石墨烯修飾電極測定三種兒茶酚胺神經(jīng)遞質(zhì)*

徐進(jìn)振，張　紅，同元輝,3，王學(xué)亮，郁章玉,3

(1 菏澤學(xué)院化學(xué)化工系，山東　菏澤　274015; 2 濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東　濟(jì)寧　272037; 3 曲阜師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東　曲阜　273165)

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石墨烯修飾電極測定三種兒茶酚胺神經(jīng)遞質(zhì)*

徐進(jìn)振1，張紅2，同元輝1,3，王學(xué)亮1，郁章玉1,3

(1 菏澤學(xué)院化學(xué)化工系，山東菏澤274015; 2 濟(jì)寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東濟(jì)寧272037; 3 曲阜師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東曲阜273165)

在玻碳電極表面滴涂一層N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散的石墨烯，制備了石墨烯修飾電極。研究了該修飾電極對腎上腺素(EP)、去甲腎上腺素(NE)和多巴胺(DA)三種兒茶酚胺神經(jīng)遞質(zhì)的電化學(xué)催化性能。發(fā)現(xiàn)三種兒茶酚胺神經(jīng)遞質(zhì)的氧化峰電流均與其濃度在一定的范圍內(nèi)成良好的線性關(guān)系。在最優(yōu)化試驗(yàn)條件下，建立了分別測定三種物質(zhì)的電化學(xué)方法，該方法具有良好的選擇性和靈敏度。

兒茶酚胺；石墨烯；電化學(xué)行為；修飾電極

兒茶酚胺是中樞神經(jīng)遞質(zhì)中的一類單胺類物質(zhì)，通常是指腎上腺素(EP)、去甲腎上腺素(NE)和多巴胺(DA)三種物質(zhì)。EP、NE和DA均是是哺乳動物和人類中樞神經(jīng)重要的信息傳遞物質(zhì)，對人體情緒活動、血壓等具有重要的調(diào)節(jié)作用，其體內(nèi)含量變化，常作為檢測多種疾病的標(biāo)志物[1-3]。因此，對兒茶酚胺類物質(zhì)的高靈敏檢測，在臨床醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)方面具重要的意義。

近年來，已發(fā)展了多種用于其定量分析的方法，其中電化學(xué)分析法因其操作簡便、易于自動化等優(yōu)點(diǎn)成為近年來該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[4-8]。多種納米材料、高分子聚合物材料被用作電極修飾材料研究兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)的電化學(xué)行為[9-11]。然而，利用石墨烯修飾玻碳電極，同時(shí)對三者進(jìn)行的研究尚的報(bào)道未見到。

試驗(yàn)將N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散的石墨烯(GR)滴涂在玻碳電極(GCE)上，制備石墨烯修飾電極(GR/GCE)。然后，通過循環(huán)伏安法(CV)分別探討了EP、DA和NE在GR/GCE上的電化學(xué)行為和測定的最佳條件。建立了測定DA、EP、NE的微分脈沖伏安法(DPV)，該法具有良好的選擇性，可用于實(shí)際樣品的檢測。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1儀器與試劑

CHI-660C電化學(xué)工作站，上海辰華儀器公司；三電極系統(tǒng)：玻碳電極(GCE)或修飾的玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑絲電極為對電極。

石墨烯(GR)，南京先豐納米材料科技有限公司；DA、EP、NE、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，均購自中國藥品生物制品檢定所；所用試劑均為分析純，試驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。

1.2GR/GCE電極的制備

根據(jù)文獻(xiàn)[11]將玻碳電極(GCE)(r=0.85 cm)拋光成鏡面。然后將8.0 μL DMF分散的GR懸浮液(1 mg/mL)滴涂于GCE表面，紅外燈下烘干備用，記為GR/GCE。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

采用循環(huán)伏安法(CV)和微分脈沖伏安法(DPV)以GR/GCE為工作電極，鉑片(1.0 cm2)為對電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極在CHI 660D電化學(xué)工作站上分別對DA、EP、NE的電化學(xué)行為進(jìn)行測定。整個(gè)測試過程一直保持氮?dú)夥諊羞M(jìn)行。DA、EP和NE的標(biāo)準(zhǔn)溶液由0.2 mol/L Na2HPO4-0.1 mol/L 檸檬酸緩沖溶液分別配制，配置前需充分通N2除氧。

