CN109580741A - 一种检测多巴胺的修饰电极、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测多巴胺的修饰电极、制备方法及其应用。所述修饰电极是电沉积混合镍钴氢氧化物‑碳纳米管修饰(activated Ni‑Co‑CNTs/GCE)的玻碳电极，具体以玻碳电极为基底电极，在玻碳电极上滴涂碳纳米管之后，再采用循环伏安法将金属镍和金属钴的氢氧化物依次电沉积到碳纳米管修饰过的玻碳电极上。该修饰电极能够用于检测低浓度的多巴胺，具有重现性好、稳定性强、线性范围宽、检出限低等优点，可用于实际样品及模拟样品的测定。

Description

一种检测多巴胺的修饰电极、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于电化学分析技术领域，具体涉及一种检测多巴胺的修饰电极、制备方法及其应用。
背景技术
多巴胺是去甲肾上腺素的前体物质，一种儿茶酚胺类神经传递物质，心理因素也会对人体神经系统中的多巴胺浓度产生影响，而且多巴胺的含量的变化会诱发帕金森氏症、心脏病、精神分裂症等各种疾病。因而，电分析化学研究、医学研究和生物领域一直不断的在关注多巴胺的分析检测的进程。近年来，对多巴胺的检测有了很大的进展，已有的方法有很多，例如色谱法、分光光度法、流动注射化学发光法、荧光光度法及电化学方法。
由于多巴胺还具有电化学活性，这会使得采用电化学分析的方法测定多巴胺成为了一种可能。而人体中多巴胺的含量极低，用电分析化学方法测定多巴胺时，必须要求所使用的工作电极能对多巴胺的测定表现出较高的灵敏度。因此，开发出一种重现性好、稳定性强、灵敏度高的修饰电极，用于对多巴胺的检测分析对于电化学分析研究、医学和生物学领域都有着重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测多巴胺的修饰电极、制备方法及其应用。该修饰电极是以玻碳电极为基底电极，采用电化学沉积法将金属镍和金属钴依次沉积到碳纳米管修饰过的电极之上后再用氢氧化钠活化，该电极结合了碳纳米管和镍钴合金各自良好的化学特性，在多巴胺DA的氧化还原反应中具有催化作用，而且由于该电极的灵敏度较高，稳定性和重现性很好，所以可利用此修饰电极于对多巴胺进行电化学测定。
本发明的技术方案具体介绍如下:
本发明提供一种检测多巴胺的修饰电极，其为电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰的玻碳电极；其是以玻碳电极为基底电极，通过先在玻碳电极上滴涂碳纳米管，再采用循环伏安法依次将金属镍和金属钴电沉积到碳纳米管修饰过的玻碳电极上，最后循环伏安法用氢氧化钠溶液活化而制得。
本发明还提供一种根据上述的检测多巴胺的修饰电极的制备方法，具体步骤如下：
(1)碳纳米管修饰电极的制备
取碳纳米管壳聚糖溶液置于超声分散仪中超声分散，待碳纳米管分散均匀后，将超声分布均匀的碳纳米管分散液滴涂在裸玻碳电极表面上，待其晾干，得碳纳米管修饰电极；(2)电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极的制备
将上述制备好的碳纳米管修饰电极先置于硫酸镍溶液中，采用循环伏安法将镍电沉积于电极表面，再置于硫酸钴溶液中采用相同方法电沉积，最后将沉积了镍钴的玻碳电极循环伏安法在氢氧化钠溶液中活化，即得电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极。
上述步骤(1)中，裸玻碳电极使用前经预处理，预处理方法如下：将裸电极于Al2O3抛光布上抛光成镜面，超纯水清洗，在10-3mol/L铁氰化钾的氯化钾溶液中插入三电极，用循环伏安法扫描电极，当铁氰化钾的氧化还原峰电位差为70～80mV，并且氧化还原峰电流之比在0.9～1.0时，表明该电极表面光滑，活性达到要求，可进行后续实验。
上述步骤(1)中，碳纳米管壳聚糖溶液是由碳纳米管溶于质量分数为1wt％的壳聚糖溶液中获得；碳纳米管和壳聚糖溶液的质量体积比为1：1mg/mL。
上述步骤(2)中，氢氧化钠溶液、硫酸镍溶液和硫酸钴溶液的浓度均为0.1mol/L。
上述步骤(2)中，循环伏安法中，扫速为100mV/s，范围-1.0～1.4V。
上述步骤(2)中，电沉积镍20圈，电沉积钴10圈，氢氧化钠活化20圈。
