劉冉彤，宋詩穩(wěn)，胡 凱，張 騰，余紫婷，何國苗

(延安大學(xué) 石油工程與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 延安 716000)

聚三聚氰胺-石墨烯復(fù)合膜修飾電極對多巴胺與尿酸的同時測定

劉冉彤，宋詩穩(wěn)*，胡 凱，張 騰，余紫婷，何國苗

(延安大學(xué) 石油工程與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 延安 716000)

采用循環(huán)伏安法制備了聚三聚氰胺-石墨烯復(fù)合膜修飾電極(poly-(MA)-ERGO/GCE)。研究了抗壞血酸(AA)、尿酸(UA)和多巴胺(DA)在該修飾電極上的電化學(xué)行為。結(jié)果表明，該修飾電極對AA、UA和DA均有良好的電化學(xué)響應(yīng)，且三者的氧化峰在該修飾電極上可完全分離。據(jù)此建立了在大量AA存在下同時測定UA和DA的新方法。在優(yōu)化條件下，微分脈沖伏安法(DPV)測定UA和DA的線性范圍均為1.0×10-8～5.0×10-6mol·L-1，檢出限(3sb)均為5.0×10-9mol·L-1。

聚三聚氰胺；石墨烯；尿酸；多巴胺；抗壞血酸

三聚氰胺是一種三嗪類含氮雜環(huán)有機化合物，由于分子中含有3個氨基，在一定范圍內(nèi)可進(jìn)行電化學(xué)氧化，修飾在電極上形成聚三聚氰胺[1]。而石墨烯是一種新型納米碳質(zhì)材料，具有比表面積大、導(dǎo)電性好、機械強度大等優(yōu)點，在電化學(xué)傳感領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[2-6]。石墨烯和三聚氰胺制備的復(fù)合膜不僅穩(wěn)定，對底物也表現(xiàn)出很好的協(xié)同催化作用。常見的石墨烯修飾電極的制備方法有直接滴涂法[7]和滴涂氧化石墨烯還原等方法[8]。尚未見用聚三聚氰胺/石墨烯復(fù)合膜修飾玻碳電極同時測定多巴胺(DA)和尿酸(UA)的報道。

UA是人體內(nèi)的主要代謝產(chǎn)物[9]。血液內(nèi)UA滯留過多，會影響人體細(xì)胞的正常功能。DA在人體內(nèi)濃度過低則會引發(fā)抑郁癥[10]。因此，血液中UA和DA含量的檢測在臨床檢驗中具有重要意義。L-抗壞血酸(AA)是廣泛存在于人體體液內(nèi)的一種重要物質(zhì)[11]。由于AA具有一定的電化學(xué)活性，所以用傳統(tǒng)電極直接測定UA和DA時 AA會產(chǎn)生一定的干擾，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。因此，近年來人們制備了各種化學(xué)修飾電極以提高電化學(xué)方法測定此類物質(zhì)的選擇性和靈敏度[12]。

本文利用電聚合三聚氰胺法一步將氧化石墨烯電還原到電極上，制備了聚三聚氰胺/石墨烯修飾電極，研究了該修飾電極對UA和DA的電化學(xué)行為。結(jié)果表明，該電極可在AA的存在下同時檢測DA和UA。

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

CHI660D電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)，三電極系統(tǒng)：工作電極為聚三聚氰胺/石墨烯修飾電極(poly-(MA)-ERGO/GCE)或玻碳電極(GCE)，對電極為鉑絲電極，參比電極為飽和甘汞電極，KQ-5200B高功率數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。

三聚氰胺(MA，國營上海試劑廠)、天然石墨鱗片(小于30 μm，碳含量99.9%，青島萊西市南墅發(fā)達(dá)石墨公司)、尿酸(UA，國藥化學(xué)試劑有限公司)、鹽酸多巴胺(DA，上海和豐制藥有限公司)、L-抗壞血酸(AA，天津市新純化學(xué)試劑研究所)，所用試劑均為分析純，實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 氧化石墨烯的制備

采用改進(jìn)的Hummers法和文獻(xiàn)方法[13]制備氧化石墨，將得到的氧化石墨超聲分散在二次蒸餾水中，再在35 ℃條件下將其水溶液真空干燥24 h，得到氧化石墨烯(GO)。

