田欣雨 樊雪梅

(商洛學(xué)院化學(xué)工程與現(xiàn)代材料學(xué)院，商洛726000)

1 前言

尿酸(2,6,8-三羥基嘌呤，UA，圖1)是嘌呤代謝的終產(chǎn)物，人體體液中尿酸含量變化反映了人體內(nèi)新陳代謝和免疫機(jī)能的情況，當(dāng)人體產(chǎn)生疾病，如痛風(fēng)、白血病、尿毒癥及心血管疾病時(shí)，人體血液中尿酸含量升高，特別是腎臟受損嚴(yán)重時(shí)，血液中尿酸含量顯著升高。因此，準(zhǔn)確測(cè)定人體體液中尿酸含量在臨床診斷方面具有重要意義[1]。

圖1 尿酸的結(jié)構(gòu)式

目前，檢測(cè)尿酸的方法有色譜法[2]、熒光法[3,4]、比色法[5,6]和電化學(xué)方法[7,8], 電化學(xué)發(fā)光法[9,10]等。其中色譜法分離效果較好，操作簡(jiǎn)便且快速，但樣品處理過(guò)程麻煩；光譜法存在樣品中其它發(fā)色團(tuán)干擾嚴(yán)重；酶方法雖選擇性較好，但價(jià)格昂貴，電化學(xué)方法靈敏度高，檢出限低，且操作簡(jiǎn)便，成本低廉。

本實(shí)驗(yàn)制備了一種新型的Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜修飾電極，研究了尿酸在該復(fù)合膜修飾電極上的電化學(xué)行為。Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜修飾電極能有效促進(jìn)尿酸的電子轉(zhuǎn)移，電極表面為吸附控制過(guò)程。在pH 5.8磷酸緩沖溶液中，氧化峰電流與尿酸的濃度在2.0 ×10-7～2.0×10-5mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，方法用于實(shí)際樣品的測(cè)定，加標(biāo)回收率為96.8～103.2，效果良好。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)在ZAHNER電化學(xué)工作站上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)用水由PT-RO-10L超純水設(shè)備提供。

尿酸、石墨粉、濃硫酸、Nafion、氯金酸、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鉀外購(gòu)。

2.2 石墨烯的制備

將3.0 g石墨粉和69 mL濃硫酸混合后置于冰水浴中，加入1.5 g NaNO3和9.0 g KMnO4， 2 h后混合液變?yōu)樯罹G色，35 ℃反應(yīng)0.5 h，溶液變成棕褐色。加入138 mL去離子水，溫度升至98 ℃后反應(yīng)0.5 h，溶液變成淺黃色，加入213 mL水，攪拌10 min，再加入25 mL 30%雙氧水，溶液變成金黃色。沉降棄去上層清液，用鹽酸洗滌，用去離子水洗滌至中性，置于真空干燥箱中干燥得到氧化石墨，研磨成粉備用。

2.3 納米金的制備

將100 mL 0.01%氯金酸溶液至于250 mL錐形瓶，加熱至沸騰，加入2.75 mL 1%檸檬酸鈉溶液，繼續(xù)攪拌，煮沸12 min，顏色有紫紅色變?yōu)榫萍t色，停止加熱，自然冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，4°C保存。

2.4 Nafion/石墨烯/納米金修飾電極的制備

將玻碳電極(GCE，直徑2 mm)用0.05 μm α-Al2O3粉末在拋光布上打磨成鏡面，依次用1∶1硝酸、乙醇、超純水超聲清洗3～5min。將0.1% Nafion溶液和1mg/mL石墨烯分散液及納米金溶液以體積比1∶1∶1混合，超聲分散30 min，即得Nafion/石墨烯/納米金溶液。取10 μL上述混合液滴加于預(yù)處理好的玻碳電極表面，自然晾干，即得到修飾電極。

2.5 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用三電極體系：以裸玻碳電極或Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜修飾電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲電極為輔助電極。電壓范圍-0.3～1.0V，用差分脈沖法在0.27 V處以氧化峰電流Ip對(duì)尿酸進(jìn)行定量。

