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银掺杂聚L天冬氨酸修饰电极的制备及对多巴胺的测定

【超声西医学论文】【摘要】 利用循环伏安法将银与L天冬氨酸聚合修饰在玻碳电极表面,制成银掺杂聚L天冬氨酸修饰电极,研究了多巴胺在此电极上的电化学行为,建立了循环伏安法测定多巴胺的新方法。在磷酸盐缓冲溶液(PBS, pH 7.0)中,扫描速率为50 mV/s时,多巴胺在修饰电极上产生一对氧化还原峰,Epa=0.191 V,Epc=0.161 V。用循环伏安法进行测定时,峰电流与多巴胺浓度分别在3.0×10-7 ~1.0×10-5 mol/L和1.0×10-5 ~5.0×10-4 mol/L内呈良好的线性关系; 检出限为5.0×10-8 mol/L。用于药物和尿样中多巴胺的测定,结果满意。
【关键词】 多巴胺,银掺杂,L天冬氨酸,聚合物修饰电极,循环伏安法
Abstract The silver doped poly(Laspartic acid) modified electrode was prepared by cyclic voltammetric method. The voltammetric behavior of dopamine and cyclic voltammetric method for the determination of dopamine were studied on the silver doped poly(Laspartic acid) modified electrode. In pH 7.0 phosphate buffer solution, the peak potential was 0.191 V of Epa and 0.161 V of Epc(vs.Ag/AgCl) at the scan rate of 50 mV/s. The linear ranges for the determination of dopamine were 3.0×10-7-1.0×10-5 mol/L and 1.0×10-5-5.0×10-4 mol/L. The detection limit was 5.0×10-8 mol/L. The method was applied to the determination of dopamine in drug and urine with satisfactory results.
Keywords Dopamine, silver doped, Laspartic acid, polymer modified electrode, cyclic voltammetry
  1 引 言
导电聚合膜具有很好的稳定性和电化学特性,在化学修饰电极中已被广泛应用。在聚合物修饰电极中掺杂,可明显改善修饰电极的性能,因而引起了人们的重视[1],目前报道的多为在聚苯胺中掺杂。氨基酸是构成生物体蛋白质并同生命活动有关的最基本的物质。氨基酸分子中因含氨基和羧基功能团而具有很多独特的性质,在分析化学中已有广泛应用。将氨基酸修饰到电极表面,制成化学修饰电极已有报道,这些电极对某些生物物质具有较好的电催化作用,已用于生物物质的分析[2~7]。但有些电极的线性范围、灵敏度和选择性及电子传递速率不理想,因此通过掺杂改变聚氨基酸修饰电极性能的研究具有重要意义。
本研究采用循环伏安法将银与L天冬氨酸聚合在玻碳电极表面,制得银掺杂聚L天冬氨酸修饰电极(AgPLA/GCE),并研究了多巴胺(DA)在AgPLA/GCE上的电化学行为,建立了循环伏安法测定DA的新方法。实验结果表明,银掺杂后,DA在AgPLA/GCE上氧化还原反应速率明显加快,DA在AgPLA/GCE上的表观速率常数可达1.01/s,较文献[8]报道提高了3个数量级,充电电流降低,选择性明显提高。用于药物和尿样中DA的测定,结果满意。本修饰电极制备简单,稳定性好,测定DA的灵敏度高,线性范围宽,选择性好,响应快,有较好的应用前景。
  2 实验部分
2.1 仪器与试剂
BAS100B/W电化学分析系统(美国BAS公司);pHS3C型酸度计(上海康仪仪器有限公司);KQ250B型超声波清洗器(昆山超声波仪器有限公司);电化学实验用三电极系统,玻碳电极、金属银修饰电极(Ag/GCE)、聚L天冬氨酸修饰电极(PLA/GCE)或AgPLA/GCE为工作电极,Ag/AgCl电极为参比电极,铂丝为对电极。
5.0×10-5 mol/L DA溶液(Sigma公司),避光冷存;0.01 mol/L L天冬氨酸溶液;磷酸盐缓冲溶液(PBS, pH 2.5~11.0)。试剂均为分析纯或优级纯,实验用水均为二次石英亚沸蒸馏水。
2.2 银掺杂聚L天冬氨酸修饰电极的制备