本发明进一步提供一种根据上述的检测多巴胺的修饰电极在检测多巴胺方面的应用。应用方法如下：以检测多巴胺的修饰电极作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以铂电极作为辅助电极，组成三电极体系，在pH＝6的磷酸盐缓冲溶液对多巴胺溶液进行检测。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1.本发明制备的修饰电极结合了碳纳米管和镍钴合金各自良好的化学特性，在多巴胺DA的氧化还原反应中具有催化作用，能够促进多巴胺的电子转移，在接近人体液酸碱度的条件(pH＝6)下实现对多巴胺的检测。
2.本发明制备的修饰电极用于对多巴胺的测定具有重现性好、稳定性强、线性范围宽(5.0×10-7～1.0×10-4mol/L)，检出限低(9.0×10-8mol/L)等优点。
3.本发明制备的修饰电极能够有效消除抗坏血酸和尿酸的影响，可用于实际样品及模拟样品的测定。
附图说明
图1为不同电沉积方式的循环伏安图(其中，a:先镍20圈后钴10圈；b:电沉积镍钴混合物40圈；c:电沉积镍锌混合物50圈；d:先钴20圈后镍20圈；e:先锌25圈后镍25圈)。
图2为不同活化时间的循环伏安图。
图3为不同电极下DA在磷酸盐缓冲液(pH＝7)中的循环伏安图。
图4为多巴胺在不同pH PBS下的循环伏安图和Ep-pH的关系曲线。
图5为10-4mol/L多巴胺在不同扫速的循环伏安图。
图6为Ip-v、Ep-lnv和Ip-v1/2的关系曲线图。
图7为不同浓度多巴胺的DPV和Ip-c的关系曲线图。
图8为同时测定DA和UA的DPV图。
图9为activated Ni 20-Co 10-CNTs/GCE修饰电极的重现性和稳定性图。
具体实施方式
一种检测多巴胺的修饰电极，所述修饰电极为电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰(activated Ni-Co-CNTs/GCE)的玻碳电极，具体是以玻碳电极为基底电极，在玻碳电极上滴涂碳纳米管之后，再采用循环伏安法将金属镍和金属钴依次电沉积到碳纳米管修饰过的玻碳电极上，最后采用循环伏安法用氢氧化钠溶液活化制得。
一种检测多巴胺的修饰电极的制备方法，具体步骤如下：
(1)电极预处理
将裸电极于Al2O3抛光布上抛光成镜面，超纯水清洗，在铁氰化钾的氯化钾溶液中插入三电极，用循环伏安法扫描电极，当铁氰化钾的氧化还原峰电位差为70～80mV，并且氧化还原峰电流之比在0.9～1.0时，表明该电极表面光滑，活性达到要求，可进行后续实验。
(2)碳纳米管修饰电极(CNTs/GCE)的制备
将取碳纳米管壳聚糖溶液置于超声分散仪中超声分散，待碳纳米管分散均匀后，将超声分布均匀的碳纳米管分散液滴涂在裸玻碳电极表面上，待其晾干，得碳纳米管修饰电极。
(3)电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极(activated Ni-Co-CNTs/GCE)的制备
将上述制备好的碳纳米管修饰电极置于硫酸镍溶液中，采用循环伏安法将镍电沉积于电极表面，再置于硫酸钴溶液中采用相同方法电沉积，最后用氢氧化钠活化，即得电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极。
一种检测多巴胺的修饰电极在定量检测多巴胺上的应用。
所述的应用，以电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以铂电极作为辅助电极，组成三电极体系，在pH＝6的磷酸盐缓冲溶液对多巴胺进行检测。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细阐述。
实施例：
(一)实验仪器与试剂
试剂：碳纳米管，多巴胺(DA)，尿酸(UA)，抗坏血酸(AA)，硫酸镍NiSO4,硫酸钴CoSO4，乙酸锌ZnAc2，PBS缓冲液(由磷酸氢二钠Na2HPO4，磷酸二氢钠NaH2PO4配制)，磷酸H3PO4，氢氧化钠NaOH，铁氰化钾K3Fe(CN)6，氯化钾KCl。本实验所用试剂都是分析纯AR，实验所用水都为超纯水。
仪器：CHI660E电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)；KQ3200型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；pH酸度计；电子天平；烧杯；玻璃棒；容量瓶；移液管；三电极体系：以化学修饰电极(电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极)作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以铂电极作为辅助电极。