3 結(jié)果與討論

3.1 UA在Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜電極上的差分脈沖圖

圖2是pH 值為5.8的Na2HPO4-KH2PO4緩沖溶液條件下，UA在不同電極上的差分脈沖伏安圖。由圖可知，UA 在裸玻碳電極上于0.27 V出現(xiàn)一氧化峰，氧化峰電流較小(曲線a)，而在Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜修飾電極上，氧化峰電流增大(曲線b)，這說(shuō)明Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜具有較好的導(dǎo)電性，加快了電極表面電子轉(zhuǎn)移的速率，對(duì)UA的氧化具有一定的催化作用。

圖2 UA在不同電極上的差分脈沖伏安圖

3.2 掃描速度的影響

研究了掃描速度對(duì)氧化峰電流的影響。發(fā)現(xiàn)掃描速度在75～300mV/s范圍內(nèi)與UA的氧化峰電流二分之一呈良好的線性關(guān)系，線性方程為Ipa= 0.0103ν1/2+ 0.9758，表明UA在Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜電極上的電極反應(yīng)為吸附控制過(guò)程。

3.3 緩沖溶液種類(lèi)和酸度的選擇

分別以HAc-NaAc緩沖液、Na2HPO4-KH2PO4緩沖液、硼砂緩沖液作為底液，研究了Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜修飾電極下UA的電化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，在Na2HPO4-KH2PO4緩沖液中UA的峰電流較大且峰形尖銳，表明Na2HPO4-KH2PO4緩沖液具有提高UA電活性的作用。因此本實(shí)驗(yàn)選取Na2HPO4-KH2PO4緩沖液為底液。

在5.8～7.8范圍內(nèi)研究了pH值對(duì)UA氧化峰電流強(qiáng)弱的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH值為5.8時(shí)，出峰最明顯。因此，為獲得較高的峰電流，提高檢測(cè)靈敏度，Na2HPO4-KH2PO4緩沖液pH值選擇為5.8。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線

測(cè)定不同濃度UA的差分脈沖曲線，記錄0.27 V處氧化峰電流值。結(jié)果表明氧化峰電流隨UA濃度的增大而增大。不同濃度的UA對(duì)應(yīng)的差分脈沖圖見(jiàn)圖3A，以濃度為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的氧化峰峰電流值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖3B)。峰電流與UA濃度在2.0×10-7～2.0×10-5mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為I(μA)= 1.4461+ 0.5571C，相關(guān)系數(shù)為R2= 0.9843，檢出限(S/N=3)為1.0×10-8mol/L。

圖3 不同濃度 UA的循環(huán)伏安圖和UA的標(biāo)準(zhǔn)曲線

3.5 干擾實(shí)驗(yàn)

在pH 5.8的Na2HPO4-KH2PO4緩沖溶液中，當(dāng)UA濃度為5.0 × 10-6mol/L，相對(duì)誤差不超過(guò)±5%時(shí)，1000倍的Na+、K+、Al3+、Zn2+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-，800倍的葡萄糖、蔗糖、尿素、L-谷氨酸、L-賴(lài)氨酸，100倍的L抗壞血酸、草酸不干擾測(cè)定。說(shuō)明該方法有較好的選擇性。

3.6 實(shí)際樣品的測(cè)定

取0.5 mL 尿液于 50 mL 容量瓶中，定容至刻度。將該溶液稀釋 10 倍作為分析樣品，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。加標(biāo)回收率為96.8～103.2%，RSD為2.7～3.3%，表明本方法可用于實(shí)際樣品的測(cè)定。

表1 樣品測(cè)定及回收率實(shí)驗(yàn)

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)合成了石墨烯及納米金，制備得到Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜修飾電極，研究了尿酸在Nafion/石墨烯/納米金復(fù)合膜修飾電極上的電化學(xué)行為，其在修飾電極上的電極反應(yīng)過(guò)程受吸附過(guò)程控制，該修飾電極用于尿酸的測(cè)定，其氧化峰電流與尿酸的濃度在2.0 ×10-7～2.0×10-5mol/L 范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，用于實(shí)際樣品的測(cè)定，加標(biāo)回收率為96.8～103.2，效果良好。