去甲肾上腺素中聚荧光素薄膜修饰电极的电催化作用检测方案(电化学工作站)

湖南文理学院学报(自然科学版)Journal of Hunan University of Arts and Science(Natural Science Edition)第20卷第2期2008年6月Vol. 20 No.2Jun.2008 湖南文理学院学报(自然科学版)2008年50 文章编号：1672-6146(2008)02-0049-03 聚荧光素薄膜修饰电极对去甲肾上腺素的电催化作用 冯辉，孙元喜，周谷珍 (湖南文理学院化学化工学院，湖南南常德，415000) 摘 要：利用循环伏安法(CV)研究了神经递质去甲肾上腺素(NE)在聚荧光素薄膜修饰电极(PFSE)上的电化学行为.在优化的测定条件下， NE 在 PFSE 上的氧化峰电流与其浓度在2.2×10- mol/L~5.0×10-4 mol/L 范围内具有良好的线性关系，线性相关系数为0.9917，检测下限约为4.0×10mol/L在回收率实验中，10次平行样品测定结果的相对标准偏差(RSD)约为3.0%，回收率为96.7%~102.7%.此外，实验发现，在PFSE 上常见干扰物抗坏血酸(AA)与 NE 的氧化电位相差约150 mV，从而有效避免了 AA 对 NE 测定的干扰.关键词：聚荧光素膜；修饰电极；去甲肾上腺素；：电电催化 中图分类号：O657.1 文献标识只： A 神经递质类生物小分子，如多巴胺(DA)、肾上腺素(EP)和去甲肾上腺素(NE)等，在生物体内代谢和信息传递方面起着非常重要的作用.动物体内NE 的含量变化反映了肢体植物神经系统交感神经的活动状况，因而 NE 的定量分析在临床医学和基础研究中意义重大.山1利用聚合物薄膜修饰电极研究神经递质类生物小分子的电化学行为以及对其进行含量测定是目前分析化学比较活跃的研究领域之.[2-4]本文采用循环伏安法将生物染料荧光素分子电化学聚合于玻碳电极表面，制备成聚荧光素薄膜修饰电极(PFSE)， 研究了 NE 在 PFSE 上的电化学行为.实验中，优化了各种测定条件，考察了常见干扰物抗坏血酸(AA)对 NE 测定的影响.结果表明， 所研制的 PFSE 可望用于实际样品中 NE 的定量分析. 1实验部分 1.1仪器与试剂 LK2005型电化学工作站(天津市兰力科化学电子高技术有限公司)；超纯水系统(Barnstead/Therm-olyne Co.)；电化学实验采用三电极系统，工作电极为玻碳电极(直径3mm)，对电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，文中涉及电位均相对于 SCE. 荧光素(FE，天津市大茂化学试剂厂)；去甲肾上腺素(NE，中国药品生物制品检定所)；抗坏血酸(AA，湖南师范大学化学试剂厂)；磷酸盐缓冲溶液(PBS， pH 6.8)由磷酸二氢钾和磷酸氢二钠配制而成；其它试剂均为分析纯试剂.实验过程全部采用超纯水. 1.2 PFSE 的制备 先将玻碳电极表面用6#金相砂纸打磨，再用Al2O3粉在光光布上进一步将玻碳电极表面抛光，随后依次用1：1 HNO3、1：1 的乙醇、纯水超声清洗(每次约15 min). 然后，将清洗好的电极置于 0.5 mol/LH2SO4溶液中，电位范围为-0.5~1.4V，以100 mV/s的扫速进行循环伏安扫描极化处理至循环伏安图稳定为止(约10圈). 将极化处理后的电极放入1.0×10 mol/L FE+PBS(pH 6.8)+0.1 mol/L NaNO3 的聚合体系中，控制电位范围和扫描速率分别为-1.4~1.8V和50mV/s，循环伏安扫描30周，即制得具有良好性能的 PFSE. 取出电极用水洗净，放入PBS中保存. 1.3实验方法 将 PFSE 置于含有不同浓度 NE 的 PBS(pH6.8)+0.1 mol/L NaC1 测试体系中，以100 mV/s 的扫描速率在-0.1~0.6V电位范围内，记录循环伏安图，根据循环伏安图上氧化峰电流的大小进行 NE 的定量分析. 2结果与讨论 2.1 PFSE 制备的实时电化学表征 PFSE 的制备方法通常有恒电位法和循环伏安法(CV).研究表明，利用高电位下 CV 法可制备得到稳定、均匀的蓝紫色聚荧光素膜.为获得性能优良的 PFSE，实验选用高电位下CV 法.图1是PFSE 制备过程的实时 CV图.由图可知，随着聚合时间的增加，得到的聚荧光素薄膜的响应电流随之增大，呈现出很好的导电性能. 