聚氨基黑10b-nafion修饰电极上多巴胺的检测

聚氨基黑10b-nafion修饰电极上多巴胺的检测 聚氨基黑10B/Nafion修饰电极上多巴胺的检测 作者:王春燕 唐小风 田坚 由天艳 【摘要】 用电化学聚合法制备了聚氨基黑10B/Nafion修饰电极～利用循环伏安法研究了多巴胺在此修饰电极上的电化学行为。在磷酸盐缓冲溶液,pH 6.0,中～多巴胺在修饰电极上呈现可逆的氧化还原峰。其峰电位都随pH值的增加而负移。多巴胺氧化还原峰电流与其浓度在0.2，30 μmol/L范围内呈良好的线性关系, 检出限为1.0×107 mol/L。实验结果表明:本修饰电极具有良好的重现性、稳定性和较强的抗干扰能力。将此修饰电极用于多巴胺注射液和小牛血清中多巴胺的检测～结果令人满意。 【关键词】 修饰电极～氨基黑10B～Nafion～多巴胺～电催化 1 引言 近年来～染料类聚合物薄膜修饰电极因其稳定性好～催化活性高～选择性强等优点而发展迅速～并在电催化、传感器等方面显示出良好的应用前景[1，3]。氨基黑10B属于弱酸性染料～以此物质为电极修饰剂的研究还未见报道。由于此染料带有电子给体氨基并含多个共轭体系～故该试剂也可能起到媒介体的作用。此外～该试剂苯环较 多～修饰剂分子中苯环数目的增多有利于改善其电催化活性和稳定性[4,5]。 多巴胺,DA,是哺乳动物中枢神经系统中重要的神经递质～它在机体内的浓度变化与精神活动有直接关系～对其测定方法的研究具有重要意义。由于DA具有较好的电化学活性～可用电化学方法测定其含量。然而生物体中大量抗坏血酸,AA,与DA共存～严重影响了DA的测定～因此构建了多种化学修饰电极来选择性地测定DA[6，8]。常规的方法是在电极表面修饰一层具有离子交换性质的选择性膜～Nafion作为一种具有优良的离子交换性质的选择性膜～本身带有负电荷～对DA具有富集作用～可提高测试的灵敏度,并且对AA具有排斥作用～因此减小了AA的干扰。 为了进一步扩大修饰剂的种类～扩展修饰剂的应用范围～本研究以玻碳电极为基底～利用电化学聚合法～制备了聚氨基黑10B/Nafion修饰电极～研究了此修饰电极的电化学性质及其对DA的电催化氧化性能。实验结果表明～此修饰电极不仅对DA有良好的电催化作用～而且能有效排除AA的干扰。此外～该修饰电极具有制备简单、响应快、重现性、稳定性好、抗干扰能力强等优点。 2 实验部分 2.1 仪器与试剂 CHI832电化学工作站,上海辰华仪器公司,,酸度计,上海理达仪器厂,,超声波清洗器,昆山超声仪器有限公司,,电化学实验用三电极系统, 以玻碳电极或修饰电极为工作电极～铂丝电极为对电极～Ag/AgCl,饱和KCl,电极为参比电极。 氨基黑10B,80%～Sigma公司～未经进一步提纯,, 5% Nafion,V/V～Aldrich公司,,多巴胺(Alfa Aesar公司),抗坏血酸(上海化学试剂有限公司); 磷酸盐缓冲溶液,PBS,由0.1 mol/L NaH2PO4 Na2HPO4配制～并用0.1 mol/L NaOH与0.1 mol/L H3PO4调节其pH值。所用试剂均为分析纯～实验用水为二次去离子水。 2.2 修饰电极的制备 用粒径为0.3和0.05 μm的Al2O3乳液将玻碳电极,直径3 mm,抛光至镜面～用水冲洗干净～然后依次用HNO3,1?1～V/V,～无水乙醇和水超声清洗5 min。将处理好的电极放入0.1 mol/L H2SO4中～于,0.5，1.5 V下进行循环扫描处理至背景电流稳定为止。 将预处理电极臵于含0.1 mmol/L氨基黑10B的0.1 mol/L H2SO4中～在,1.0，2.0 V电位区间～以100 mV/s的扫描速度循环 扫描进行电化学聚合。由于氨基黑10B聚合膜的厚度可由扫描圈数来控制～控制扫描20圈后取出～聚合后的电极用水清洗干净～然后在空气中自然晾干。 用微量进样器取4 μL 0.5% Nafion滴加在上述制备好的电极表面～使之均匀地铺展在氨基黑10B聚合膜外面～室温下晾干～用水清洗干净即制得修饰电极～将其放入PBS(pH 7.0)中室温保存备用。 