CN105572189A - 聚谷氨酸修饰电极及其在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚谷氨酸修饰电极及其在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用。所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极；将谷氨酸单体加入到缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气；将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，制得的修饰电极经蒸馏水冲洗，并用氮气干燥，得到的电极对对对乙酰氨基酚的电流响应有着显著的增强。本发明检测药物对乙酰氨基酚具有操作简单快速，灵敏度高，检测限低，重复性和稳定性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电化学分析检测技术领域，特别是一种聚谷氨酸修饰电极及其在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用。
背景技术
对乙酰氨基酚是一种常见的乙酰苯胺类物质，它具有解热镇痛作用，且其对胃肠道刺激小，安全持久，可用于感冒发烧、关节痛、神经痛、手术后止痛，甚至可以一定程度上缓解癌症引起的剧烈疼痛感，是目前市售的许多退热止疼药物(如日夜百服咛、扑热息痛、泰诺止疼片等)的主要成分之一。一般认为，在规定剂量范围内对乙酰氨基酚对人体几乎无毒副作用，但有研究发现过量的对乙酰氨基酚会对人体的消化系统、泌尿系统和呼吸系统产生不良影响，严重时可能会导致肝坏死，因此对对乙酰氨基酚含量的准确检测具有重要的现实意义。
目前检测对乙酰氨基酚的主要方法有滴定法、分光光度法、高效液相色谱法、荧光光谱法和毛细管电泳法等。然而这些仪器分析方法都存在很多缺点和局限性，例如需要复杂的前处理过程，操作复杂耗时，成本高昂，更难以实现便携化和在线监测的要求。近年来，基于新型电化学传感器的电化学分析法因其高灵敏度、低检出限和响应迅速等优点成为分析化学领域的一个研究热点。
目前，许多基于新型纳米碳材料(如多壁碳纳米管、石墨烯/碳纳米管复合物)、纳米金属(如氮掺杂碳纳米管/纳米金复合物)、纳米氧化物(如氧化钴、氧化锆)等的对乙酰氨基酚电化学传感器已经被开发出来，然而这些传感器都存在一定的缺陷，如制备过程复杂、重现性较差、检测限较高等。
谷氨酸是构成生物体内各种蛋白质的20种基本氨基酸之一，是含有一个氨基和两个羧基的α-氨基酸。谷氨酸有一定的水溶性，可以在不同基底上通过电化学聚合法制备聚谷氨酸。当聚谷氨酸修饰到电极表面上时，其聚合物链段上谷氨酸单体含有大量羧基，这些游离的质子化羧基可以与许多基团相互作用，并体现出良好的电化学催化作用。目前，聚谷氨酸已经成功用于电化学检测水合肼(AnalyticalLetters,30(1997)599-607)、葡萄糖(ElectrochimicaActa,107(2013)164-9)和咖啡酸(MicrochimicaActa,151(2005)127-34)等。目前将聚谷氨酸直接修饰到玻碳电极上用于药物对乙酰氨基酚电化学检测还未见报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速、可靠的聚谷氨酸修饰电极及其在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种聚谷氨酸修饰电极，所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：
步骤1，将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极；
步骤2，将谷氨酸单体加入到缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气；
步骤3，将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，制得的修饰电极经蒸馏水冲洗，并用氮气干燥。
所述的聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)采用一步电化学聚合法，制备方法简单、快速、可控，重现性好；(2)采用人工氨基酸单体谷氨酸，其原料来源广泛，廉价易得，且合成的聚谷氨酸薄膜生物相容性好，电催化性能优异；(3)成本低廉，操作简单，方便快捷，避免了使用传统的昂贵、耗时、操作繁琐的分析检测仪器。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的聚谷氨酸修饰电极对对乙酰氨基酚的(a)CV图，(b)DPV图。
图2是本发明实施例2制备的聚谷氨酸修饰电极在不同pH值的缓冲液中对对乙酰氨基酚的(a)CV图，(b)电位-pH值图。
图3是本发明实施例3制备的聚谷氨酸修饰电极在不同扫速下对对乙酰氨基酚的(a)CV图，(b)电流-扫速图。
图4是本发明实施例3制备的聚谷氨酸修饰电极在连续滴加对乙酰氨基酚时的(a)电流-时间曲线图，(b)相应峰电流和浓度的拟合曲线。
图5是本发明实施例4、5、6制备的聚谷氨酸修饰电极在不同施加电位下对对乙酰氨基酚的电流-时间曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明聚谷氨酸修饰电极，所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：
步骤1，将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极。