图1电化学方法制备 PFSE 的实时循环伏安图 溶液：0.05 mol/L PBS (pH 6.8)+0.1 mol/L NaNO3 +1.0×10mol/L FE 电位范围： 一1.4~1.8V扫描速率：50mV/s 循环次数(由内至外)：30 2.2 PFSE 对 NE 的电催化作用 图2所示为裸玻碳电极和 PFSE 在 0.05 mol/LPBS(pH 6.8)+0.1 mol/L NaC1+5.0x10- mol/L NE测试体系中的循环伏安图.由图2可知， NE 在裸玻碳电极上几乎没有响应(虚线)；在 PFSE上，则有一对很好的氧化还原峰， 峰电位分别为： Epa=0.23 V、Epc=0.14V(实线).结果表明， PFSE 对 NE的氧化还原具有十分明显的电催化作用. 2.3测试体系对峰电流的影响 考察了4种含有0.1 mol/L NaCl 的测试体系中NE 在 PFSE 上的电化学行为，包括：柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液(pH5.4)、PBS(pH 6.8)、柠檬酸-氢氧化钠-盐酸缓冲溶液(pH4.3)、以及邻苯二甲酸-盐酸缓冲溶液(pH3.8).结果表明， NE 在 PBS 缓冲体系中具有最佳的催化效果.故实验选取 PBS(pH 6.8)+0.1 mol/L NaCl测试体系. 2.4扫描速率与峰电位及峰电流的关系 考察了扫描速率对 NE 在 PFSE 上的氧化还原峰电位、峰电流的影响.实验发现，当扫描速率不断增大时，峰电流i，随之增大，且在扫描速率区间20mV/s~200 mV/s内， i，与扫速的平方根成正比，表明 NE 在 PFSE 上的氧化还原过程属于表面电化学过程；同时， NE 的氧化峰电位正向移动，还原峰电位负向移动，这可归因为高扫描速率导致电极表面 NE 的氧化还原反应的可逆性变差.为保证较高的峰电流i和较好的氧化还原可逆性，实验选取扫描速率为100mV/s. 图2玻碳电极与PFSE 在含 NE体系中的循环伏安图 测试体系：0.05 mol/L PBS (pH 6.8)+0.1 mol/L NaC1+5.0× 10-4mol/LNE 电位范围：-0.1~0.6V 扫描速率：100mV/s 虚线：玻皮电极对 NE 的电催化循环伏安图实线： PFSE 对 NE 的电催化循环伏安图 2.5停留时间对峰电流的影响 考察了扫描前停留时间对峰电流的影响.实验发现，随着停留时间的增大， NE 的氧化峰电流有明显增大；而还原峰电流也有所增大，但与前者相比增幅较小.这可能因为 NE 是通过吸附作用被富集到 PFSE 表面，吸附量随着停留时间的增加而增加，从而导致其氧化峰电流也随之增大；而大部分NE 的氧化产物因扩散到测试溶液中，从而出现了还原峰电流变化不大的情况.因此，每次实验均选用相同的停留时间. 2.6 NE 的浓度对峰电流的影响 图3是PFSE在扫描电位范围为-0.1~0.6V时，于含有不同浓度 NE 的 PBS(pH 6.8，0.1 mol/L NaCl)中的循环伏安图.由图可知，在该测试体系中 PFSE对NE 具有强烈的电催化作用，NE 的氧化还原峰电流均随浓度的增大而相应增高.当NE 的浓度在2.2×10-6~5.0×10- mol/L 范围内时，其氧化峰电流与浓度有良好的线性关系，线性回归方程及相关系数分别为： ip(uA)=-50.11-8.29 logC(mol/L)， CR=0.991 7(图3内插图).当信噪比为3时，检测下限可由上式求得约为 4.0x10- mol/L. 2.7回收率实验 在10 mL PBS 中加入适量 NE 模拟样品溶液，按实验方法测定.平行测定10份模拟样品，测定结果的相对标准偏差(RSD)为 3.0%.在模拟样品中加入一定量的标准 NE 溶液进行回收率实验，回收率范围为96.7%~102.7%(表1). 图 3 PFSE 对不同浓度 NE 的电催化循环犬安图 测试体系：0.05 mol/L PBS (pH 6.8)+0.1 mol/L NaC1 电位范围：-0.1~0.6V 扫描速率：100mV/s CNe(由内至外)：2.2×10mol/L、8.5×10mol/L、3.3×10-5mol/L、1.3×10-mol/L、5.0×10mol/L 内插图：工作曲线 表1回收率实验结果 45 78 2.8干扰实验 抗坏血酸(AA)与 NE 共存于人脑和体液中.