3 结果与讨论 3.1 电化学聚合条件的选择 图1为氨基黑10B在0.1 mol/L H2SO4中电化学聚合时的循环伏安图。由图1可见～在1.0 V附近出现1个氧化峰～但没有出现对应的还原峰～这是由氨基黑10B单体在高电位下进一步氧化所产生的。由于该氧化还原产物伴随着聚合反应过程～所以不出现对应的还原峰[9]。随扫描次数的增加～这个峰的电流不断减小。 图1 氨基黑10B电聚合过程循环伏安图,略, Fig.1 Cyclic voltammograms for electrochemically polymerization of amino black 10B (0.1 mmol/L) on GCelectrode 0.1 mol/L H2SO4, scan rate: 100 mV/s( 在0.3，0.6 V范围内出现两对氧化还原峰～随着扫描次数的增加～其峰电流逐渐增大,扫描20圈后～峰电流基本不变～吸附过程达到平衡。氨基黑10B在玻碳电极表面上的聚合过程很快～电极表面形成一层蓝黑色氨基黑10B聚合物膜～此膜附着力好～紧密均匀。 扫描电位的上限对形成氨基黑10B聚合膜的影响很大。当扫描电位上限低于1.2 V时～氨基黑10B几乎不能发生电化学聚合～只能吸附在玻碳电极表面～这可能是由于氨基黑10B的聚合是通过其分子中的NH2邻位自由基进行所致[10]。所以扫描电位上限一般要高于聚合单体的氧化峰～而且实验发现～当电位上限由1.2 V增加到2.0 V时～峰电流也随之增大,但上限电位大于2.0 V以后～峰电流基本不变甚至减小。扫描电位的下限不宜过负～需要保证没有H2析出。所以本实验选择,1.0，2.0 V的扫描电位。 聚合物膜的厚度直接影响着溶液中的离子或电子向电极表面传输。膜厚度太大时～会导致电极的响应时间延长～反应的可逆性变差～影响测试的重现性。聚合物膜的厚度可以通过改变循环扫描次数来控制～本实验所用修饰电极是以100 mV/s的扫描速度循环扫描20圈得到的～此时对多巴胺的催化效果最明显。 3.2 Nafion用量的选择 Nafion膜容易制备～化学稳定性好～离子交换容量大～能抵抗阴离子和许多生物分子干扰～所以得到了广泛的应用。为减小测定过程的干扰～在氨基黑10B的聚合膜表面滴涂了一层Nafion膜。Nafion用量对峰电流、峰形及稳定性都有影响。实验结果表明:峰电流随Nafion浓度先增大后减小。当体积分数为0.5%时～峰电流最大。因此本实验选择0.5% Nafion甲醇溶液4 μL。实验发现～在氨基黑10B聚合膜上滴一层Nafion膜～修饰电极使用寿命更长～这是Nafion膜起到保护作用所致。 3.3 修饰电极对DA的电催化氧化 图2是2.0×10,5 mol/L DA在裸玻碳电极,曲线1,及聚氨基黑10B/Nafion修饰玻碳电极,曲线2,上的循环伏安图。DA的氧化还原峰电位差,ΔE,,在修饰电极上为114 mV～与裸玻碳电极相比～降低了118 mV～这表明氨基黑10B聚合膜的存在明显加速了电子传递速率,且峰形良好～这表明在修饰电极上～DA的电化学反应的可逆性得到了显著改善,同时DA的峰电流大大增加～这主要是由于电活性面积增大～对DA的电化学氧化有强烈的催化作用。这种催化作用主要来自以下原因:DA在PBS,pH 6.0,中带正电荷～而聚合物膜中的氨基黑10B带负电荷～两者静电吸引,DA中的羟基与聚氨 基黑10B膜中的氨基形成氢键～使DA易吸附在修饰电极表面, Nafion 本身带有负电荷～对DA具有富集作用。 3.4 扫速的影响 图3A是2.0×10,5 mol/L DA在聚氨基黑10B/Nafion修饰玻 碳电极上于不同扫速下的循环伏安图～其氧化还原电流与扫速呈线性 关系,图3B,～说明DA在修饰电极上的电极过程为吸附过程～氧化 还原受表面控制。这与文献[11,12]所报道的DA在一些修饰电极上的 电极过程为吸附过程一致。 