0.1mmol/L UA的 0.1mol/L 磷酸缓冲液(pH=7.0)中进行循环伏安扫描，得到循环伏安对比图，如图3所示。

从图3中(a)可看出裸GCE在AA、UA和DA的混合溶液中的氧化峰是叠加在一起的，只用石墨烯修饰的电极（图3中(b)）的电流则太小，检测灵敏度非常低，无法明显将AA、UA和DA区分开，而在图3中(c) Trp-GR/GCE修饰电极可以将AA、UA和DA的氧化峰很好的分开，且电流足够大，AA、DA和UA的氧化峰电位分别位于-32 mV、176 mV 和296 mV，说明修饰电极在检测AA、DA和UA时，不存在相互干扰。

抗坏血酸、多巴胺和尿酸的定量检测：

a. 用微量移液枪分别将一定量的AA、DA、UA溶液准确移入含有4mL 0.1mol/L 磷酸盐缓冲液 (pH=7.0)电解池中，以Trp-GR/GCE修饰电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂柱为对电极；实验在CHI660B电化学工作站上进行，其附属的计算机软件供作实验数据的采集和处理；在-0.2～0.6 V电位范围内进行差示脉冲扫描，记录稳定的差示脉冲伏安图；

b. 将多巴胺和尿酸的浓度分别固定在5×10^-5mol/L和5×10^-4mol/L，改变抗坏血酸的浓度，随着浓度的增大，氧化峰电流增加，可得抗坏血酸浓度与抗坏血酸氧化峰电流的线性关系曲线，如图4所示，修饰电极对AA的检测线性范围为2×10^-4～3.4×10^-3，3.4×10^-3～1.29×10^-2mol/L，线性方程分别为Ipa₁= 4.8207×10^-5-0.0106c （Ipa₁氧化峰电流，μA；c浓度，mmol/L； R = -0.9990）；Ipa₂= -0.0155-0.0043c （Ipa₂氧化峰电流，μA；c浓度，mmol/L； R = -0.9969），检出限为5.65×10^-6 mol/L。

c. 将抗坏血酸和尿酸的浓度分别固定在8×10^-3mol/L和1×10^-4mol/L，改变多巴胺的浓度，随着浓度的增大，氧化峰电流增加，可得多巴胺浓度与多巴胺氧化峰电流的线性关系曲线，如图5所示，修饰电极对DA的检测线性范围为5×10^-7～1.1×10^-4mol/L，线性方程为Ipa= -0.2731-0.5202c （Ipa氧化峰电流，μA；c浓度，μmol/L； R = 0.9953）检出限为1.71×10^-7 mol/L。

d. 将抗坏血酸和多巴胺的浓度分别固定在8×10^-3mol/L和5×10^-5mol/L，改变尿酸的浓度，随着浓度的增大，氧化峰电流增加，可得尿酸浓度与尿酸氧化峰电流的线性关系曲线，如图6所示，修饰电极对UA的检测线性范围为1×10^-5～1×10^-3mol/L，线性方程为Ipa= -0.2259-0.0601c （Ipa氧化峰电流，μA；c浓度，μmol/L； R = 0.9953），检出限为2.21×10^-7 mol/L。

从以上可以得出，本发明的Trp-GR/GCE修饰电极对于AA、DA和UA三种物质在一定浓度范围内均具有良好的线性电化学响应，且不存在相互干扰的问题，可用于对AA、DA和UA进行单独或混合检测。

e. 将未知浓度的AA、DA和UA的混合液样品加入电解池中，以Trp-GR/GCE修饰电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂柱为对电极；实验在CHI660B电化学综合测试仪上进行，其附属的计算机软件供作实验数据的采集和处理；在-0.2～0.6 V电位范围内进行差示脉冲扫描，在AA、DA和UA对应的氧化峰电位处分别测得AA、DA和UA的Ipa值；将所测得的Ipa值分别代入上述所得的线性方程中，计算得到抗坏血酸、多巴胺和尿酸的浓度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种修饰电极，所述修饰电极包括基底电极，以及附着在基底电极上的经L-色氨酸处理的石墨烯。

2.根据权利要求1所述的修饰电极，其特征在于：将L-色氨酸溶解后，加入石墨烯，混合，超声1～50小时后，分离得到经L-色氨酸处理的石墨烯。

3.根据权利要求2所述的修饰电极，其特征在于：混合超声时，所述L-色氨酸与石墨烯的质量比为（1～20）：1。

4.权利要求1～3任一所述修饰电极用于检测抗坏血酸。

5.权利要求1～3任一所述修饰电极用于检测多巴胺。

6.权利要求1～3任一所述修饰电极用于检测尿酸。

7.权利要求1～3任一所述修饰电极用于检测抗坏血酸和尿酸。

8.权利要求1～3任一所述修饰电极用于检测抗坏血酸和多巴胺。

9.权利要求1～3任一所述修饰电极用于检测多巴胺和尿酸。

10.权利要求1～3任一所述修饰电极用于检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸。