循环伏安法测定血浆中的葡萄糖

刘德丽，等：循环伏安法测定血浆中的葡萄糖 35 循环伏安法测定血浆中的葡萄糖 刘德丽 黄明湖 吴 凡程瑾宁 (哈尔滨工业大学(威海)海洋学院，威海264209) 摘要采用三同铜电极体系，在16g／LNaOH、20g／LNa2SO。溶液中，采用循环伏安法 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 血浆中的葡萄糖浓 度。葡萄糖浓度c在0．2—2．4g／L范围内与峰电流i，呈线性关系，线性方程为c=5．255—5．46i，，线性相关系数为 0．9946，方法的检测上、下限分别为2．06g／L和0．2g／L。相对误差为0．57％一6．84％，相对标准偏差为1．27％～ 4．10％。 关键词 葡萄糖循环伏安三同铜电极线性拟合 葡萄糖作为重要的有机物，其浓度检测一直被 人们所重视，但国标¨1中所采用的高效液相色谱法 过于繁琐。近年来还原糖测定仪和葡萄糖测定仪已 在生产中应用，实现了还原糖和葡萄糖快速、准确的 分析，减少了测定的误差。随着糖尿病对人类健康 的威胁13益严重心]，血液中葡萄糖的测定显得非常 重要，但目前血糖测量往往采用色谱分离或者生物 酶法∞’4]，前者操作复杂且昂贵，后者测定成本高， 电极不易保存且使用寿命短，限制了其大规模应用， 因此简单且迅速地检测血糖含量对糖尿病的预防和 治疗具有重要的意义。无酶检测葡萄糖得到了人们 的重视，特别是无酶电化学法已取得了一系列的研 究成果【5。9J。笔者采用三同铜电极(三电极均为铜 电极)，循环伏安法检测葡萄糖含量，目前国内还未 有相关报道。 1实验部分 1．1主要仪器与试剂 电化学工作站：Chi660型，上海晨华仪器有限 公司； 血浆：血糖浓度为0．48g／L，威海血站； 底液：24s／LNaOH一30g／LNa2S04； 实验时血浆与底液的体积比为1：2； 实验所用试剂均为分析纯。 1．2电极的制备 在有机玻璃板上钻3个直径为1．5ram的小 孔，3个小孔为等边三角形且间距lcm。3根直径 为1．5mm的铜丝打磨抛光后用环氧树脂封装固定 于小孔中，裸露的电极长度为25mill，有效电极面积 约为120nlm2。 1．3 实验方法 用1．2制备的电极，从开路电位先正向扫描，再 负扫描向，扫描速率为100mV／s，均扫描4个周期。 2结果与讨论 2．1电极的选择 葡萄糖电化学测量的关键是电极材料和测量方 式的选择。铂和金化学性质稳定，但价格过于昂贵， 而低价格的铁、锌和铝等金属化学稳定性太差(保 存期短)，因此优先选择镍、铜和银电极。电化学测 量一般为两电极和三电极两种方式。实验对三同镍 电极、三同银电极、两同铜电极和三同铜电极进行比 较。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，只有三同铜电极的循环伏安曲线比 较稳定，且氧化峰和还原峰都非常清晰，尤其还原峰 比较尖锐，有利于峰值电流i。和峰电位E。的分辨， 因此实验采用铜作为电极的三电极体系。 2．2 pH值的确定 葡萄糖的化学氧化还原特性与pH值密切相 关，同样pH值也直接影响了其电化学活性。将三 同铜电极置于30g／LNa：SO。溶液中，用H：SO。和 NaOH调节溶液pH值，循环伏安测试结果如图1所 示。从图I(a)和图1(b)可知，当溶液为酸性和中 性时，几乎看不到氧化峰且还原峰不稳定；当溶液为 碱性时，循环伏安曲线稳定。由图1(c)可知，随 NaOH浓度增大，氧化峰电位E。稍微负移，氧化峰 电流i，急剧增大；而E印则明显正移，i芦也明显增大。 NaOH浓度相对大一些，溶液具有一定的缓冲作用， 且峰电流增大也有利于电流信号的检测。但从循环 4个周期来看，随NaOH浓度增大，循环伏安曲线逐渐 变得杂乱，尤其是氧化峰，这说明体系稳定性变差。 因此溶液中NaOH浓度为12—20g／L较好。 2．3线性方程、线性范围与反应机理 在底液中加人葡萄糖，使其浓度分别为0．1、 0．2、0．4、0．8、1．2、1．6、2．0、2．4g／L，将上述三同铜 收稿日期：2009．03-02 万方数据 36 化学分析计量 2009年，第18卷，第3期 电压／V 1--NaOH浓度为49／L；2—．NaOH浓度为12g／L： 3--NaOH浓度为24g／L；4一NaoH浓度为36g／L (c)电解液组成：20g／LNa2S04，0．1g／L葡萄糖 图l不同pH值下的循环伏安曲线 电极插入，进行循环伏安测试，得到的结果如图2 (a)所示。从图2(a)可知，随葡萄糖浓度增大，其氧 化峰值电位E。有所正移，还原峰值电位E。明显正 移，其分别对应的氧化峰值电流i。。增大，还原峰值 电流i。减小。每次测量的4个周期的循环伏安曲 线几乎重合，说明被测体系比较稳定。