步骤2，将谷氨酸单体加入到缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气；步骤2所述缓冲液是pH值为7.0的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液，步骤2所述超声时间为2～3min。
步骤3，将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，制得的修饰电极经蒸馏水冲洗，并用氮气干燥；所述电化学聚合法是循环伏安法，电位窗口为-0.8～2.0V，扫速为100mVs-1，扫描圈数为2～15圈；该循环伏安法采用三电极体系，以玻碳电极为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂丝为对电极。
上述聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用。所述聚谷氨酸修饰电极对药物对乙酰氨基酚含量的检测采用三电极体系，以修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极。所述聚谷氨酸修饰电极对药物对乙酰氨基酚含量的检测方法为电流-时间曲线法，包括如下步骤：将修饰电极放置于pH7.0的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠混合缓冲液的电解池中，连续加入浓度为0.2～27μM的对乙酰氨基酚，使用电流-时间曲线法，设定施加电位，检测修饰电极对对乙酰氨基酚的响应。所述施加电位为0.2～0.5V。
实施例1
1.聚谷氨酸修饰电极的制备，所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：
步骤1，将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理2～3min，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极；
步骤2，将谷氨酸单体加入pH值7.0的0.1M磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气15min；
步骤3，将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，在该溶液中，使用三电极体系，玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极。使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，采用循环伏安法，设定电位窗口为-0.8–2.0V，扫速为100mVs-1，扫描圈数为2。制得的修饰电极经大量蒸馏水冲洗，并用氮气干燥，即得聚谷氨酸修饰电极。
2.聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用
将步骤3所得修饰电极置于pH值7.0的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液中，加入浓度0.2mM对乙酰氨基酚并搅拌2min后，分别使用循环伏安法(电位窗口0–0.8V，扫速100mVs-1)和差分脉冲法(电位窗口0–0.8V，电位增量0.004V，振幅0.05V，脉冲宽度0.05s)检测修饰电极对对乙酰氨基酚的响应。
由图1(a)可见，对乙酰氨基酚在聚谷氨酸修饰电极上的CV曲线呈现一对可逆的氧化还原峰，峰形尖锐对称，峰-峰电位差为23mV，氧化峰电流约为裸玻碳电极的3倍，这表明制备的修饰电极对对乙酰氨基酚有着显著的电催化作用，可以显著地降低其氧化还原反应的过电位，提高其峰电流。由图1(b)可见，在DPV曲线中修饰电极对对乙酰氨基酚的催化作用表现的更加明显，其峰电流约为GCE的10倍。
实施例2
1.聚谷氨酸修饰电极的制备，所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：
步骤1，将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理2～3min，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极；
步骤2，将谷氨酸单体加入pH值7.0的0.1M磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气15min；
步骤3，将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，在该溶液中，使用三电极体系，玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极。使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，采用循环伏安法，设定电位窗口为-0.8–2.0V，扫速为100mVs-1，扫描圈数为8。制得的修饰电极经大量蒸馏水冲洗，并用氮气干燥，即得聚谷氨酸修饰电极。
2.聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用
将步骤3所得修饰电极置于不同pH值的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液中，分别加入浓度0.1mM对乙酰氨基酚并搅拌2min后，采用循环伏安法(电位窗口0–0.8V，扫速100mVs-1)检测修饰电极对对乙酰氨基酚的响应。
由图2(a)可见，随着溶液pH值由8.0逐渐降低到2.2，对乙酰氨基酚在修饰电极上的氧化还原峰电位也逐渐正移，且在pH7.0时有最大氧化峰电流。由图2(b)可见，对乙酰氨基酚的氧化峰电位和还原峰电位均和pH值成线性关系，为两电子两质子反应。
