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聚L-半胱氨酸/还原氧化石墨烯/Nafion修饰玻碳电极对芦丁的电化学传感行为研究

更新时间:2016-07-05

石墨烯在电化学传感器的研究中备受关注[1 - 3]。芦丁属于黄酮类化合物,具有抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗脂肪细胞与抗肿瘤活性等诸多药理和生理活性[4],已用于治疗血管疾病、冠状动脉硬化、高血压以及关节炎等疾病[5]。目前检测芦丁的方法有高效液相色谱法[6]、分光光度法[7]、毛细管电泳[8]和电化学方法[2]等。电化学方法因检测速度快,灵敏度高以及易微型化等优势在芦丁药物分析研究中倍受青睐[9]

芦丁在石墨烯复合材料上电化学行为的研究已有报道[10 - 11],但采用氨基酸,特别是聚半胱氨酸(Poly-L-Cys) 修饰电极作为芦丁传感器尚未见报道。L-Cys分子中含有氨基、巯基和羟基等活性基团[12],为芦丁在电极表面上的吸附提供了较丰富的活性位点[10]。本文使用聚Poly-L-Cys/rGO/Nafion修饰玻碳电极,研究了芦丁在其上的电化学行为,由此建立的芦丁电化学传感器与文献报道[9]相比,大大提高了检测灵敏度,为芦丁药物的检测及分析提供了一种新的方法。

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1 实验部分

1.1 仪器与试剂

CHI 660 型电化学工作站(上海辰华仪器公司),实验采用三电极体系:Poly-L-Cys/rGO/GCE为工作电极,Ag/AgCl电极为参比电极,铂丝为辅助电极;pHS-3C型pH 计(上海雷磁仪器公司)。

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1.2 Poly-L-Cys/rGO/GCE的制备

1.2.1 玻碳电极预处理 将玻碳电极(GCE)用0.05 μm Al2O3粉末在麂皮上抛光,然后用二次蒸馏水冲洗干净,红外灯烘干后,备用。

2.4.1 溶液pH的影响 考察了在不同pH的PBS中芦丁的CV行为。从图3中可看出,当pH=2时峰电流达到最大值,之后随溶液pH的增大,峰电流逐渐降低,峰电位负移,且pH与峰电位(E)呈良好线性关系,线性方程分别为:Epa(V)=-0.0605pH+0.7459(R2=0.9956)和Epc(V)=-0.0610pH+0.7004(R2=0.9967),两方程中的斜率分别为60.5 mV/pH和61.0 mV/pH,这与能斯特值59 mV/pH很接近,说明参与电极反应的质子和电子的比例为1∶1[14]。因此选择pH=2的PBS为最佳电解质溶液。

1.2.3 Poly-L-Cys/rGO/GCE的制备 将rGO/Nafion/GCE浸入 pH=7.0的1.0×10-3 mol/L的L-Cys溶液中,于电位-0.8~+2.2 V,在扫速100 mV/s下进行循环伏安(CV)扫描,取出电极用二次蒸馏水淋洗,于红外灯下烘干,得Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE。用上述同样方法制备Poly-L-Cys/GCE。

2 结果与讨论

2.1 扫描电镜表征

从图1A可知,GO非单片层,表面粗糙且边缘呈皱褶状,表明GO未完全剥离。从图1B可见,rGO层状结构非常明显,且片层比较薄,说明rGO得到了很好的剥离,rGO层与层之间相互重叠,表明所制备的rGO是多层结构,且GO已被充分还原。从图1C可看到rGO表面拥有细小的颗粒,但分布并不均匀,这可能由于聚合过程中一部分L-Cys未能很好地吸附在rGO的表面,同时也表明L-Cys已成功聚合到rGO/Nafion/GCE表面。

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图1 GO(A) rGO(B)和Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE(C)的扫描电镜(SEM)图 Fig.1 SEM of GO(A),rGO(B) and Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE(C)

2.2 芦丁在不同电极上的电化学行为

采用CV法研究了芦丁在不同电极上,在含1.0×10-5 mol/L芦丁的0.1 mol/L的 PBS(pH=2)中的电化学响应。从图2可知,芦丁在裸GCE上于0.58 V处的峰电流为2.9 μA(曲线a),与之相比,Poly-L-Cys/GCE的峰电流值迅速增大至8.48 μA(曲线b)。这是因为芦丁中的羟基与L-Cys中的氨基作用形成氢键,使电子转移速度加快;当修饰电极为rGO/Nafion/GCE时,峰电流值增加到12.1 μA(曲线c),应源于rGO优良的导电性能以及大的比表面积,提高了电极对芦丁的负载量;当用Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE测定芦丁时,峰电流值达到17.5 μA,源于L-Cys的催化性能和rGO的优良性能,增加了反应活性位点,表现了L-Cys与rGO之间良好的协同作用。

L-半胱氨酸(上海生工公司),芦丁标准品(上海捷润公司),石墨粉(东华石墨厂),复方芦丁片(亚宝药业公司),0.1 mol/L磷酸盐缓冲溶液(PBS),其它试剂均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。