由图2(b)可 见，还原峰非常稳定，且随葡萄糖浓度增大，i。的递 减具有规律性。将循环伏安曲线采用最小二乘法光 滑化(配点数见=7)之后，读取4个i。值然后取平均 值。图2(c)可知，当葡萄糖浓度为0．1g／L时，该 点明显偏离，所以在进行线性拟合时扣除了该点。 采用最小二乘法在0．2—2．4g／L范围内对葡萄糖 浓度c和i。进行线性拟合，得线性方程为c=5．144 —5．262i。，线性相关系数为0．9856。综上所述，本 方法得到的i。在葡萄糖浓度的线性范围为0．2— 2．4g／L，已经超过正常人体血糖范围(0．62—1．1 g／L)，可用于低血糖(0．45g／L)和高血糖(1．4 g／L)的检测。 蚕薹一 L3 k ＼2 魁 薹1 犍 龌0 (c)最-'b--二乘法拟合 图2不同葡萄糖浓度的循环伏安曲线及数据处理结果 (20g／L的Na2S04，16g／L的NaOH) 碱性介质中铜的氧化和还原反应分别主要如 下⋯：铜的氧化：Cu+20H一_Cu20+H20+2e； Cu20氧化：Cu20+20H一_Cu(OH)2+2e；Cu(OH)2 的还原：2Cu(OH)2+2e_÷Cu20+H20+20H一； Cu20的还原：Cu20+H20+2e_+2Cu+20H一。从分 子结构来看，葡萄糖是一种多羟基醛，强碱性下易于 被氧化成葡萄糖酸，并将Cu(OH)：还原为Cu：0，但 其不能被电还原为葡萄糖。因此随葡萄糖浓度增 大，图2(a)中氧化峰明显增大是因为电氧化生成的 Cu(OH)：被葡萄糖还原，相当于是葡萄糖被氧化， 加速反应进行。而图2(b)中由于Cu(OH)：被葡萄 糖还原，相当于减少了还原反应的反应物，而葡萄糖 氧化产物不能被还原，所以可还原的Cu(OH)：和 Cu：0含量线性减小，还原电流线性减小。 2．4抗干扰的研究 由于测量体系为强碱性，绝大部分金属阳离子 将形成沉淀，碱金属离子都是电化学惰性，可认为本 体系中金属阳离子不会影响检测。关键在于阴离子 和有机物的影响，尤其是一些在人体内含量比较大 的阴离子，分别添加不同干扰物进行试验。结果表 明，NaCl浓度小于6g／L时，i。变化不大；超过12 g／L时，i。从0．881mA增至0．951mA，但该浓度已 经远远超过了正常人体Cl一浓度。柠檬酸用于血液 抗凝剂浓度一般为0．4—1．0g／L¨11，其浓度小于 万方数据 刘德丽，等：循环伏安法测定血浆中的葡萄糖 37 1．0g／t时，几乎没影响；浓度超过1．6s／L后，i。才 出现下降；直至浓度为2．2s／L，i。从0．876mA降至 0．791mA，因此柠檬酸对实验无干扰。文献[12]报 道抗坏血酸(AA)对电化学法测定葡萄糖存在影响， 试验表明，AA浓度增大，i。逐渐减小；当AA浓度为 0．06g／L时，i。仅从0．869mA降至0．831mA；但 AA浓度增至0．12s／L时，i。已经从0．869InA降至 0．751rnA。正常人体血液内AA含量仅为62．1～ 24．1ms／L¨引，因此认为AA不干扰实验。 2．5血浆中的应用 将血浆和底液混合后，由于血浆中葡萄糖含量 为0．48g／L，所以此时混合液葡萄糖浓度为0．16 g／L，分别加入葡萄糖后配成葡萄糖浓度分别为 0．16、0．26、0．56、0．86、1．76、2．06s／L的测试溶液， 按1．3进行测试。实验结果表明，尽管血浆组成复 杂，由于扫描电位范围比较窄，血浆中的大部分有机 物都不发生电化学反应，所以并没有对循环伏安曲 线产生太大影响。由测定结果可见，葡萄糖在低浓 度时(小于0．2g／L)，测量数据明显偏离，因此拟合 时扣除了低浓度数据点。拟合得线性方程为c= 5．255—5．46i。，相关系数为0．9946，线性范围为 0．2—2．4g／L。 2．6检测限、准确度和精密度分析 在碱性底液和血浆中，空白值测量了8次，其 i。平均值为1．058mA，空白值标准偏差为0．022，当 置信度约为90％时，理论检出限为0．992mA，对应 葡萄糖浓度约为0．1g／L。由2．3可知，当葡萄糖浓 度为0．1s／L时，其线性不理想，因此将其检测下限 定为0．2g／L。同理可以得到血浆中检测上限为 2．06g／L。 按本方法对已知葡萄糖含量的血浆进行测定， 测定结果见表1。由表1数据可知，本方法测量正 常血糖测量范围(0．62—1．1g／L)的精密度、准确度 较高(目前普遍采用的酶法测量的相对误差为 10％)。 表l精密度与准确度试验结果(n=4) 参考值／g·L。 测量值／g·L一1 相对误差／％ RSD／％ O．56 0．592 3．86 2．55 0．86 O．92 5．81 3．6l 1．16 1．25 6．84 4．10 1．76 1．77 O．57 1．27 2．06 2．oo 2．91 3．