CN110261450A - 一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极、制备方法及应用 - Google Patents

一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电化学分析检测的技术领域，特别是涉及一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极、制备方法及应用，其具有高比表面积和催化活性，而且具有良好的导电性，可以对多巴胺和肾上腺素实现同时测定，并且可以准确区分二者电位；该修饰玻碳电极包括玻碳电极和复合物涂层，所述复合物涂层包裹在玻碳电极表面，并且复合物涂层由氧化石墨烯和曙红复合组成；其制备方法，包括以下步骤：(1)配制曙红溶液；(2)配制氧化石墨烯分散液；(3)制作修饰电极；其应用包括以下步骤：S1、建立浓度‑电化学响应信号关系；S2、测定待测物的浓度。

Description

一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极、制备方法及 应用
技术领域
本发明涉及电化学分析检测的技术领域，特别是涉及一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极、制备方法及应用。
背景技术
多巴胺和肾上腺素是哺乳动物重要的神经传递物质，可以影响生物体的多种生理过程，例如可调整中枢神经、肾脏和心血管系统功能等。它们在机体内含量水平的异常会导致各种类型的神经系统疾病，如精神分裂症、帕金森氏症、药物和毒品成瘾及艾滋病等。因此，研究多巴胺和肾上腺素的测定方法具有重要意义。
目前对于多巴胺和肾上腺素的检测方法有气相色谱法、液相色谱法、荧光法、光度法等，然而这些检测方法都需要复杂的前处理和操作步骤。电化学方法具有快速操作、精度高、灵敏度高和选择性好等优势，但是裸电极对于它们的检测还显得有些力不从心。化学修饰电极特别是聚合物修饰电极由于活性基团的浓度大，电化学响应信号强，能提高测定的灵敏度，且稳定性好，在分析化学中已被广泛应用，目前研究大多为单一组分的测定，多组分测定的报道还很少，制备滴涂氧化石墨烯聚合曙红修饰电极对多巴胺和肾上腺素的同时测定还未见报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种具有高比表面积和催化活性，而且具有良好的导电性，可以对多巴胺和肾上腺素实现同时测定，并且可以准确区分二者点位的同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极、制备方法及应用。
本发明的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极，包括玻碳电极和复合物涂层，所述复合物涂层包裹在玻碳电极表面，并且复合物涂层由氧化石墨烯和曙红复合组成。
本发明的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制曙红溶液：将曙红溶于磷酸缓冲溶液中，得到定容后的曙红溶液；
(2)配制氧化石墨烯分散液：将氧化石墨烯分散于N，N-二甲基甲酰胺中，并对其超声处理，得到氧化石墨烯分散液；
(3)制作修饰电极：采用滴涂的方法在已抛光清洗的玻碳电极表面滴涂步骤(2)中的氧化石墨烯分散液，待其干燥后，再用电沉积的方法沉积步骤(1)中得到的曙红溶液，干燥后得到氧化石墨烯/曙红复合物修饰电极。
进一步的，步骤(1)中，称取曙红0.0290g溶解在50mL烧杯中，用玻璃棒搅拌至其完全溶解，再转移到50mL容量瓶中，得到曙红溶液浓度为1*10-3mol/L。
进一步的，步骤(1)中的磷酸缓冲溶液为0.1mol/L Na2HPO4与0.1mol/L NaH2PO4溶液混合至pH达到6.0所得到的磷酸缓冲溶液。
