CN106680343A - 一种快速测定槲皮素的电化学传感器、制备方法及在测定槲皮素中的应用 - Google Patents

一种快速测定槲皮素的电化学传感器、制备方法及在测定槲皮素中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种快速测定槲皮素的电化学传感器、制备方法及在测定槲皮素中的应用，该电化学传感器为聚L‑缬氨酸和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极，将多壁碳纳米管修饰玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，将三电极插入到2.5×10‑4mol/L的L‑缬氨酸pH为7.0的PBS溶液中，在‑1.2～2.6V电位内，以160mV/s扫描速率循环扫描11周，取出用二次蒸馏水淋洗电极表面，即可制得聚L‑缬氨酸和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极，该电化学传感器制备方法简单、快速且稳定性好，由于该电极能够显著地提高槲皮素的检测电流，并且使氧化峰电位向正电位方向移动，因此该电极对槲皮素具有良好的电催化活性，测定槲皮素的灵敏度较高、成本低廉，具有良好的应用前景。

Description

一种快速测定槲皮素的电化学传感器、制备方法及在测定槲 皮素中的应用
技术领域
本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种快速测定槲皮素的电化学传感器、制备方法及在测定槲皮素中的应用。
背景技术
槲皮素(Que)存在于许多植物的花、叶、果实中，多以甙的形式存在，如芦丁(芸香甙)、槲皮甙及金丝桃甙等。它具有良好的祛痰、止咳及平喘作用。此外Que还可以用来降低血压和血脂、增强毛细血管抵抗力、减少毛细血管脆性、扩张冠状动脉，增加冠脉血流量。作为药品，其具有广阔的应用前景。目前光度法、高效液相色谱法以及毛细管电泳法都可以用来检测槲皮素。但是这些方法所需的设备都比较昂贵，并且操作较为繁琐，分析成本较高。而电化学方法，灵敏度较高、操作简单并且成本低廉。
在电化学分析中，一般情况下我们所使用的电极为汞、铂、金和碳等，其只有一个作用，即为电化学反应提供电子得失场所。而且大多数化合物或离子在该电极上的电子转移速率相对较慢。化学修饰电极(chemically modified electrode，CME)是利用化学和物理方法，将具有特定功能的分子、离子、聚合物固定在电极表面，以此来改变或改善电极表面性质。在修饰电极上可以进行某些预定的、有选择性的反应，并提供更快的电子转移速率，实现电极的功能。现阶段下我们制备修饰电极的主要方法有涂膜法、电化学聚合法和嵌入法等。本发明采用聚L-缬氨酸膜和纳米材料多壁碳纳米管层层组装来修饰玻碳电极。缬氨酸结构中含有羧基和氨基，这赋予缬氨酸修饰电极独特的性质。而多壁碳纳米管具有比表面积大、导电性能好、化学稳定性高的优点。因此两者可以作为电极修饰材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速测定槲皮素的电化学传感器、该电化学传感器的制备方法及在测定槲皮素中的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种快速测定槲皮素的电化学传感器，该传感器为聚L-缬氨酸膜和多壁碳纳米管材料层层组装修饰的玻碳电极(L-VAL/MWNTs/GCE)，通过电聚合法和滴除法制备而成。
所述的电化学传感器的制备方法，具体包括以下步骤：以制备成的多壁碳纳米管修饰电极MWNTs/GCE为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，将三电极插入到2.5×10-4mol/L的L-缬氨酸pH为7.0的PBS溶液中，在-1.2～2.6V电位范围内，以160mV/s扫描速率循环扫描11周，取出用二次水淋洗电极表面，即可制得聚L-缬氨酸膜和多壁碳纳米管材料层层组装修饰的玻碳电极(L-VAL/MWNTs/GCE)。