将玻碳电极(Ф=3.0 mm)在湿润的金相砂纸(粒度为1000)上磨光,然后用Al2O3(0.05 μm)悬乳液抛光成镜面,依次用HNO3(1∶1, V/V)、亚沸蒸馏水超声波清洗(5 min/次),再用蒸馏水洗涤之后,放入0.096 mol/L HNO3,1.0 mmol/L AgNO3溶液, 4.0 mmol/L L天冬氨酸,0.05 mol/L KNO3的溶液中,以玻碳电极为工作电极,Ag/AgCl电极为参比电极,铂丝电极为对电极,在2.4~-0.8 V电位范围内,以140 mV/s扫描速率循环扫描8周,取出用亚沸水淋洗电极表面,晾干,即制得AgPLA/GCE修饰电极。
2.3 实验方法
在10 mL容量瓶中,加入适量DA标准溶液,用pH 7.0的PBS稀释至刻度,倒入电解池中,以AgPLA/GCE为工作电极,Ag/AgCl电极为参比电极,铂丝为对电极,静置5 s,在-0.3~0.6 V电位范围内,以160 mV/s扫描速率进行循环扫描,记录峰电位和峰电流。每次扫描结束后,将电极置于空白底液中循环扫描至DA峰消失,用二次蒸馏水冲洗,滤纸吸干后,即可进行下一次测定。
  3 结果与讨论
3.1 电化学聚合条件
实验结果表明,当聚合底液中含0.096 mol/L HNO3,0.05 mol/L KNO3,4.0 mmol/L L天冬氨酸,1.0 mmol/L AgNO3时,以HNO3、 AgNO3、 L天冬氨酸、 KNO3顺序加入, 在聚合电位为2.4~-0.8 V范围内,以140 mV/s扫描速率循环扫描8周。制得的修饰电极对DA的响应电流最大,且AgPLA/GCE电极可逆性好,Ag峰小且对DA测定不产生干扰。故本实验按2.2节的条件进行聚合。
3.2 银掺杂聚L天冬氨酸修饰电极的聚合循环伏安曲线
图1为银和L天冬氨酸在最佳聚合条件下聚合过程的循环伏安图。从图1可以看出,在聚合的第1圈, 1.0 V处出现氧化峰,并随扫描次数的增加,峰电位不变,峰电流增加,但增加的幅度减小,证明随着聚合反应的进行,电极表面的聚合物薄膜趋于完整,聚合与沉积速度减缓。
3.3 多巴胺在修饰电极表面的循环伏安特性
由图2可见,DA于扫描电位区间在GCE上有一对不明显氧化还原峰,峰电位分别为Epa=0.188 V、Epc=0.174 V、ΔE=14 mV;在Ag/GCE上,峰电位分别为Epa=0.188 V、Epc=0.161 V,ΔE=27 mV;在PLA/GCE上,PBS(pH 7.0), scan rate: 50 mV/s.峰电位分别为Epa=0.184 V,Epc=0.158 V,ΔE=26 mV;在AgPLA/GCE上,峰电位分别为Epa=0.191V、Epc=0.161 V,ΔE=30 mV。且在AgPLA/GCE上峰电流明显增大,表明AgPLA/GCE对DA有较强的催化氧化作用。且氧化还原反应为2电子反应。由此可见Ag掺杂后,对DA测定的灵敏度明显提高。
3.4 测定多巴胺的最佳条件
3.4.1 测量底液酸度的影响
改变测量底液的酸度进行实验(如图3A)表明,随着pH值的升高,氧化峰和还原峰电位均负移,在pH 2.5~11.0之间,Epa与pH呈线性关系。回归方程为:Epa=0.6247-0.05517pH, r=0.9943,在pH 2.5~10.5之间,还原峰电位Epc与pH呈线性关系,回归方程为:Epc=0.5505-0.05405pH, r=0.9970(见图3B)。斜率均在-55 mV左右,说明DA在电极上的氧化反应有质子参与,且为等电子等质子反应。氧化峰电流在pH<7.0时,峰电流随着pH的增大而增大; pH>7.0时,峰电流随pH的增大而有所降低。还原峰在pH 6.0时,峰电流随着pH的增大而增大; pH>6.0时,峰电流随pH的增大而有所降低。pH>10.5时,还原峰消失。氧化峰和还原峰电流分别在pH 7.0和pH 6.0时,峰电流达到最大值。故本实验选择pH 7.0的PBS作为测量底液。
3.4.2 扫描速度及静止时间的影响
在不搅拌情况下,改变扫描速率进行实验。结果表明,在20~600 mV/s范围内,随着扫速的加大,氧化峰电流不断增加(图4)。在40~480 mV/s扫速范围内,峰电流的对数与扫速的对数成正比,其回归方程分别为:logipa= 0.4542 +0.6225logv,r=0.9941; logipc=-0.1191+0.8680logv, r=0.9936(图5)。表明DA在电极表面的氧化过程以扩散控制为主,还原过程以吸附控制为主。当扫描速度超过160 mV/s,峰形变差。故本实验扫描速率选用160 mV/s。
多巴醌在电极表面的吸附量可根据下式计算: ip=n2F2ΓΑv4RT(1)式中, n为得失电子数,F为法拉弟常数,Г为吸附量(mol/cm2),A为电极面积(cm2),v为扫描速率(V/s),R为气体常数,T为绝对温度。据此可求出pH 7.0时,Γ0=1.66×10-9 mol/cm2。