1.3 聚三聚氰胺/石墨烯復(fù)合膜修飾電極的制備

先分別用0.3 μm和0.05 μm氧化鋁粉末將玻碳電極拋光至鏡面，用高純水沖洗干凈后，分別用硝酸水溶液(體積比1∶1)、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗1 min，晾干備用。在0.1 mol·L-1磷酸鹽緩沖溶液(Na2HPO4-NaH2PO4,pH 5.5)中，控制氧化石墨烯的質(zhì)量濃度為5 g·L-1,三聚氰胺的濃度為1.0×10-3mol·L-1，在-2.0～2.0 V范圍內(nèi)以50 mV·s-1的掃速循環(huán)掃描10圈，沖洗干凈后室溫晾干，即得聚三聚氰胺/石墨烯復(fù)合膜修飾電極，記為poly-(MA)-ERGO/GCE。按相似方法制備聚三聚氰胺修飾電極，記為poly-(MA)/GCE。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚三聚氰胺/石墨烯復(fù)合膜修飾電極的制備

三聚氰胺濃度為1.0×10-3mol·L-1時的循環(huán)伏安圖見圖1A。其中0.4、1.1 V處是電聚合三聚氰胺時的特征氧化峰，-0.7 V處是電聚合三聚氰胺時的特征還原峰[1,14]。隨著掃描圈數(shù)的增加，上述氧化還原峰峰電流逐漸增大，表明聚三聚氰胺逐漸沉積于電極表面。氧化石墨烯的質(zhì)量濃度為5 g·L-1,三聚氰胺的濃度為1.0×10-3mol·L-1時的循環(huán)伏安圖見圖1B。與圖1A相比，圖1B上也出現(xiàn)了聚三聚氰胺的特征氧化還原峰，另在-1.5 V處出現(xiàn)了氧化石墨烯的特征還原峰(圖1Ba)[15]。同時，隨著掃描圈數(shù)的增加，與氧化石墨烯相對應(yīng)的峰電流逐漸增大。以上結(jié)果表明，采用循環(huán)伏安法可制備聚三聚氰胺/石墨烯復(fù)合膜。另外，圖1B中三聚氰胺的特征峰峰電流明顯大于圖1A，這是由于石墨烯具有良好的電子傳遞速率，從而使聚三聚氰胺的沉積速率明顯加快。

圖2 1.0 mol·L-1 KCl+5.0 mmol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液中poly-(MA)/GCE(a)與poly-(MA)-ERGO/GCE(b)的交流阻抗圖Fig.2 Nyquist plots of poly-(MA)/GCE(a) and poly-(MA)-ERGO/GCE(b) in 1.0 mol·L-1KCl+5.0 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]voltage:5 mV;frequency range:0.01-100 000 Hz

圖3 1.0×10-3 mol·L-1 AA、1.0×10-4 mol·L-1 DA和UA在不同電極上的循環(huán)伏安圖Fig.3 Cyclic voltammograms of 1.0×10-3 mol·L-1 AA,1.0×10-4 mol·L-1 DA and UA at different electrodesa.GCE,b.poly-(MA)/GCE,c.poly-(MA)-ERGO/GCE;v=20 mV·s-1

不同電極在1.0 mol·L-1KCl+5.0 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液中的交流阻抗圖見圖2。由圖可見，poly-(MA)-ERGO/GCE修飾電極的電化學(xué)阻抗(圖2b)明顯小于聚三聚氰胺膜修飾電極的電化學(xué)阻抗(圖2a)。這是由于石墨烯良好的導(dǎo)電性減小了復(fù)合膜的電子傳遞電阻。

2.2 AA、DA及UA在poly-(MA)-ERGO/GCE修飾電極上的電化學(xué)行為

圖3為1.0 mmol·L-1AA、0.10 mmol·L-1DA和0.10 mmol·L-1UA在裸玻碳電極(a)、聚三聚氰胺修飾電極(b)和聚三聚氰胺/石墨烯復(fù)合膜修飾電極(c)上的循環(huán)伏安圖。由圖可見，在裸GCE上，AA、DA和UA的氧化峰完全重疊，無法分別測定，且電流響應(yīng)小。在poly-(MA)/GCE上，AA、DA和UA的氧化峰可完全分開，這說明聚三聚氰胺膜對AA、DA和UA有很好的區(qū)分效應(yīng)[16]。而在聚三聚氰胺/石墨烯復(fù)合膜修飾電極上，AA、DA和UA的氧化峰完全分開，且電流響應(yīng)明顯大于聚三聚氰胺膜修飾電極，這說明復(fù)合膜修飾電極對AA、DA和UA的電氧化具有良好的電催化活性和區(qū)分效應(yīng)，可在AA存在下對UA和DA進(jìn)行同時測定。