(二)修饰电极的制备
(1)电极预处理:取粒径为0.05μm的Al2O3粉于抛光布上，并滴加少量超纯水于抛光布上，将裸电极于Al2O3抛光布上抛光成镜面，每次抛光后均用超纯水清洗。在含10-3mol/L铁氰化钾的氯化钾溶液中插入三电极，三电极尽可能保持在同一高度，用循环伏安法扫描电极，当铁氰化钾的氧化还原峰电位差为70～80mV，并且氧化还原峰电流之比在0.9～1.0时，表明该电极表面光滑，活性达到要求，可进行后续实验。
(2)碳纳米管修饰电极(CNTs/GCE)的制备:取碳纳米管和1％壳聚糖溶液按1:1混合，置于超声分散仪中超声分散，待碳纳米管分散均匀，超声分布均匀的碳纳米管分散液用微量进样器移取8μL滴涂在裸玻碳电极表面上，待其晾干。
(3)电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极(activated Ni-Co-CNTs/GCE)的制备:利用循环伏安法以100mV/s扫速在-1.0～1.4V范围内，将上述制备好的碳纳米管修饰电极置于1mol/L硫酸镍溶液中，扫描20圈后再置于1mol/L硫酸钴溶液中扫描10圈，最后用1mol/L氢氧化钠活化20圈。
(三)实验条件优化
(1)不同电沉积方式的选择
为了探究不同电极体系对多巴胺响应的影响，本文采用不同的电沉积方式，制备了不同电极体系，再分别对多巴胺进行电化学测定，实验结果如图1，曲线a表示先镍20圈后钴10圈(Ni 20-Co 10-CNTs/GCE)，曲线b表示电沉积镍钴混合物40圈(Ni-Co40-CNTs/GCE)，曲线c表示电沉积镍锌混合物50圈(Ni-Zn 50-CNTs/GCE)，曲线d表示先钴20圈后镍20圈(Co20-Ni 20-CNTs/GCE)，曲线e表示先锌(1mol/L乙酸锌溶液中)25圈后镍25圈(Zn 25-Ni 25-CNTs/GCE)。将制备的不同电极体系分别置于含10-4mol/L多巴胺的pH＝7的磷酸盐缓冲液(PBS)中，作循环伏安图，并将其叠加。由图1可知，最优电极为先电沉积镍20圈后电沉积钴10圈(activated Ni 20-Co 10-CNTs/GCE)，该修饰电极下出现了一对峰电位差仅为34mV左右的较为对称的氧化还原峰。
(二)活化时间的确定
如图2所示，先电沉积镍20圈再电沉积钴10圈后，制得Ni 20-Co 10–CNTs/GCE修饰电极，再用氢氧化钠活化，曲线a，b，c分别为该修饰电极用氢氧化钠溶液活化10圈，20圈，30圈后的循环伏安图。由图可知，不同氢氧化钠活化时间也会对多巴胺的峰电流产生一定的影响。曲线b与曲线a和曲线c相比，曲线b上的氧化峰电流最大，峰电位差最小，峰最对称，表明该电极对多巴胺的催化作用最强，所以活化20圈响应最佳。
(三)性能测试
1.多巴胺在电极上的电化学行为
图3是不同电极在含10-4mol/L多巴胺的PBS缓冲液中的循环伏安图。曲线a为裸电极，b为碳纳米管修饰电极，c为电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极三种不同电极对多巴胺的响应。由图可知，在activated Ni 20-Co 10-CNTs/GCE修饰电极上，多巴胺的氧化还原峰电位差降低至34mV，其氧化还原的可逆性变好，对称性加强，氧化还原峰电流与裸电极上的电流相比增大了50倍。
pH的影响
pH不同的缓冲液也会对多巴胺的测定产生较大的影响，图4为不同pH条件下，多巴胺在activated Ni 20-Co 10-CNTs/GCE修饰电极上的循环伏安图，图中曲线代表多巴胺在pH值为4.0～9.0范围内的PBS中的CV图。随着pH值的增大，多巴胺的峰电流表现出先增后减的现象，且峰电位负移。当多巴胺的峰电流达到最大，响应最明显时，缓冲液的pH＝6，所以选择pH＝6作为最佳酸度条件。结果表明，多巴胺的峰电位与pH显现出的线性关系明显(R＝0.9996),其线性响应斜率与Nernst响应的59mV非常接近，表明在多巴胺的电氧化反应过程中，电子的得失的同时伴随着质子的转移。
3.不同扫速的影响
图5为10-4mol/L多巴胺在activated Ni 20-Co 10-CNTs/GCE修饰电极上的不同扫速的循环伏安图，如图5可知，在扫速为10mV/s～450mV/s范围内，扫速增大，多巴胺的峰电流也随之增大。图6给出了Ip-v和Ip-v1/2的关系曲线，由此可见，在该修饰电极上，多巴胺的反应是一个扩散与吸附共同控制的电化学过程。图6还给出了Ep-lnv之间的关系曲线，当扫速v>80mV/s时，Ep-lnv表现出明显的线性关系，由此结果可以看出，多巴胺在该电极上的响应为2电子转移的过程，结合前面的Ep-pH的结果，可以得出，多巴胺的电极反应过程为2电子2质子的氧化过程。