根据描述准可逆薄层电化学的Laviron理论[9]知: Epa=A+(2.303RT/(1-α)nαF)lgv(2)Epc=B-(2.303RT/αnαF)lgv(3)以上二式中,α为电子传递系数,nα为实际电子转移数,A与B为常数。在pH 7.0条件下,对于氧化还原过程,在120~600 mV/s,Epa(V)=0.3379+0.1122lgv,r=0.9936;Epc(V)=0.07576-0.08238lgv, r=0.9953, 见图6。根据式(2)与式(3)求出电子转移数nα=1.26,电子传递系数α=0.58,接近理论值0.5,符合准可逆过程的特征。当v=320 mV/s,时,ΔEp=168 mV,nΔEp>200 mV/s,根据文献[9]求得氧化反应的速率常数ks=1.01/s。结果比文献[3,8]有较大提高。
改变不同的静置时间的实验表明,静置时间为5 s时,峰电流即达最大值。故本实验选用静置时间为5 s。
3.5 工作曲线、检出限、精密度和稳定性
利用循环伏安法对DA进行了测定。在选定的最佳条件下,峰电流与DA浓度在3.0×10-7 ~1.0×10-5 mol/L和1.0×10-5 ~5.0×10-4 mol/L内呈线性关系。回归方程分别为ipa=-1.056×10-6+4.854CDA,r=0.9890;ipa=4.377×10-5+0.1725CDA,r=0.9918。检出限为5.0×10-8 mol/L。
对5.0×10-5 mol/L DA平行测定 50次的相对标准偏差为3.1%。本电极在室温下放置30 d,对DA的测定基本无影响,说明该电极具有较高的精密度和较好的稳定性。
3.6 共存离子干扰
对10 mL 5.0×10-5 mol/L DA溶液进行测定,允许测定误差控制在±5%范围内,考察了一些体内常见的金属离子、阴离子、氨基酸对DA测定的影响。结果表明,L亮氨酸、L甲硫氨酸、L白氨酸、L异白氨酸、L半胱氨酸、L色氨酸、L苯丙氨酸、L精氨酸、L赖氨酸、L组氨酸、尿素、尿酸、K+、Na+、Al3+、Sr2+、Ba2+、Ag+、Ca2+、Co2+、Cd2+、Cr3+、Cu2+、Zn2+、Mn2+、Mg2+、NO-3、Cl-、I-(≥ 0.5 mg,未做最高限);Pb2+、抗坏血酸(0.2 mg); Fe3+(0.1 mg);Cr6+、V5+(0.1 mg,氧化电流不干扰;1 mg,还原电流不干扰)对测定无影响,特别是尿样中的尿酸不干扰测定,因此可直接用于尿样分析。
3.7 样品分析
将盐酸多巴胺针剂开瓶后,定容至100 mL容量瓶中,再取5 mL定容至100 mL容量瓶中,取适量样品按实验方法进行测定。取1.00 mL正常人尿样,加入5.0 mL pH 7.0 PBS,稀释至10.0 mL,按实验方法进行测定,结果见表1。表1 样品分析结果(略)
【参考文献】
1 Cao Yong(曹 勇), Guo LiPing(郭黎平), An Min(安 敏), Zhu LianDe(朱连德), Cui XiuJun(崔秀君). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 2006, 34(4): 469~473
2 Ma W, Sun D M. Russian Journal of Electrochemistry, 2007, 43(12): 1382~1389
3 Ma Wei(马 伟), Sun DengMing(孙登明). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 2007, 35(1): 66~70
4 Sun DengMing(孙登明), Hu WenNa(胡文娜), Ma Wei(马 伟). Chinese Journal of Applied Chemistry(应用化学), 2008, 25(8): 913~917
5 Liang RuPing(梁汝萍), Qiu JianDing(邱建丁), Cai PeiXiang(蔡沛祥). Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni(中山大学学报(自然科学版)), 2003, 42(1): 119~120, 122
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7 Lin XiangQin(林祥钦), Jin GuanPing(晋冠平), Cui Hua(崔 华). Chinese J. Anal. Chem.(分析化学), 2002, 30(3): 271~275
8 Wang Q, Dong D, Li N Q. Bioelectrochemistry, 2001, 54(2): 169~175
9 Laviron E. J. Electroanal. Chem., 1979, 101(1): 19~28

 
 
 
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