采用循環(huán)伏安法研究了電位掃描速率對UA和DA氧化峰電流和峰電位的影響。結(jié)果表明，隨著電位掃描速率的增加，UA和DA的氧化峰電流均增加，且峰電流與電位掃描速率呈線性關(guān)系，UA和DA的線性方程分別為Ip(UA)=6.568+0.223v和Ip(DA)=4.899+0.150v，表明UA和DA在poly-(MA)-ERGO/GCE上的反應(yīng)過程均為吸附控制過程。

考察了溶液酸度對UA和DA電化學(xué)行為的影響。結(jié)果顯示，在pH 5.5～8.0范圍內(nèi)，UA和DA的陽極峰電位Ep均隨pH值的增加而負(fù)移，且峰電位與pH值均呈線性關(guān)系。線性方程分別Ep(UA)(V)=0.806-0.071 pH和Ep(DA)(V)=0.565-0.058 pH，斜率分別為-0.071V/pH和-0.058 V/pH，與理論值-0.059 V/pH和-0.059 4 V/pH接近，表明UA和DA的電極反應(yīng)均為兩電子兩質(zhì)子反應(yīng)[17-18]。同時，UA的陽極峰電流隨pH值的增大而減小，DA的陽極峰電流隨pH值先減小后基本不變，最大峰電流值均在pH 5.5。故選擇pH 5.5的0.10 mol·L-1磷酸鹽緩沖溶液作為支持電解質(zhì)。

2.3 線性范圍與檢出限

考察了5.0×10-4mol·L-1AA和1.0×10-5mol·L-1DA存在下加入不同濃度UA時的微分脈沖伏安圖。結(jié)果表明，在1.0×10-8～5.0×10-6mol·L-1范圍內(nèi)，UA的峰電流與其濃度(c,mol·L-1)呈線性關(guān)系，線性方程為Ip(UA)=0.134 1+0.933c。同時考察了5.0×10-4mol·L-1AA和8.0×10-5mol·L-1UA存在下加入不同濃度DA時的微分脈沖伏安圖。結(jié)果表明，在5.0×10-8～9.0×10-6mol·L-1范圍內(nèi),DA的峰電流與其濃度呈線性關(guān)系，線性方程為Ip(DA)=2.254+0.811c。AA和UA對DA的測定無干擾。這表明在AA存在下，poly-(MA)-ERGO/GCE修飾電極可用于DA和UA的同時測定。

圖4 不同濃度的UA和DA在5.0×10-4 mol·L-1 AA共存下的微分脈沖伏安圖Fig.4 DPV of different concentrations of DA and UA on the poly-(MA)-ERGO/GCE in the presence of 5.0×10-4 mol·L-1 AA in 0.1 mol·L-1 PBS concentration of DA and UA(a-h):(0.01,0.3,0.5,1.0,3.0,5.0,7.0,9.0)×10-6 mol·L-1

圖4為在5.0×10-4mol·L-1AA存在下，同時加入不同濃度DA和UA時的微分脈沖伏安圖。結(jié)果表明在1.0×10-8mol·L-1～5.0×10-6mol·L-1范圍內(nèi)，DA和UA峰電流與其濃度均呈良好的線性關(guān)系，線性方程分別為Ip(DA)=0.209+0.757c,r2=0.998和Ip(UA)=0.627+0.708c,r2=0.998。DA和UA的檢出限(3sb)均為5.0×10-9mol·L-1。與文獻(xiàn)報道的結(jié)果相比(表1)，poly-(MA)-ERGO/GCE修飾電極用于DA和UA的同時測定具有線性范圍寬、檢出限低等特點，這得益于聚三聚氰胺和石墨烯的協(xié)同作用。