2　結(jié)果與討論

2.1循環(huán)伏安法

圖1　2.0×10-3mol/L DA(A)、EP(B)和NE(C)分別在裸玻碳電極(曲線a)和GR/GCE(曲線b)上的循環(huán)伏安圖

用CV法分別研究了DA、EP、NE在GCE和GR/GCE上的電化學(xué)行為，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，DA、EP、NE在裸GCE上產(chǎn)生很小氧化還原峰(圖1A，B，C中的曲線a)，而在GR/GCE上卻出現(xiàn)了較大的氧化還原峰(圖1A，B，C中的曲線b)。我們推測主要由以下原因：(1)GR大的比表面積對DA、EP、NE具有較強(qiáng)的吸附富集作用，使氧化峰電流明顯增大；(2)GR強(qiáng)的導(dǎo)電性能提高了電荷在電極表面的電子傳遞。這兩者都有利于提高測定的靈敏度。

2.2測定條件的優(yōu)化

2.2.1測定溶液酸度的影響

以0.2 mol/L Na2HPO4-0.1 mol/L 檸檬酸緩沖溶液為底液，在pH2.2～8.0的范圍內(nèi)，考察了DA、EP、NE在不同pH下的電化學(xué)行為。以DA為例，DA的氧化峰電位Epa隨著溶液pH的增加向負(fù)方向移動，Epa與pH的成良好的線性關(guān)系，線性方程為：Epa=-0.0739pH+0.828，r=0.998，斜率為-74 mV/pH，說明有質(zhì)子參與了DA在GR/GCE上的電極反應(yīng)過程；DA的氧化峰電流ipa值隨著溶液pH的增大而增大，在pH4.0時(shí)，達(dá)到最大值，而后減小，因此測定DA的最佳pH為4.0。

EP和NE在修飾電極上具有和DA幾乎相同的電化學(xué)行為，兩者的最佳測定pH值也為4.0。

2.2.2攪拌富集時(shí)間的影響

在0～120 s的時(shí)間范圍內(nèi)，考察了攪拌富集時(shí)間對DA、EP、NE氧化峰電流(ipa)的影響。發(fā)現(xiàn)隨著富集時(shí)間的增加，DA的氧化峰電流ipa值明顯增大；120 s之后，ipa值趨于平緩，幾乎不變。說明DA在修飾電極表面的吸附在120 s時(shí)基本達(dá)到飽和，因此，測定DA的最佳富集時(shí)間為120 s。同理，EP、NE的最佳富集時(shí)間為分別為120 s和170 s。

2.2.3修飾劑用量的優(yōu)化

在2.0～12.0 μL范圍內(nèi)，考察了DA、EP、NE的氧化電流值與GR滴涂量的關(guān)系。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)DA、EP、NE的ipa值均是隨著GR滴涂量的增加先增大隨后減小，當(dāng)?shù)瓮苛繛?.0 μL時(shí)，DA、EP、NE的ipa值均達(dá)到最大。試驗(yàn)選擇測定DA、EP、NE的最佳修飾劑量均為8.0 μL。

2.3工作曲線和檢出限

在最佳試驗(yàn)條件下，采用DPV法，分別考察了DA、EP、NE氧化峰電流與其濃度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)一定的濃度范圍內(nèi)，它們的氧化峰電流與其濃度在均成良好的線性關(guān)系。線性方程分別為：ipa=3.677×10-6+0.471CDA，r=0.994，檢出限為2.0×10-10mol/L(S/N=3)線性范圍為2.1×10-5～1.0×10-3mol/L(圖2A)；ipa=7.293×10-6+0.258CEP，r=0.997，檢出為1.0×10-9mol/L(S/N=3)，線性范圍為1.5×10-6～2.1×10-4mol/L(圖2B)；ipa=1.000×10-5+0.371CNE，r=0.997，檢出限為 4.0×10-10mol/L(S/N=3)，線性范圍為3.6×10-6～1.3×10-4mol/L(圖2C)。

圖2　DA(A)、EP(B)、NE(C)在GR/GCE上的氧化峰電流與其濃度的線性關(guān)系

2.4干擾試驗(yàn)

在最佳試驗(yàn)條件下，考察了AA對DA、EP、NE測定的干擾。發(fā)現(xiàn)當(dāng)共存的AA濃度為DA、EP、NE濃度的50倍時(shí)，循環(huán)伏安圖中AA僅有一個(gè)不可逆的氧化峰，且DA、EP、NE的氧化峰電位與AA的氧化峰電位相差較大，電位差在300 mV左右，因此AA對DA、EP、NE的氧化峰沒有干擾。

2.5GR/GCE的穩(wěn)定性與重現(xiàn)性

試驗(yàn)以2.0×10-3mol/L的DA為考察對象，分別在新制備的GR/GCE、放置10 d、20 d、30 d后進(jìn)行測定，考察GR/GCE的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。結(jié)果表明，30天后測得的ipa值是初次測量電流的94.3%。

用GR/GCE對DA在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)測定30次以上，其ipa值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.49%，Epa值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.16%，表明GR/GCE具有良好的穩(wěn)定性。

