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        聚中性紅修飾玻碳電極的制備及應(yīng)用

        2014-10-15 10:15:16屈穎娟楊曉慧
        化學(xué)與生物工程 2014年8期
        關(guān)鍵詞:玻碳緩沖溶液伏安

        屈穎娟,韓 敏,楊曉慧

        (西安文理學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院,陜西 西安710065)

        谷氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種常見(jiàn)α氨基酸之一,大量存在于谷類蛋白質(zhì)中,動(dòng)物腦中含量也較多。谷氨酸在生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)代謝過(guò)程中占重要地位,參與動(dòng)物、植物和微生物中的許多重要化學(xué)反應(yīng)[1]。谷氨酸鈉俗稱味精,是重要的鮮味劑,對(duì)香味具有增強(qiáng)作用,廣泛用作食品調(diào)味劑[2]。味精生產(chǎn)過(guò)程中,須經(jīng)常測(cè)定谷氨酸和谷氨酸鈉的含量,以控制適宜的工藝條件,確保各工序正常有序地進(jìn)行,所以研究谷氨酸的測(cè)定方法具有重要的實(shí)際意義。

        目前,谷氨酸的測(cè)定方法主要有吸收光譜法[3]、高效液相色譜法[4]、電位分析法[5]等。中性紅是一種細(xì)胞活體染色和酸堿指示劑的堿性吩嗪染料,可用作酸堿指示劑、修飾電極的修飾劑[6-8]。鑒于此,作者在此將中性紅聚合到玻碳電極表面,制備聚中性紅修飾玻碳電級(jí)并采用循環(huán)伏安法對(duì)谷氨酸在該修飾電極上的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究,擬為建立谷氨酸的電化學(xué)分析方法提供依據(jù)。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 試劑與儀器

        中性紅,分析純,天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;谷氨酸,分析純,上海悠祥生化試劑有限公司;食用雞精,上海太太樂(lè)食品有限公司;其它試劑均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

        CHI600C型電化學(xué)工作站;三電極體系:工作電極為裸玻碳電極(GCE)或修飾玻碳電極,參比電極為飽和甘汞電極,對(duì)電極為鉑絲電極;SB5200D型超聲波清洗機(jī);PHS-2C型酸度計(jì)。

        1.2 玻碳電極的預(yù)處理

        將直徑為3mm的裸玻碳電極依次用金相砂紙、氧化鋁拋光粉拋光成鏡面,然后在超聲水浴中依次用1∶1硝酸、1∶1乙醇和去離子水將電極清洗干凈,最后將該玻碳電極置于0.5mol·L-1硫酸溶液中于-0.5~1.0V電位下進(jìn)行循環(huán)掃描極化至循環(huán)伏安圖穩(wěn)定為止。

        1.3 聚中性紅修飾玻碳電極的制備

        將處理后的玻碳電極放入0.50mol·L-1NaNO3+0.50mmol·L-1中性紅+NaAc-HAc緩沖溶液(pH=5.0)的混合體系中,控制掃描電位范圍為-0.8~0.8V,設(shè)定掃描段數(shù)為30,以100mV·s-1的掃描速率循環(huán)掃描,即可制得聚中性紅修飾玻碳電極。

        2 結(jié)果與優(yōu)化

        2.1 電極修飾條件的優(yōu)化

        2.1.1 電位范圍、掃描速率及掃描段數(shù)的選擇

        配制一定濃度的中性紅溶液進(jìn)行電極聚合。

        1)在掃描速率為100mV·s-1、不同電位范圍下進(jìn)行聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn),電位范圍為-0.8~0.8V時(shí)的聚合效果最好。因此,選擇電位范圍為-0.8~0.8V。

        2)在電位范圍為-0.8~0.8V、不同掃描速率下進(jìn)行聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn),掃描速率為100mV·s-1時(shí)的聚合效果最好。因此,選擇掃描速率為100mV·s-1。

        3)在電位范圍為-0.8~0.8V、掃描速率為100 mV·s-1的條件下,分別設(shè)定掃描段數(shù)為10、20、30、40進(jìn)行聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn),掃描段數(shù)為30時(shí)循環(huán)伏安圖已趨于穩(wěn)定,且對(duì)谷氨酸的響應(yīng)最好,聚合效果最好。因此,選擇掃描段數(shù)為30。

        2.1.2 中性紅濃度的選擇

        分別在濃度為0.05mmol·L-1、0.10mmol·L-1、0.50mmol·L-1、1.0mmol·L-1的中性紅溶液中進(jìn)行電極聚合,通過(guò)循環(huán)伏安圖比較其峰電流的大小。結(jié)果表明,當(dāng)中性紅濃度為0.50mmol·L-1時(shí)峰電流最大,與文獻(xiàn)[6]結(jié)果一致。因此,選擇中性紅濃度為0.50mmol·L-1較為適宜。

        2.1.3 緩沖溶液體系及其pH值的選擇

        分別在PBS、NaAc-HAc、NaAc-HCl緩沖溶液中制備聚中性紅修飾玻碳電極。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在NaAc-HAc緩沖溶液中聚合得到的修飾電極性能最好。因此,選擇NaAc-HAc緩沖溶液較為適宜。

        分別在pH 值為4.0、4.5、5.0、5.5、6.0的 NaAc-HAc緩沖溶液中制備聚中性紅修飾玻碳電極。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在pH=5.0的NaAc-HAc緩沖溶液中,中性紅在玻碳電極表面的聚合效果最好。因此,選擇在pH=5.0的NaAc-HAc緩沖溶液中制備聚中性紅修飾玻碳電極。