99 3结论 采用三同铜电极体系，在强碱性条件下，循环伏 安法检测溶液中葡萄糖含量，测定结果精密度与准 确度较高。本方法有较好的抗干扰能力，可用于血 液(浆)中葡萄糖检测。 参考文献 [1]GB／T20880—2007食用葡萄糖[s]． [2]邹公伟，文红梅．微型HPLc一固定化酶柱后反应器～电化学 检测法测定血清和全血中的葡萄糖[J]．分析测试学报， 1992，ll(3)：30—33． [3]谢光华，黄月仙，黄岗．固定化酶法测定血清中葡萄糖和胆固 醇[J]．分析测试学报，1990，9(1)：30—34． [4]WangJ．Glucosebiosensors：40yearsofadvancesandchallenges [J]．Electroanalysis，2001，13(12)：983—988． [5]赵常志，张志慧，葛童．无酶葡萄糖传感器[J]．应用化学， 2007，24(2)：192—195． [6]Yousef—ElahiM，HellH，BathaieSz，eta1．ElectrocatalyticOX— idationofgluco∞ataNi—curcuminmodifiedglassycarbonelec- trode[J]．JSolidStateElectrochemical，2007(11)：273—282． [7]周正字，竹庆存．张济英，等．血液中葡萄糖含量的伏安法测定 [J]．分析化学，1995，23(12)：l428—1431． [8]杨涛，焦奎，杨婕，等．聚邻氨基酚／Ni“修饰碳糊电极的制备 及其对葡萄糖的电催化氧化[J]．分析化学，2006，34(10)： 1415—1418． [9]汪海燕，王哗，宋琼，等．葡萄糖在纳米金修饰金电极上电化学 行为研究[J]．分析科学学报，2007，23(2)：185—188． [10]SubramanianR，LakshminarayananV．Effectofadsorptionof someazole8oilcopperpassivationinalkalinemedium[J]．Corros Sci，2002，44(11)：535—554． [11]罗学志，喻志祥．浅谈抗凝剂在实验室的应用[J]．社区医学 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2009,18(3) 参考文献(13条) 1.GB/T 20880-2007 食用葡萄糖 2007 2.邹公伟;文红梅 微型HPLC-固定化酶柱后反应器-电化学检测法测定血清和全血中的葡萄糖[期刊论文]-分析测试 学报 1992(03) 3.谢光华;黄月仙;黄岗 固定化酶法测定血清中葡萄糖和胆固醇[期刊论文]-分析测试学报 1990(01) 4.Wang J Glucose biosensors:40 years of advances and challenges[外文期刊] 2001(12) 5.赵常志;张志慧;葛童 无酶葡萄糖传感器[期刊论文]-应用化学 2007(02) 6.Yousef-Elahi M;Heli H;Bathaie S Z Electrocatalytic oxidation of glucose at a Ni-curcumin modified glassy carbon electrode 2007(11) 7.周正宇;竹庆存;张济英 血液中葡萄糖含量的伏安法测定 1995(12) 8.杨涛;焦奎;杨婕 聚邻氨基酚/Ni2+修饰碳糊电极的制备及其对葡萄糖的电催化氧化[期刊论文]-分析化学 2006(10) 9.汪海燕;王晔;宋琼 葡萄糖在纳米金修饰金电极上电化学行为研究[期刊论文]-分析科学学报 2007(02) 10.Subramanian R;Lakshminarayanan V Effect of adsorption of some azoles on copper passivation in alkaline medium[外文期刊] 2002(11) 11.罗学志;喻志祥 浅谈抗凝剂在实验室的应用[期刊论文]-社区医学杂志 2006(08) 12.李彤;姚子华;丁良 新型葡萄糖氧化酶电极用于临床血糖的测定[期刊论文]-分析测试学报 2004(03) 13.徐贵发;Elaine B Feldman 人体血浆抗坏血酸与血压关系的研究 1992(03) 本文读者也读过(10条) 1. 曹伟娜.卢奎.马丽.赵东欣 亮氨酸二肽与小牛胸腺DNA的相互作用研究[会议论文]-2008 2. 勾华.罗宿星.罗红群.李念兵.GOU Hua.LUO Su-xing.LUO Hong-qun.LI Nian-bing 中性红循环伏安法测定肝素 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