进一步的，称取2mg氧化石墨烯分散于2mL_N，N-二甲基甲酰胺中，用超声仪超声3min，得到浓度为1mg/mL且分散均匀的氧化石墨烯分散液，步骤(2)中选用N，N-二甲基甲酰胺为溶剂，N，N-二甲基甲酰胺是一种优良的有机溶剂，常用来分散纳米材料，N，N-二甲基甲酰胺与氧化石墨烯具有很好的亲和性，能够使氧化石墨烯快速、均匀地分散在其中，而且N，N-二甲基甲酰胺是极性惰性溶剂，不会与氧化石墨烯、曙红发生反应，避免了副反应的产生。
进一步的，步骤(3)中氧化石墨烯分散液的滴涂量为4uL，氧化石墨烯在电极上的滴涂量影响待测物的电化学还原响应电流，滴涂量过少，响应电流太小；随着氧化石墨烯滴涂量的增大，待测物的电化学响应电流逐渐增大；滴涂量过多则修饰电极不稳定，氧化石墨烯易于从电极表面脱落。
进一步的，步骤(3)中的聚合曙红修饰的圈数为20圈，在电沉积过程中，曙红分子快速还原为自由基并连接到电极表面，扫面20圈后，电流保持恒定，因此选用20圈为修饰条件，此时在电极表面形成了一层均匀的膜，表明曙红已沉积在电极表面，且因玻碳电极已滴涂氧化石墨烯，其对曙红有一定的吸附作用，二者协同使得复合材料对多巴胺和肾上腺素的检测效果更佳，本发明选用合适的滴涂量与聚合圈数，能够在得到合适的响应电流的同时保证电极的稳定性。
本发明的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的应用，包括以下步骤：
S1、建立浓度-电化学响应信号关系：配制系列浓度梯度的标准溶液，分别放入工作电极、辅助电极和参比电极，检测工作电极上的电化学响应信号，根据电化学响应信号与浓度的对应关系建立浓度-电化学响应信号关系；
S2、测定待测物的浓度：在待测物溶液中放入工作电极、辅助电极和参比电极，检测工作电极上的电化学响应信号，根据S1所得浓度-电化学响应信号关系，计算得到待测物的浓度。
进一步的，所述工作电极为氧化石墨烯/曙红复合物修饰电极。
进一步的，所述S2中的待测物溶液为多巴胺和肾上腺素溶液，通电时，多巴胺和肾上腺素在工作电极上发生氧化还原反应，分别产生相应的电流。
进一步的，所述S2中检测工作电极上的电化学响应信号的方法为采用循环伏安法检测工作电极上二者还原峰电流，当待测物在电极上发生氧化还原反应时，在循环伏安法检测过程中存在数值唯一的还原峰电流与待测物浓度一一对应，因此可以建立确定的浓度-电化学响应信号关系。
氧化石墨烯因具有其特殊的空间结构、几何结构形貌、电子及化学性能，吸附在电极表面可以促进电子转移能力，因此被常用于修饰玻碳电极的材料；另外曙红作为有机染料分子，用其修饰的电极表现出稳定性强、重现性好和活性位点多等特点；本发明采用新型电极制备方法，在玻碳电极上滴涂氧化石墨烯，然后沉积曙红，利用二者的协同作用，增强玻碳电极电化学检测多巴胺和肾上腺素的性能。
本发明中所使用的玻碳电极导电性好、化学稳定性高、热胀系数小，而且质地坚硬、气密性好、电势适用范围宽，因此很适合作为基电极，但是裸电极对于生物大分子的检测还显得有些力不从心，因此对于多巴胺和肾上腺素的检测需要开发出合适的修饰材料，以提供与这两个分子分开的电化学响应，氧化石墨烯材料(图1)由于具有比表面积高、多孔结构和高石墨化度，有利于催化活性中心位点的暴露、电催化相关的物质转运和电子转移，因此在传感领域具有广泛的应用前景；研究表明有机染料分子修饰电极表现出稳定性强、重现性好和活性位点多等特点而被广泛关注，曙红(图2)可作为电极修饰材料用于同时检测多巴胺和肾上腺素，曙红与氧化石墨烯能够发生协同作用，具有更好的催化性能，因此使用氧化石墨烯/曙红复合物来修饰玻碳电极能够增加高催化性能和稳定性并提高导电性能，图3可以看出滴涂氧化石墨烯后电沉积曙红的玻碳电极表面薄膜均匀，有利于电子的传输。
在本发明提供的制备方法中，因氧化石墨烯具有高比表面积，从而提高了电极的比表面积，能够增高分析物在电极表面的富集程度，同时还保留着曙红的稳定性，保证了电极的催化性能并提高电极的导电性能，此外，氧化石墨烯与曙红能够发生协同作用，进一步提高电极的导电性能。