所述的电化学传感器的制备方法，所述传感器的对比电极为聚L-缬氨酸修饰电极L-VAL/GCE，其制备方法如下：以被预处理过的玻碳电极(GCE)为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂丝电极为辅助电极，将三电极插入到2.5×10-4mol/L的L-缬氨酸pH为7.0的PBS溶液中，在-1.2～2.6V电位范围内，以160mV/s扫描速率循环扫描11周，取出后用二次水淋洗电极表面，然后，将修饰电极置于空白的混合液中循环扫描至稳定，即制得聚L-缬氨酸修饰玻碳电极L-VAL/GCE。
优选的，所述多壁碳纳米管修饰玻碳电极MWNTs/GCE的制备方法如下：：以DMF为溶剂，配制浓度为0.2mg/mL的多壁碳纳米管溶液，将其超声分散得黑色悬浮液，用移液枪移取5L上述MWNTs悬浮液滴加在被预处理过的玻碳电极GCE表面，红外灯下挥发掉溶剂，干燥，即制得多壁碳纳米管修饰玻碳电极MWNTs/GCE。
优选的，所述玻碳电极GCE的处理方法为：首先将有效直径3mm的玻碳电极在1800#砂纸上打磨，其次，在倒有0.05μm的氧化铝抛光粉的麂皮上抛光至表面光洁，最后将其在二次蒸馏水中进行超声清洗，用二次蒸馏水冲洗，备用。
本发明利用循环伏安法分别研究了在铁氰化钾溶液和含槲皮素待测物的伯瑞坦-罗比森缓冲溶液中修饰电极的电化学行为，利用差分脉冲伏安法测定出不同浓度的槲皮素对氧化峰
电流产生的影响，同时也对阻抗、扫速、pH等进行分析测定，在测定过程中，槲皮素均用一定pH的伯瑞坦-罗比森缓冲溶液进行稀释，整个实验的过程均在室温下进行。
优选的，所述的伯瑞坦-罗比森缓冲溶液的pH为1.81、1.98、2.87、3.78、4.78、5.72。
优选的，所述的伯瑞坦-罗比森缓冲溶液pH优选1.98。
本发明产生的有益效果是：该电化学传感器制备方法简单、快速且稳定性好，由于该电极能够显著地提高了Que的检测电流，并且使氧化峰电位向正电位方向移动，因此该电极对槲皮素具有良好的电催化活性，测定槲皮素的灵敏度较高、成本低廉，在检测槲皮素含量方面具有良好的应用前景。
附图说明
图1为不同电极测定Que的循环伏安图(a：GCE，b：L-VAL/GCE，c：MWNTs/GCE，d：L-VAL/MWNTs/GCE)；
图2为不同电极的交流阻抗图(a：GCE，b：L-VAL/GCE，c：MWNTs/GCE，d：L-VAL/MWNTs/GCE)；
图3为不同扫速下Que在L-VAL/MWNTs/GCE的循环伏安图；
图4为不同pH值下Que在L-VAL/MWNTs/GCE的循环伏安图；
图5为不同浓度Que在L-VAL/MWNTs/GCE的循环伏安图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
1)电极的预处理
首先将裸玻碳电极(GCE，d＝3.0mm)在1800#砂纸上打磨；其次，在倒有0.05μm的氧化铝抛光粉的麂皮上抛光至表面光洁；最后将其在二次蒸馏水中进行超声清洗，用二次蒸馏水冲洗，备用。
2)聚L-缬氨酸修饰玻碳电极(L-VAL/GCE)的制备
以进行过预处理的玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂丝电极为辅助电极，将三电极插入到2.5×10-4mol/L的L-缬氨酸pH为7.0的PBS溶液中，在-1.2～2.6V电位内，以160mV/s扫描速率循环扫描11周，取出后用二次蒸馏水淋洗电极表面，即制得聚缬氨酸修饰玻碳电极(L-VAL/GCE)。
3)多壁碳纳米管修饰电极(MWNTs/GCE)的制备
称取1mgMWCNTs于1.5mL的小试管中，加入1mLDMF，超声2h，制成1mg/ml的MWCNTs黑色悬浮液，混匀，用移液枪移取200μL该悬浮液于1.5mL的小试管中，加800μLDMF，配制成浓度为0.2mg/mL的MWCNTs溶液，将其超声分散得黑色悬浮液。用移液枪移取5μL0.2mg/mL上述MWNTs悬浮液滴加在被预处理过的玻碳电极GCE表面，红外灯下挥发掉溶剂，干燥，即制得多壁碳纳米管修饰玻碳电极(MWNTs/GCE)。
4)聚缬氨酸/多壁碳纳米管修饰玻碳电极(L-VAL/MWNTs/GCE)的制备