2.3 L-Cys 聚合时间的优化

通过电聚合圈数来研究L-Cys 聚合时间对电极导电性能的影响。实验比较了聚合L-Cys圈数分别为5、10、15、20、35对电极性能的影响。结果表明,随扫描圈数的增加,峰电流(I)也随之增加,当扫至20圈时峰电流达到最大,之后随扫描圈数的增加,峰电流开始下降。说明随扫描圈数的增加,电极表面上的修饰膜的厚度也在增加,阻碍了电子的转移,峰电流降低,故后续实验采用扫描20圈制备修饰电极。

2.4 实验条件的优化

1.2.2 rGO/GCE的制备 采用改进的Hummers法合成氧化石墨烯(GO)[13]。用水合肼还原GO得到还原氧化石墨烯(rGO)。称取1 mg rGO超声分散于2 mL 0.2%的Nafion溶液中2 h,得0.5 mg/mL的rGO/Nafion溶液。移取5 μL rGO/Nafion溶液,滴涂于处理后的GCE表面,红外灯烘干,得rGO/Nafion/GCE。

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2.4.2 扫描速率的影响 用CV法考察扫速v对芦丁峰电流的影响。结果发现,扫速在20~900 mV/s范围内,随扫速的增加,氧化还原峰电流也逐渐增加;且峰电位差逐渐增大,同时且发现峰电流与扫速v呈良好的线性关系,线性方程分别为:Ipa(μA)=-0.1284logv-6.1323(R2=0.9940)和Ipc(μA)=0.0943logv+3.3281(R2=0.9957),表明该电极反应受吸附控制过程。

图2 芦丁在GCE(a)、Poly-L-Cys/GCE(b)、rGO/ Nafion/GCE(c)和Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE(d)上的循环伏安(CV)曲线 Fig.2 CV curves of rutin at GCE(a),Poly-L-Cys/GCE(b),rGO/Nafion/GCE(c) and Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE(d)

图3 Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE在含1.0×10-5 mol/L芦丁的不同pH的PBS中的循环伏安(CV)图 Fig.3 CVs of 1.0×10-5 mol/L rutin at Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE in PBS buffers with different pH values pH(a-g):2,3,4,5,6,7,8.

2.5 芦丁的检测

图4 不同浓度芦丁在Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE上的示差脉冲伏安(DPV)图 Fig.4 DPV of different concentrations of rutin at Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE a→j:2.0×10-8~1.0×10-5 mol/L.

[3] Zhang K X,Xu J K,Zhu X F,Lu L M,Duan X M,Hu D F,Dong L Q,Sun H,Gao Y S,Wu Y.Journal of Electroanalytical Chemistry,2015,739:66.

2.6 稳定性、重复性和干扰实验

室温下,修饰电极在浓度为1.0×10-5 mol/L的芦丁溶液中连续扫描10次,其峰电流值基本保持不变,峰电流的RSD为4.5%;将修饰电极放置一个月,测其峰电流值,发现电流值减小11%左右,表明该修饰电极拥有良好的重现性和稳定性。在优化条件下,500倍的倍的酪氨酸、苯丙氨酸、抗坏血酸以及50倍的槲皮素、葛根素、黄芩苷不干扰1.0×10-5 mol/L芦丁的测定,表明此修饰电极具有良好的选择性。

2.7 样品分析

取2片复方芦丁片(20 mg/片),放入研钵研磨成粉末,用无水乙醇溶解后过滤,滤液定容至100 mL,得浓度为6.5×10-4 mol/L储备液。分别移取100 μL储备液于3个10 mL离心管中,然后分别加入1、2、3 mL 1.0×10-5 mol/L芦丁标准液,用pH=2的PBS定容至刻度。使用标准加入法进行DPV检测,结果见表1。从表可得,该传感器的回收率在97%~103%之间。

表1 芦丁样品的含量测定(n=5)

Table 1 Determination results of rutin sample(n=5)

SampleSpecified(μmol/L)Added(μmol/L)Found(μmol/L)Recovery(%)16.506.42-26.517.399736.528.4810346.539.4099.3

3 结论

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参考文献

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在优化条件下,使用示差脉冲伏安法(DPV)考察了该传感器对芦丁的响应能力。由图4可见,随芦丁浓度的增大,峰电流随之线性增加,且浓度在2.0×10-8~1.0×10-5 mol/L范围内与峰电流呈良好线性关系,线性方程为:I(μA)=-4.1181c+3.0502(R2=0.9970),检出限(S/N=3)为1.0×10-8 mol/L。结果表明,该传感器拥有较宽的检测范围和较低的检出限,灵敏度较高。这源于L-Cys 和rGO之间的协同作用改进了电极表面的性能。

制备了修饰电极Poly-L-Cys/rGO/Nafion/GCE。该传感器因rGO大的比表面、较快的电子转移速率和L-Cys较高的电催化活性,从而使其对芦丁的吸附以及电催化氧化活性提高。在最优条件下,该传感器对芦丁有宽的线性范围和较低的检测限,可用于真实样品中芦丁简便有效测定。

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2016年全国民政工作会议上提出,要依靠标准化实施民政服务对象保障政策,提高民政管理服务水平,防范民政工作风险,实现民政部门政府职能的转变。近年来,随着社会的开放性发展,社会工作的专业化、职业化以及标准化的纵深发展,在应对转型期婚姻家庭问题中具有专业优势,为婚姻家庭社会工作服务的实践发展提供了可能性。

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韩海霞,弓巧娟,秦建芳,王玉春,姚陈忠
《分析科学学报》 2018年第02期
《分析科学学报》2018年第02期文献

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