使用本发明制备的氧化石墨烯/曙红复合物修饰电极进行电化学检测，在通电条件下多巴胺和肾上腺素在氧化石墨烯/曙红复合物修饰电极上发生电化学氧化还原反应，产生电化学信号，而电化学响应信号与待测物浓度具有一一对应关系，因此可实现待测物的准确检测。同时修饰材料催化活性位点充分裸露，具有很好的催化活性，能够催化电极反应的进行，其中的氧化石墨烯具有丰富的多孔结构，能够快速地将待测物转移到氧化石墨烯/曙红复合物修饰电极表面，形成待测物富集区，从而加快电子转移速率、提高电极反应速率。
附图说明
图1为氧化石墨烯SEM；
图2为曙红SEM；
图3为复合电极SEM；
图4为氧化石墨烯/曙红复合物修饰电极的电化学检测结果：A为多巴胺浓度不变，不同浓度的肾上腺素DPV检测图；B为肾上腺素浓度不变，不同浓度的多巴胺DPV检测图；C为还原峰电流与多巴胺和肾上腺素浓度之间的浓度-还原峰电流标准曲线；
图5为四根不同修饰电极对于多巴胺和肾上腺素的循环伏安对比图；
图6为不同干扰物对于多巴胺和肾上腺素的影响(i-t曲线)图：A是在多巴胺电位下向磷酸缓冲液中加入多巴胺，电流有明显的响应，其他干扰物对其影响较小；B是在肾上腺素电位下向磷酸缓冲液中加入肾上腺素，电流明显响应，其他干扰物对其影响较小。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
制备氧化石墨烯/曙红复合修饰电极电化学响应比较实验
(1)取四个相同的玻碳电极，用0.3μM和0.05μM的Al2O3浆分别在两张抛光布进行打磨5分钟，用超纯水清洗后，依次用HNO3(1∶1)、乙醇(1∶1)、二次蒸馏水超声处理30s，再用超纯水冲洗干净后，在红外灯下烤干；
(2)称取曙红0.0290g溶解在50mL烧杯中，用玻璃棒搅拌至其完全溶解，再转移到50mL容量瓶中，所述溶剂均为0.1mol/L Na2HPO4与0.1mol/L NaH2PO4溶液混合致pH达到6.0所得磷酸缓冲液，最后得到曙红溶液浓度为1*10-3mol/L；
(3)称取2mg氧化石墨烯分散于2mLN，N-二甲基甲酰胺中，用超声仪超声3min，得到浓度为1mg/mL且分散均匀的氧化石墨烯分散液；
(4)取氧化石墨烯分散液(浓度为1mg/mL)4uL滴涂在已抛光清洗后的裸电极上，待电极表面完全烘干后，采用循环伏安法在曙红溶液中进行电沉积曙红(浓度为1*10-3mol/L)，电沉积是通过形成薄膜来实现的，薄膜在-1.6V到+1.5V之间以100mV·s-1的扫描速率下生长20圈，最终得到修饰后的氧化石墨烯/曙红复合修饰电极4。
作为对比实验，未经修饰的裸电极标记为电极1；取4μL氧化石墨烯分散液滴涂在玻碳电极表面，在红外灯下烤干，制得氧化石墨烯修饰电极，标记为修饰电极2；采用电沉积方法在玻碳电极表面沉积曙红溶液20圈，在红外灯下烤干，制得曙红修饰电极，标记为修饰电极3；以饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对比电极，分别以上述所得电极1、修饰电极2和修饰电极3以及修饰电极4为工作电极，连接在CHI660E电化学工作站上，根据图5可知，修饰电极4即氧化石墨烯/曙红复合修饰电极电流信号响应明显且峰峰电位差较大，效果最佳。
实施例2
氧化石墨烯/曙红复合物修饰电极检测样品中多巴胺和肾上腺素浓度的方法
S1、配制系列浓度梯度的标准溶液，分别放入工作电极、辅助电极和参比电极，检测工作电极上的电化学响应信号，得到不同浓度的多巴胺和肾上腺素标准溶液在修饰电极4上的DPV曲线。根据所述电化学响应信号与浓度的对应关系建立浓度-电化学响应信号关系；
S2、在待测物溶液中放入工作电极、辅助电极和参比电极，检测工作电极上的电化学响应信号，
每种浓度的溶液平行测定三次，再对应浓度-还原峰电流标准曲线，得到相应的多巴胺和肾上腺素浓度。