2.4 修飾電極的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性及干擾實驗

采用微分脈沖法連續(xù)測定1.0 mmol·L-1AA、1.0 μmol·L-1DA和UA混合溶液10次，UA和DA峰電流的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為1.9%和2.3%。在相同的實驗條件下制備5支修飾電極，平行測定1.0 mmol·L-1的AA、1.0 μmol·L-1的DA和UA混合溶液，UA和DA峰電流的RSD分別為2.8%和3.1%。電極室溫下儲存30 d后重新測定1.0 mmol·L-1的AA、1.0 μmol·L-1DA和UA混合溶液，UA和DA的峰電流分別降為原來的94.2%和94.5%。以上結(jié)果表明，該修飾電極具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。

在含1.0 μmol·L-1UA的PBS溶液(pH 5.5)中，測定了可能共存的無機離子和有機物對DA和UA同時測定的干擾。結(jié)果表明，100倍的Ca2+、Cl-，10倍的L-半胱氨酸和葡萄糖以及等濃度的檸檬酸均不干擾測定。

表1 不同修飾電極同時測定UA和DA時的分析性能Table 1 Analytical performance of various electrodes for the simultaneous determination of UA and DA

2.5 樣品分析

通過加標(biāo)回收實驗考察了方法的可靠性。在3份加入已知濃度UA的樣品中，分別同時加入一定量的AA、DA和UA標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收實驗，結(jié)果見表2。UA和DA的加標(biāo)回收率分別為93.3%～106.3%和96.9%～107.3%，表明該方法準(zhǔn)確可靠。

表2 加標(biāo)回收率實驗結(jié)果Table 2 Results of recovery tests

采用poly-(MA)-ERGO/GCE對人體血清樣品中的尿酸及多巴胺含量進(jìn)行同時測定，人體血清樣品由延安大學(xué)附屬醫(yī)院提供，用滅菌的 PBS 緩沖溶液(0.10 mol·L-1，pH 5.5)將血清樣品稀釋 10 倍進(jìn)行測定。采用 DPV 對尿酸及多巴胺進(jìn)行同時檢測，與常規(guī)方法(尿酸酶試劑盒法和分光光度法)相比，兩種方法對 UA及DA 測定分析的平均相對誤差分別為 3.97%和2.06%，說明該電極與常規(guī)方法的檢測結(jié)果比較一致，可用于血清樣品中 UA及DA 的同時測定；對人體血清樣品中的 UA及DA進(jìn)行加標(biāo)回收實驗，回收率分別達(dá)95.2%～102.2%和96.3%～103.1%，表明該電極用于實際樣品中UA及DA 的定量檢測是可行的。

3 結(jié) 論

采用循環(huán)伏安法制備了聚三聚氰胺/石墨烯復(fù)合膜修飾電極，并用于人體血清樣品中UA及DA的同時測定。結(jié)果表明，該修飾電極對AA、DA和UA具有良好的選擇性，可在AA存在下同時檢測UA和DA。該修飾電極在臨床方面具有應(yīng)用價值。

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Simultaneous Determination of Dopamine and Uric Acid on Poly-(MA)-ERGO Modified Glassy Carbon Electrode

LIU Ran-tong,SONG Shi-wen*,HU Kai,ZHANG Teng,YU Zi-ting,HE Guo-miao

(College of Petroleum and Environment Engineering,Yan’an University,Yan’an 716000,China)

A poly-(MA)-ERGO hybrid film modified electrode was fabricated by using cyclic voltammommetry.The electrochemical behaviors of dopamine(DA),uric acid(UA)and ascorbic acid(AA)were investigated,respectively.The results showed that the modified electrode exhibited an excellent electrocatalytic activity toward the electrooxidation of DA and UA,and had a superior selectivity in the determination of DA,UA in the presence of AA.Under the optimum conditions,the calibration curves for DA and UA were linear in the range of 1.0×10-8-5.0×10-6mol·L-1with the detection limit(3sb)of 5.0×10-9mol·L-1.

poly-(melamine);graphene;uric acid;dopamine;ascorbic acid

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.10.013

O657.1；R446.11

A

1004-4957(2017)10-1240-05

2017-05-11；

2017-06-09

陜西省教育廳專項項目(16JK1865);延安大學(xué)校級科研項目(YDQ2017-19)

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宋詩穩(wěn)，碩士，實驗師，研究方向:化學(xué)修飾電極，Tel:0911-2330936，E-mail:15991911119@139.com