以上述制备成的MWNTs/GCE修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，将三电极插入到2.5×10-4mol/L的L-缬氨酸pH为7.0的PBS溶液中，在-1.2～2.6V电位内，以160mV/s扫描速率循环扫描11周，取出用二次水淋洗电极表面，即可制得聚缬氨酸/多壁碳纳米管修饰玻碳电极(L-V/MWNTs/GCE)。
5)本实施例制备的修饰电极的系列测试
利用循环伏安法(CV)分别研究了在含槲皮素(Que)待测物的伯瑞坦-罗比森缓冲溶液(BR)中修饰电极的电化学行为。利用差分脉冲伏安法(DPV)测定出不同浓度的槲皮素(Que)对氧化峰电流产生的影响。同时也对阻抗、扫速、pH等进行分析测定。在测定过程中，槲皮素均用一定pH的BR缓冲溶液进行稀释。整个实验的过程均在室温下进行。
1.不同电极在Que中的电化学行为表征
在1×10-5mol/L Que的0.1mol/LpH为1.98的BR缓冲溶液稀释中，分别以玻碳电极
(GCE)、聚L-缬氨酸修饰玻碳电极(L-VAL/GCE)、多壁碳纳米管修饰玻碳电极(MWNTs/GCE)、聚L-缬氨酸/多壁碳纳米管层层组装修饰玻碳电极(L-VAL/MWNTs/GCE)为工作电极，以饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂电极为辅助电极构成三电极体系，进行循环伏安扫描，研究不同电极的电化学行为(图1)。由图1所得，与裸电极(曲线a)相比，槲皮素在聚L-缬氨酸修饰玻碳电极(曲线b)上的峰电流稍有增加。在多壁碳纳米管修饰玻碳电极(曲线c)上的峰电流增加较大。槲皮素在聚L-缬氨酸/多壁碳纳米管层层组装修饰玻碳电极(曲线d)上的峰电流达到最大。由此可见，聚L-缬氨酸和多壁碳纳米管的协同作用改善了电极表面性质，提供了更多的反应位点。反应位点的增加也促进了电极的有效反应面积的增加，并加快了槲皮素与电极表面的电子传递速率，有效地提高了对槲皮素的电催化作用。
2.交流阻抗测试
在1mmol/L[Fe(CN)6]3-/4-、0.1mol/LKCl混合液中，对不同修饰电极的阻抗进行研究(图2)。由图2可以看出，与裸电极(曲线a)相比，多壁碳纳米管修饰玻碳电极(曲线c)上的阻抗稍有减少，聚L-VAL/MWNTs/GCE电极(曲线d)上的阻抗也比裸电极要小，而在聚L-缬氨酸修饰玻碳电极(曲线b)上的阻抗明显减少。由此可见，层层组装的修饰玻碳电极阻抗小，导电性好，可有效促进了电极表面电子转移速率。
3.不同扫速对Que电化学行为的影响测试
改变不同的扫描速度，分别测定聚L-缬氨酸/多壁碳纳米管修饰玻碳电极在1×10-5mol/L的槲皮素溶液(pH＝1.98的BR缓冲溶液)中的循环伏安曲线。选取的扫描速度分别为20、50、80、100、150、180、200、300mV/s，实验结果如图3所示。由图3可以看出，扫速在20-300mV/s变化时，随着扫速的增加，氧化峰电流和还原峰电流均不断增大。氧化峰电流、还原峰电流的平方根均与扫速呈现出较好的线性关系。其中，氧化峰电流与扫描速度的平方根的线性方程为：I(μA)＝-2.53v1/2+7.50，线性相关系数R＝0.997，还原峰电流与扫描速度的平方根的线性方程为：I(μA)＝2.92v1/2-11.1，线性相关系数R＝0.994。此结果表明Que在电极上的氧化还原过程受扩散控制。本实验以100mV/s为扫描速率，其目的在于减小背景电流，提高信噪比。
4.不同pH的缓冲溶液对Que电化学行为的影响测试
在含有1×10-5mol/L的Que的不同pH的0.1mol/L的BR缓冲溶液中，考察了在聚L-缬氨酸/多壁碳纳米管修饰的玻碳电极上pH值对槲皮素伏安行为的影响。选取的pH值分别为：1.81、1.98、2.87、3.78、4.78、5.72。实验结果如图4所示。由图4可以看出，槲皮素的氧化峰电位Ep与pH值满足如下方程：Ep(V)＝-0.0649pH+0.650，R＝0.997。氧化峰电位与pH的斜率接近-56mV/pH，表明在槲皮素的电氧化过程中电子数与质子数相等。随着pH的增加，槲皮素的氧化峰电流先增加后减小。由图4可得，在pH＝1.98时氧化峰电流达到最大。
5.线性范围和检出限的测试