        2.1.4 支持電解質(zhì)及其濃度的選擇

        分別在NaNO3、Na2SO4、KCl溶液中進(jìn)行電極聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)支持電解質(zhì)為NaNO3溶液時(shí),中性紅在電極上的聚合效果較好。

        在濃度為0.1~1.5mol·L-1的 NaNO3溶液中進(jìn)行電極聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在0.5mol·L-1的NaNO3溶液中的聚合效果最好。因此,選擇0.5mol·L-1的NaNO3溶液為支持電解質(zhì)。

        2.2 修飾電極測(cè)定谷氨酸

        2.2.1 修飾電極測(cè)定谷氨酸條件的選擇

        1)掃描速率的選擇

        固定谷氨酸濃度為1.0×10-5mol·L-1,在10~200mV·s-1的掃描速率范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)掃描速率為100mV·s-1時(shí),峰電流最大。因此,選擇掃描速率為100mV·s-1。

        2)底液及其濃度、pH值的選擇

        分別用0.10mol·L-1的PBS、Na2SO4、KCl溶液作為測(cè)試底液,在電位范圍為-0.8~0V、掃描速率為100mV·s-1的條件下進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)?shù)滓簽镻BS緩沖溶液時(shí),峰電流最大。因此,選擇PBS緩沖溶液作為測(cè)試底液。

        同時(shí)對(duì)PBS緩沖溶液的濃度和pH值進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)以濃度為0.10mol·L-1、pH=4.0的PBS緩沖溶液作為測(cè)試底液時(shí),峰電流最大。因此,選擇濃度為0.10mol·L-1、pH=4.0的PBS緩沖溶液作為測(cè)試底液。

        2.2.2 電極修飾前后對(duì)谷氨酸的伏安響應(yīng)

        分別用未修飾電極與修飾電極對(duì)谷氨酸進(jìn)行循環(huán)伏安掃描,結(jié)果如圖1所示。

        圖1 谷氨酸在未修飾電極和修飾電極上的循環(huán)伏安圖Fig.1 The CV curves of glutamic acid at unmodified electrode and modified electrode

        由圖1可看出,聚中性紅修飾玻碳電極對(duì)谷氨酸有明顯的伏安響應(yīng)。

        2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

        在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,對(duì)不同濃度的谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明:谷氨酸濃度(c)在5.0×10-6~2.0×10-4mol·L-1范圍內(nèi)與峰電流(ip)呈良好線性關(guān)系,回歸方程為ip=9.6238c+6.8727,相關(guān)系數(shù)為0.9993,檢出限(S/N=3)為2.0×10-6mol·L-1。

        2.2.4 樣品測(cè)定

        準(zhǔn)確稱取食用雞精0.20g,配制成100mL樣品溶液。在電位范圍為-0.8~0V、掃描速率為100 mV·s-1、掃描段數(shù)為2的條件下,進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)定,計(jì)算回收率,結(jié)果見(jiàn)表1 。

        由表1 可知,回收率在99.2%~103.0%之間,說(shuō)明該方法具有可行性,且準(zhǔn)確度較高。

        3 結(jié)論

        制備了聚中性紅修飾玻碳電極,并采用循環(huán)伏安法對(duì)谷氨酸在該修飾電極上的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究,據(jù)此建立了谷氨酸的電化學(xué)分析方法。結(jié)果表明,與裸玻碳電極相比,谷氨酸在修飾電極上產(chǎn)生一對(duì)氧化還原峰,谷氨酸在5.0×10-6~2.0×10-4mol·L-1濃度范圍內(nèi)與峰電流呈良好的線性關(guān)系,檢出限(S/N=3)為2.0×10-6mol·L-1。該法可用于食用味精中谷氨酸的含量測(cè)定。

        表1 樣品測(cè)定結(jié)果Tab.1 Determination results for samples

        [1]武海云,蔣根靈,李慶林.天麻素通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡保護(hù)谷氨酸誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞損傷[J].中國(guó)臨床藥理學(xué)與治療學(xué),2012,17(12):1361-1367.

        [2]http://www.wiki8.com/guansuan_31325.

        [3]趙進(jìn)輝,劉木華,吁芳,等.鴨肉中谷氨酸含量的可見(jiàn)-近紅外光譜測(cè)定研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào),2011,25(3):529-533.

        [4]HAN H,MIYOSHI Y,UENO K,et al.Simultaneous determination of D-aspartic acid and D-glutamic acid in rat tissues and physiological fluids using a multi-loop two-dimensional HPLC procedure[J].Journal of Chromatography B,2011,879(29):3196-3202.

        [5]孫士青,史建國(guó),朱思榮,等.酶電極法測(cè)定谷氨酸片中谷氨酸含量[J].山東科學(xué),2007,20(4):33-36.

        [6]張秋靈,鄒華,常文貴.聚中性紅修飾電極測(cè)定維生素C的方法研究[J].飲料工業(yè),2007,10(11):33-36,40.

        [7]鄭蘭梅,周躍明,梁喜珍,等.聚中性紅/納米二氧化硅復(fù)合修飾電極直接測(cè)定抗壞血酸[J].分析試驗(yàn)室,2012,31(4):28-31.

        [8]顧玲,張苗,賀亞梅.聚中性紅/Ni2+修飾碳糊電極對(duì)葡萄糖的電催化氧化研究[J].化學(xué)研究與應(yīng)用,2013,25(6):812-817.

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