实施例3
1.聚谷氨酸修饰电极的制备，所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：
步骤1，将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理2～3min，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极；
步骤2，将谷氨酸单体加入pH值7.0的0.1M磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气15min；
步骤3，将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，在该溶液中，使用三电极体系，玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极。使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，采用循环伏安法，设定电位窗口为-0.8–2.0V，扫速为100mVs-1，扫描圈数为15。制得的修饰电极经大量蒸馏水冲洗，并用氮气干燥，即得聚谷氨酸修饰电极。
2.聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用
将步骤(3)所得修饰电极置于pH值7.0的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液中，加入浓度0.1mM对乙酰氨基酚并搅拌2min后，使用循环伏安法(电位窗口0–0.8V，扫速100mVs-1)，设定扫速为20mVs-1～300mVs-1，检测修饰电极对对乙酰氨基酚的响应。
由图3(a)可见，随着扫速由20mVs-1逐步增加到300mVs-1，对乙酰氨基酚在修饰电极上的氧化还原峰电流也逐渐增大。由图3(b)可见，对乙酰氨基酚的氧化峰电流和还原峰电流均和扫速成线性关系，表明对乙酰氨基酚在修饰电极表面为表面控制过程。
实施例4
1.聚谷氨酸修饰电极的制备，所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：
步骤1，将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理2～3min，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极；
步骤2，将谷氨酸单体加入pH值7.0的0.1M磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气15min；
步骤3，将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，在该溶液中，使用三电极体系，玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极。使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，采用循环伏安法，设定电位窗口为-0.8–2.0V，扫速为100mVs-1，扫描圈数为5。制得的修饰电极经大量蒸馏水冲洗，并用氮气干燥，即得聚谷氨酸修饰电极。
2.聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用
所述聚谷氨酸修饰电极对药物对乙酰氨基酚含量的检测方法为电流-时间曲线法，检测采用三电极体系，以修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，所述的电流-时间曲线法包括以下步骤：
将步骤3所得修饰电极置于pH值7.0的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液的电解池中，连续加入浓度为5μM的对乙酰氨基酚5次，使用电流-时间曲线法，设置施加电位0.2V，检测修饰电极对对乙酰氨基酚的响应。
结果显示，加入对乙酰氨基酚后电流-时间曲线上没有出现清晰的响应台阶，表明修饰电极在0.2V的施加电位下不足以催化氧化对乙酰氨基酚(图5)。
实施例5
1.聚谷氨酸修饰电极的制备，所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：
步骤1，将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理2～3min，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极；
步骤2，将谷氨酸单体加入pH值7.0的0.1M磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气15min；
步骤3，将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，在该溶液中，使用三电极体系，玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极。使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，采用循环伏安法，设定电位窗口为-0.8–2.0V，扫速为100mVs-1，扫描圈数为5。制得的修饰电极经大量蒸馏水冲洗，并用氮气干燥，即得聚谷氨酸修饰电极。
2.聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用