用pH＝1.98的BR缓冲溶液配制一系列不同浓度的Que溶液，用聚L-VAL/MWNTs/GCE电极作为工作电极，采用差分脉冲法(DPV)进行电化学行为的研究分析，结果如图5所示。实验所选取的浓度分别为：1×10-7、5×10-7、8×10-7、1×10-6、5×10-6、8×10-6、1×10-5mol/L。由图5可看出，随着Que溶液浓度增大，氧化峰电流也逐渐增大。而且，氧化峰电流与浓度呈现出较好的线性，线性方程为I(μA)＝0.136c(μmol/L)+8.62，线性相关系数为0.995，检出限为8×10-8mol/L。
综上所述，本发明以聚L-缬氨酸/多壁碳纳米管层层组装修饰玻碳电极作为电化学传感器进行槲皮素的测定。该电化学传感器制备方法简单、快速且稳定性好，由于该电极能够显著地提高了Que的检测电流，并且使氧化峰电位向正电位方向移动，因此该电极对槲皮素具有良好的电催化活性，测定槲皮素的灵敏度较高、成本低廉，在检测槲皮素含量方面具有良好的应用前景。

Claims (8)

1.一种快速测定槲皮素的电化学传感器，其特征在于，该传感器为聚L-缬氨酸膜和多壁碳纳米管层层组装修饰的玻碳电极L-VAL/MWNTs/GCE，通过电聚合法和滴除法制备而成。
2.如权利要求1所述的电化学传感器的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：以制备成的多壁碳纳米管修饰电极MWNTs/GCE为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极，将三电极插入到2.5×10-4mol/L的L-缬氨酸pH为7.0的PBS溶液中，在-1.2～2.6V电位范围内，以160mV/s扫描速率循环扫描11周，取出用二次蒸馏水淋洗电极表面，即可制得聚L-缬氨酸膜和多壁碳纳米管层层组装修饰的玻碳电极L-VAL/MWNTs/GCE。
3.如权利要求1所述的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述的传感器的对比电极为聚L-缬氨酸修饰电极L-VAL/GCE，其制备方法如下：以被预处理过的玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极SCE为参比电极，铂丝电极为辅助电极，将三电极插入到2.5×10-4mol/L的L-缬氨酸pH为7.0的PBS溶液中，在-1.2～2.6V电位范围内，以160mV/s扫描速率循环扫描11周，取出后用二次蒸馏水淋洗电极表面，即制得聚L-缬氨酸修饰电极L-VAL/GCE。
4.如权利要求2所述的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述的多壁碳纳米管修饰电极MWNTs/GCE的制备方法如下：以DMF为溶剂，配制浓度为0.2mg/mL的多壁碳纳米管溶液，将其超声分散得黑色悬浮液，用移液枪移取5μL上述MWNTs悬浮液滴加在被预处理过的玻碳电极GCE表面，红外灯下挥发掉溶剂，干燥，即制得多壁碳纳米管修饰玻碳电极MWNTs/GCE。
5.如权利要求3或4任一所述的电化学传感器的制备方法，其特征在于，所述的玻碳电极GCE的处理方法为：首先将有效直径3mm的玻碳电极在1800#砂纸上打磨，其次，在倒有0.05μm的氧化铝抛光粉的麂皮上抛光至表面光洁，最后将其在二次蒸馏水中进行超声清洗，用二次蒸馏水冲洗，备用。
6.如权利要求1所述的电化学传感器在快速测定槲皮素方面的应用，其特征在于，利用循环伏安法分别研究了在含槲皮素待测物的伯瑞坦-罗比森缓冲溶液中修饰电极的电化学行为，利用差分脉冲伏安法测定出不同浓度的槲皮素对氧化峰电流产生的影响，同时也对阻抗、扫速、pH等进行分析测定，在测定过程中，槲皮素均用一定pH的伯瑞坦-罗比森缓冲溶液进行稀释，整个实验的过程均在室温下进行。
7.如权利要求6所述的电化学传感器在快速测定槲皮素方面的应用，其特征在于，所述伯瑞坦-罗比森缓冲溶液的pH为1.81、1.98、2.87、3.78、4.78、5.72。
8.如权利要求7所述的电化学传感器在快速测定槲皮素方面的应用，其特征在于，所述伯瑞坦-罗比森缓冲溶液pH优选1.98。
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