图2 DA在玻碳电极,曲线1,和聚氨基黑10B/Nafion修饰电 极,曲线2,上的循环伏安图,略, Fig.2 Cyclic voltammograms of dopamine(DA) at glassy carbon electrodes(curve 1) and poly(amino black 10B)/Nafion modified glassy carbon electrode (curve 2) 0.1 mol/L PBS (pH 6.0), scan rate: 100 mV/s( 图3 (A) DA在修饰电极上不同扫速时的循环伏安图,(B)相应 的氧化还原峰电流与扫速的线性回归曲线,略, Fig.3 (A) Cyclic voltammograms of DA at modified electrode in pH 6.0 PBS at different scan rate (from inner to outer: 20, 40, 60, 80, 100 mV/s). (B) The plot of redox peak current vs. scan rate 每次测定DA后～将修饰电极取出用水冲净～臵于pH 7.0的空 白PBS中循环扫描～即可恢复其催化活性。 3.5 pH值的影响 考察了扫速为100 mV/s时～2.0×10,5 mol/L DA在pH=2.0， 9.0的PBS中的电化学响应,图4A,。实验发现:随着pH值的增大～ DA的氧化还原峰电位均发生明显负移～且氧化和还原峰电位与pH值 都呈较好的线性关系,图4B,。方程的斜率接近理论的能斯特斜率～ 说明DA在修饰电极上的氧化还原是等电子等质子过程。从图4A可以 看出～pH=6.0时～峰电流最大～峰形较好～故实验选择pH=6.0的PBS 为背景缓冲溶液。 图4 DA在不同pH值PBS中的循环伏安图(A)及相应的氧化还 原峰电位与pH值的线性回归曲线(B),略, Fig.4 (A) Cyclic voltammograms of DA (2.0×10,5 mol/L) at modified electrode in various pH solutions. (B) The redox peak potentials as a function of pH Scan rate: 100 mV/s( 3.6 线性范围和检出限 图5,A,为不同浓度的DA在修饰电极上的循环伏安图。显然随着DA浓度的增加～相应的氧化还原电流明显增大。在0.2，30 μmol/L范围内～DA的浓度与氧化还原峰电流呈良好的线性关系,见图5B,。氧化峰电流的线性回归方程为ipa(μA)=,1.842,0.7402C,10,6 mol/L)～r=0.9993,还原峰电流的线性回归方程为ipc(μA)=1.873+0.4172C,10,6 mol/L)～ r=0.9991。检出限为1.0×10,7 mol/L(S/N=3)。 3.7 重现性与稳定性 氨基黑10B聚合膜修饰玻碳电极在PBS,pH 6.0,中于,0.5，0.8 V间连续扫描100圈～扫速为100 mV/s～峰电位基本不变～峰电流仅下降了1.52%～此电极放臵一个月后仍保留原有活性。用此修饰电极～对含2.0×10,5 mol/L DA溶液连续平行测定8次～测定结果 的相对标准偏差为1.47%～此修饰电极放臵一个月后,测1次/天,～ 对相同浓度的DA的响应仅下降5.2%～表明此电极的重现性和稳定性 良好。 图5 不同浓度的DA在修饰电极上的循环伏安图(A)和浓度与 氧化还原峰电流关系图(B),略, Fig.5 (A) Cyclic voltammograms of DA at modified electrode in PBS (pH 6.0) at 100 mV/s; (B) the plot for concentrations of DA vs. redox peak current Concentration of DA(1，7～10,6 mol/L): 0.2, 1.0, 2.0, 5.0, 10, 20, 30( 3.8 干扰实验 由于本修饰电极上有一层Nafion膜～其选择性明显提高。在 2.0×10,5 mol/L DA溶液中考察了AA及一些常见的阴离子以及氨 基酸对修饰电极的干扰情况。实验结果表明:100倍AA浓度对DA的 氧化峰电流无影响。