4.线性范围和检出限
在最佳实验条件下(pH＝6的PBS缓冲液，先电沉积镍20圈后电沉积钴10圈，氢氧化钠活化10圈)，利用DPV对多巴胺进行分析，浓度不同的多巴胺的DPV图如图7所示。峰电流Ipc与浓度c在5.0×10-7～1.0×10-4mol/L范围内表现出良好的线性关系，计算出检出限为9.0×10-8mol/L。
5.干扰实验
将Ni 20-Co 10-CNTs/GCE修饰电极置于pH＝6的PBS缓冲液中，每次同时增加相同体积的浓度为10-6mol/L的DA和UA，使其浓度都由0增大到4×10-5mol/L，对UA和DA同时进行电化学测定，作DPV图，测定结果如图8。如图所示，多巴胺的峰电位在0.35V左右，尿酸的峰电位在0.48V左右，尿酸和多巴胺的峰电位差大约在130mV左右，两者相差较大，且多巴胺和尿酸的两者是互不干扰的，因此可以实现同时测定。
6.重现性和稳定性
在最佳实验条件下，将activated Ni 20-Co 10-CNTs/GCE修饰电极置于pH＝6的含10-4mol/L的多巴胺PBS缓冲液中连续扫描10圈后，曲线无明显变化，如图9(A)可知，activatedNi 20-Co 10-CNTs/GCE的重现性良好。
将该修饰电极在室温下放置，每天利用循环伏安法测定含10-4mol/L的多巴胺PBS缓冲液一次，10天后，峰电流的RSD为4.95％，如图9(B)，activated Ni 20-Co 10-CNTs/GCE修饰电极的稳定性良好。

Claims (9)

1.一种检测多巴胺的修饰电极，其特征在于，其为电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰的玻碳电极；其是以玻碳电极为基底电极，通过先在玻碳电极上滴涂碳纳米管，再采用循环伏安法依次将金属镍和金属钴电沉积到碳纳米管修饰过的玻碳电极上，最后循环伏安法用氢氧化钠溶液活化而制得。
2.一种根据权利要求1所述的检测多巴胺的修饰电极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)碳纳米管修饰电极的制备
取碳纳米管壳聚糖溶液置于超声分散仪中超声分散，待碳纳米管分散均匀后，将超声分布均匀的碳纳米管分散液滴涂在裸玻碳电极表面上，待其晾干，得碳纳米管修饰电极；
(2)电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极的制备
将上述制备好的碳纳米管修饰电极先置于硫酸镍溶液中，采用循环伏安法将镍电沉积于电极表面，再置于硫酸钴溶液中采用相同方法电沉积，最后将沉积了镍钴的玻碳电极循环伏安法在氢氧化钠溶液中活化，即得电沉积混合镍钴氢氧化物-碳纳米管修饰电极。
3.根据权利要求2所述的制备方法，步骤(1)中，裸玻碳电极使用前经预处理，预处理方法如下：将裸电极于Al2O3抛光布上抛光成镜面，超纯水清洗，在10-3mol/L铁氰化钾的氯化钾溶液中插入三电极，用循环伏安法扫描电极，当铁氰化钾的氧化还原峰电位差为70～80mV，并且氧化还原峰电流之比在0.9～1.0时，表明该电极表面光滑，活性达到要求，可进行后续实验。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，碳纳米管壳聚糖溶液是由碳纳米管溶于质量分数为1wt％的壳聚糖溶液中获得；碳纳米管和壳聚糖溶液的质量体积比为1：1mg/mL。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氢氧化钠溶液、硫酸镍溶液和硫酸钴溶液的浓度均为0.1mol/L。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，循环伏安法中，扫速为100mV/s，范围-1.0～1.4V。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，电沉积镍20圈，电沉积钴10圈，氢氧化钠活化20圈。
8.一种根据权利要求1所述的检测多巴胺的修饰电极在检测多巴胺方面的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，应用方法如下：以检测多巴胺的修饰电极作为工作电极，以饱和甘汞电极作为参比电极，以铂电极作为辅助电极，组成三电极体系，在pH＝6的磷酸盐缓冲溶液对多巴胺溶液进行检测。
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