試驗(yàn)分別測定了同一DA標(biāo)準(zhǔn)液在平行制作的6支修飾電極上的電化學(xué)信號。ipa標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.28%，Epa標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.12%，這顯示了GR/GCE具有良好的重現(xiàn)性。

3　結(jié)　論

利用GR/GCE修飾電極，伏安測定DA、EP、NE的最佳測定條件為：測定pH均為4.0，攪拌富集時(shí)間分別為120 s、120 s、170 s。DA、EP、NE的濃度與其ipa值在一定的濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢出限分別可達(dá)到2.0×10-10mol/L、1.0×10-9mol/L、4.0×10-10mol/L (S/N=3)。該修飾電極具有較高的穩(wěn)定性、重復(fù)性和選擇性。

[1]徐環(huán)環(huán),李丹,陳榮,等.化學(xué)修飾電極在兒茶酚胺類物質(zhì)電化學(xué)測定中的應(yīng)用[J].菏澤學(xué)院學(xué)報(bào),2013,35(2):49-55.

[2]中華人民共和國衛(wèi)生部藥典委員會.中華人民共和國藥典(二部)[S].北京:人民衛(wèi)生出版社,1977:447.

[3]郭憲厚,王學(xué)亮,郁章玉.石墨烯/鉑納米粒子雜化膜測定腎上腺素[J].應(yīng)用化學(xué),2014,31(2):1465-1471.

[4]Martínez-Huitle C A,Cerro-Lopez M,Quiroz M A.Electrochemical Behaviour of Dopamine at Covalent Modified Glassy Carbon Electrode with L-Cysteine:Preliminary Results[J].Materials Research,2009,12(4):375-384.

[5]Yang Z S,Hu G Z,Chen X,et al.The nano-Au self-assembled glassy carbon electrode for selective determination of epinephrine in the presence of ascorbic acid[J].Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,2007,54(2):230-235.

[6]Xu H,Wang X,Chen R,et al.Voltammetric Determination of Epinephrine in the Presence of Uric Acid Based on Aminated Graphene and Ag NPs Hybrid Membrane Modified Electrode[J].Chem Res Chin Univ,2014,30(2):205-210.

[7]Liu Z,Wang X,Sun L,et al.Using AuCo alloy nanoparticles/HS-graphene modified electrode for the selective determination of dopamine,ascorbic acid and uric acid[J].Anal Methods,2014,6:9059-9065.

[8]Wang Q,Gao F,Yuan X,et al.Electrochemical studies on the binding of a carcinogenic anthraquinone dye,Purpurin (C.I.58 205) with DNA [J].Dyes & Pigments,2010,84:213-217.

[9]Wang X,Li J,Yu Z.Selective Determination of Epinephrine in the Presence of Ascorbic Acid on a Carbon Nanotubes Modified Electrode Based on the Enhancement Effects of the Hexadecyl Trimethyl Ammonium Bromide [J].Int J Electrochem Sci,2015,10:93-101.

[10]Ma X,Wang Z,Wang X,et al.Electrochemical determination of norepinephrine on the membrane of silver nanoparticles doped poly-glycine eliminating the interference of ascorbic acid [J].J Solid State Electrochem,2013,17:661-665.

[11]Qin M,Cao K,Wang X,et al.Selective determination of catecholamine in the presence of ascorbic acid or uric acid on the membrane of silver nanoparticles/poly L-phenylalanine[J].Ionics,2013,19:1891-1896.

Electrochemical Behaviors of the Epinephrine,Norepinephrine and Dopamine on the Graphene Modified Electrode*

XU Jin-zhen1,ZHANG Hong2,TONG Yuan-hui1,3,WANG Xue-liang1,YU Zhang-yu1,3

(1 Department of Chemistry and Chemical Engineering,Shandong Heze 274015; 2 Jining Polytechnic,Shandong Jining 272037; 3 College of Chemistry and Chemical Engineering,Shandong Qufu 273265,China)

A graphene modified electrode was prepared by casting a layer of graphene dispersed with N,N-dimethylformamide.The electrochemical behaviors of epinephrine (EP),norepinephrine (NE) and dopamine (DA) were studied on this modified electrode.The results showed that this modified electrode had good eletrocatalytic properties for these three kinds of catechol amines.In a certain concentration range,the oxidative peak currents of these three kinds of catechol amines were linear with their concentrations.Under the optimum conditions,the electrochemical method for determination of three kinds of catechol amines was established,respectively.This method had good selectivity and sensitivity.

catechol amines; graphene; electrochemical behaviors; modified electrode

山東省自然科學(xué)基金(ZR2009BM003); 山東省博士基金(BS2013HZ027)。

郁章玉(1960-)，男，教授，博士，博士研究生導(dǎo)師，研究方向：電分析化學(xué)。

O657.1

A

1001-9677(2016)011-0160-03