此外～200倍K+、 Na+、 Cl,、 NO,3、葡萄 糖以及100倍柠檬酸～50倍L 赖氨酸、甘氨酸、酪氨酸和半胱氨 酸均不干扰DA的测定。 3.9 样品分析 取适量盐酸多巴胺注射液,10 g/L～ 2 mL/支,样品～用水稀释10倍～再用0.1 mol/L PBS,pH 6.0,稀释到所需浓度～用聚氨基黑10B/Nafion修饰玻碳电极进行循环伏安测定～分析结果如表1所示。实验结果表明～本方法可用于药物样品中DA的定量测定。 表1 注射液中DA测定结果,略, Table 1 Determination results of DA in injections(n=5) 采用此电极测定小牛血清中的DA。所有血清在检测前均用PBS ,pH 6.0,稀释20倍～而没有其它的预处理过程。用标准加入法测定回收率～分析结果如表2所示～加标样品的回收率为96.0%，99.0%～表明检测过程不受血清基质干扰。 表2 小牛血清中DA测定结果,略, Table 2 Determination results of DA in calf serum(n=5) 【参考文献】 , Sun Yuan Xi(孙元喜), Ye Bao Xian(冶保献), Zhou Xing Yao(周性尧). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 1998, 26(5): 506，510 , Sun Kang(孙 康), Xiang Yong Fu(项永福). Journal of Instrumental Analysis(分析测试学报), 2003, 22(2): 43，47 ？ Ma Yong Jun(马永钧), Fu Zhou Zhou(付周周), Ren Xiao Na(任小娜), Song Qing Yun(宋青云), Zhou Xiu Ying(周 秀英). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 2008, 36(5): 241， 244 , Wu Hui Huang(吴辉煌), Yi Liang Dong(蚁良东), Zhou Shao Min(周绍民). Acta Chimica Sinica(化学学报), 1990, 48(1): 33，37 , Persson B, Gorton L. J. Electroanal. Chem., 1990, 292(1): 115，138 , Chen Y, Tan T C. Talanta, 1995, 42(8): 1181，1188 , Maleki N, Safavi S, Tajabadi F. Anal. Chem.～ 2006, 78(11): 3820，3826 8 Huang P F, Wang L, Bai J Y, Wang H J, Zhao Y Q, Dan S D. Microchim Acta, 2007, 157(1): 41，47 9 Karyakin A A, Karyakin E E, Wolfgang S, Schmidt H L, Varfolomeyev S D. Electroanalysis, 1994, 6(10): 821，829 10 Yao H, Sun Y, Lin X, Tang Y, Huang L. Electrochim. Acta, 2007, 52(20): 6165，6171 11 Ma Wei(马 伟), Sun Deng Ming(孙登明). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 2007, 35(1): 66，70 12 Liang Ke Zhong(梁克中), Yuan Ruo(袁 若), Cai Ya Qin(柴雅琴), Zhang Ying(张 英), Shi Ying Tao(石银涛). Chemical Research and Application(化学研究与应用), 2006, 18(6): 659，662