研究表明，在普通固体电极上， AA 的氧化峰电位与NE 的氧化峰电位较为接近，导致伏安响应图重叠，从而对 NE 的测定产生严重干扰.本文制备的 PFSE则可明显降低 AA 的干扰.实验发现，尽管当测试体系中AA 的量为450倍 NE时， NE 的氧化峰电位与AA 的氧化峰电位相差约150mV，说明在高剂量AA 干扰物存在下，本方法仍能对 NE 进行准确定量分析. 3结论 采用简单的电化学方法，制备出对去甲肾上腺素(NE)具有优良电催化活性的聚荧光素薄膜修饰电极(PFSE)， 建立了一种定量测定 NE 的新方法.结果表明，该修饰电极具有准确度高、重现性好、检测范围较宽和检测下限较低(4.0×10-’mol/L)等特点. 特别是， PFSE 具有较强的抗抗坏血酸(AA)干扰能力，可望用于实际生物样品中 NE 的定量分析. ( 参考文献： ) ( [1]李明齐，何晓英，蔡铎昌.去甲肾上腺素在多壁碳纳米管修饰玻碳电极上的电化学行为[J].化学研究与应用， 2006，18(3)：302-304. ) ( [2]周谷珍，孙元喜，黄想成.聚荧光素薄膜修饰电极对多巴胺的电催化作用[J].理化检验一化学分册(实验与研 究)， 2006，42：331-333. ) ( [3]周谷珍，刘彬，孙元喜.聚茜素红薄膜修饰电极对去甲肾上腺素的电催化化用[J].湖南文理学院学报(自然科学 版)，2005，17(3)： 39-41. ) ( [4]万其进，喻玖宏.聚茜素红膜修饰电极控制电位扫描法分别测定多巴胺和抗坏血酸[].高等学校化学学报， 2002， 21(11) ： 1650-1654. ) ( [5]周谷珍，杨有谋，田政平，等.聚荧光素薄膜修饰电极的制备[J].湖南文理学院学报(自然科学版)，2004，16(3)： 22-25. ) Electrocatalysis property of poly(fluorescein)film modified electrode on noradrenalin FENG Hui， SUN Yuan-xi， ZHOU Gu-zhen (Department of Chemistry and Chemical Engineering， HunanUniversity of Arts and Science， Changde， Hunan， 415000) Abstract： The electrochemical behavior of noradrenalin (NE)on poly(fluorescein) film modified electrodes (PFSE) havebeen studied by cyclic voltammetry. Under the optimizedconditions， the oxidation peak currents were in linear withconcentration of NE in the range of 2.2×106~5.0x10mol/Lwith a linear correlation coefficient of 0.991 7， and the detec-tion limit was estimated to be 4.0x10"mol/L. Especially， it wasfound that the ascorbic acid (AA) showed small interfere in thedetermination of NE on the PFSE. These results indicated thePFSE presented might hold great potential to be applied for thequantitative analysis of NE in real samples. Key words： poly(fluorescein)； modified electrode； noradrena-lin；electrocatalysis ( 收稿日期：2008-02-25 ) ( 作者简介：冯辉(1973-)，女，硕士研究生，主要从事化学生物传感技术的研究. ) ( (责任编校：刘晓霞) ) ◎China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net