所述聚谷氨酸修饰电极对药物对乙酰氨基酚含量的检测方法为电流-时间曲线法，检测采用三电极体系，以修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，所述的电流-时间曲线法包括以下步骤：
将步骤3所得修饰电极置于pH值7.0的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液的电解池中，连续加入浓度为0.2μM的对乙酰氨基酚2次、0.5μM的对乙酰氨基酚3次、1.0μM的对乙酰氨基酚5次、2.0μM的对乙酰氨基酚5次、5.0μM的对乙酰氨基酚5次，使用电流-时间曲线法，设置施加电位0.4V，检测修饰电极对对乙酰氨基酚的响应。
如图4(a)所示，加入对乙酰氨基酚后电流-时间曲线上立即出现稳定的响应台阶，表明修饰电极对对乙酰氨基酚的催化氧化是非常迅速的，且在0.2～27μM范围内，响应电流和浓度成线性关系(图4(b))。
实施例6
1.聚谷氨酸修饰电极的制备，所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：
步骤1，将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理2～3min，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极；
步骤2，将谷氨酸单体加入pH值7.0的0.1M磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气15min；
步骤3，将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，在该溶液中，使用三电极体系，玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为对电极。使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，采用循环伏安法，设定电位窗口为-0.8–2.0V，扫速为100mVs-1，扫描圈数为5。制得的修饰电极经大量蒸馏水冲洗，并用氮气干燥，即得聚谷氨酸修饰电极。
2.聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用
所述聚谷氨酸修饰电极对药物对乙酰氨基酚含量的检测方法为电流-时间曲线法，检测采用三电极体系，以修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极，所述的电流-时间曲线法包括以下步骤：
将步骤3所得修饰电极置于pH值7.0的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液的电解池中，连续加入浓度为5μM的对乙酰氨基酚5次，使用电流-时间曲线法，设置施加电位0.5V，检测修饰电极对对乙酰氨基酚的响应。
结果显示，加入对乙酰氨基酚后电流-时间曲线上也会出现清晰的响应台阶，且台阶高度和应用实例5相当，表明修饰电极在0.5V和0.4V的施加电位下的催化氧化能力相当(图5)。
Claims (8)
1.一种聚谷氨酸修饰电极，其特征在于，所述聚谷氨酸修饰电极是由一步电化学法合成的：
步骤1，将玻碳电极先后在粒径为0.1μm和0.03μm的氧化铝粉末上研磨至光滑，再依次在超纯水、无水乙醇中超声处理，经氮气干燥，即得洁净玻碳电极；
步骤2，将谷氨酸单体加入到缓冲液中，经超声后形成无色透明溶液，将溶液转移至电解池中，通氮气；
步骤3，将步骤1洁净的玻碳电极放置于步骤2所得溶液中，使用电化学聚合法聚合得到聚谷氨酸修饰电极，制得的修饰电极经蒸馏水冲洗，并用氮气干燥。
2.根据权利要求1所述的聚谷氨酸修饰电极，其特征在于，步骤2所述缓冲液是pH值为7.0的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠缓冲液，步骤2所述超声时间为2～3min。
3.根据权利要求1所述的聚谷氨酸修饰电极，其特征在于，步骤3所述电化学聚合法是循环伏安法，电位窗口为-0.8～2.0V，扫速为100mVs-1，扫描圈数为2～15圈；该循环伏安法采用三电极体系，以玻碳电极为工作电极、饱和甘汞电极为参比电极、铂丝为对电极。
4.权利要求1-3任一项所述的聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用。
5.根据权利要求4所述的聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用，其特征在于：所述聚谷氨酸修饰电极对药物对乙酰氨基酚含量的检测方法为电流-时间曲线法。
6.根据权利要求4所述的聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用，其特征在于：所述聚谷氨酸修饰电极对药物对乙酰氨基酚含量的检测采用三电极体系，以修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为对电极。
7.根据权利要求5所述的聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用，其特征在于：所述的电流-时间曲线法包括如下步骤：将修饰电极放置于pH7.0的磷酸氢二钠和磷酸二氢钠混合缓冲液的电解池中，连续加入浓度为0.2～27μM的对乙酰氨基酚，使用电流-时间曲线法，设定施加电位，检测修饰电极对对乙酰氨基酚的响应。
8.根据权利要求7所述的聚谷氨酸修饰电极在检测药物对乙酰氨基酚含量中的应用，其特征在于：所述施加电位为0.2～0.5V。
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