根据图4C为还原峰电流与多巴胺和肾上腺素浓度之间的浓度-还原峰电流标准曲线，图4结果表明，本发明的氧化石墨烯/曙红复合修饰电极能够有效、准确地对多巴胺和肾上腺素进行检测，并且具有很好的适用性。
实施例3
生物样品中干扰物对多巴胺的影响
修饰电极4对当前和一系列可能的干扰的响应实验。
加入30μM多巴胺后电流响应明显，对L-半胱氨酸、抗坏血酸、肾上腺素、组胺、葡萄糖、过氧化氢(H2O2)、乙醇、酪胺、色胺和苯乙胺等化合物的干扰不明显(信号变化＜5％)，当电位为0.25V(图6A)时，加入这些干扰物后没有观察到电流响应，结果表明，修饰电极4具有良好的选择性。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (9)

1.一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极，其特征在于，包括玻碳电极和复合物涂层，所述复合物涂层包裹在玻碳电极表面，并且复合物涂层由氧化石墨烯和曙红复合组成。
2.一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制曙红溶液：将曙红溶于磷酸缓冲溶液中，得到定容后的曙红溶液；
(2)配制氧化石墨烯分散液：将氧化石墨烯分散于N，N-二甲基甲酰胺中，并对其超声处理，得到氧化石墨烯分散液；
(3)制作修饰电极：采用滴涂的方法在已抛光清洗的玻碳电极表面滴涂步骤(2)中的氧化石墨烯分散液，待其干燥后，再用电沉积的方法沉积步骤(1)中得到的曙红溶液，干燥后得到氧化石墨烯/曙红复合物修饰电极。
3.如权利要求2所述的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的磷酸缓冲溶液为0.1mol/L Na2HPO4与0.1mol/L NaH2PO4溶液混合至pH达到6.0所得到的磷酸缓冲溶液。
4.如权利要求2所述的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中氧化石墨烯分散液的滴涂量为4μL。
5.如权利要求2所述的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的聚合曙红修饰的圈数为20圈。
6.本发明的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的应用，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立浓度-电化学响应信号关系：配制系列浓度梯度的标准溶液，分别放入工作电极、辅助电极和参比电极，检测工作电极上的电化学响应信号，根据电化学响应信号与浓度的对应关系建立浓度-电化学响应信号关系；
S2、测定待测物的浓度：在待测物溶液中放入工作电极、辅助电极和参比电极，检测工作电极上的电化学响应信号，根据S1所得浓度-电化学响应信号关系，计算得到待测物的浓度。
7.如权利要求6所述的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的应用，其特征在于，所述工作电极为氧化石墨烯/曙红复合物修饰电极。
8.如权利要求6所述的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的应用，其特征在于，所述S2中的待测物溶液为多巴胺和肾上腺素溶液。
9.如权利要求6所述的一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极的应用，其特征在于，所述S2中检测工作电极上的电化学响应信号的方法为采用循环伏安法检测工作电极上二者还原峰电流。
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