ZIF-12在檢測(cè)抗壞血酸和L-色氨酸中的應(yīng)用

李改花，劉爽，馮桂榮

（唐山師范學(xué)院化學(xué)系，唐山市綠色專用化學(xué)品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山063000）

分子篩咪唑框架（ZIFs）是由二價(jià)金屬離子（Zn2+，Co2+等）與咪唑基配位體通過絡(luò)合作用，以四配位方式組裝形成的納米多孔晶體材料[1-2]。由于其具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、可調(diào)節(jié)性以及化學(xué)多樣性而受到廣泛關(guān)注[3-4]。更重要的是，ZIFs的超高表面積和高孔隙率也引起了科研工作者對(duì)其在電化學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的極大興趣[5-6]。ZIFs作為多孔材料載體具有大的比表面積，可以為電化學(xué)傳感器的檢測(cè)提供優(yōu)良的基底材料；其次，ZIFs材料中具有裸露的骨架結(jié)構(gòu)，可以為化學(xué)傳感器提供活性位點(diǎn)[7]。

抗壞血酸（Ascorbic acid.A）又稱為維生素C，是一種常見的水溶性維生素，對(duì)其在生物體內(nèi)的檢測(cè)尤為重要[8-9]。L-氨基酸是一種存在于生物體的有機(jī)小分子，是構(gòu)成生物體所需蛋白質(zhì)的基準(zhǔn)物質(zhì)。L-氨基酸和抗壞血酸常常共存于生物體內(nèi)，它們的區(qū)分和同步檢測(cè)也是化學(xué)檢測(cè)的難題之一[10]。本實(shí)驗(yàn)以ZIF-12作為電化學(xué)傳感器基底材料，采用循環(huán)伏安法分別對(duì)抗壞血酸和L-色氨酸進(jìn)行了檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了兩者的同步檢測(cè)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

苯并咪唑，甲苯，甲醇，氨水，四水乙酸鈷，硫酸，硝酸鉀，鐵氰化鉀，抗壞血酸，L-色氨酸，磷酸二氫鉀，磷酸氫二鉀，以上試劑均為分析純。

HJ-2A恒溫磁力攪拌器，YXJ-2高速離心機(jī)，VER?TEX70傅里葉紅外光譜儀，LK98A微機(jī)電化學(xué)分析系統(tǒng)，SIGMA300場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，D/Max-2500 X射線衍射儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ZIF-12的合成

稱量0.48 g的苯并咪唑溶于19.19 g甲醇，室溫下攪拌，加入18.32 g甲苯和0.07 g氨水，接著加入0.125 g四水合乙酸鈷，室溫下連續(xù)攪拌3 h，完成結(jié)晶。采用離心法收集ZIF-12，并用甲醇洗滌3次，室溫下干燥過夜。

1.2.2 基底電極的預(yù)處理

（1）物理活化：用濕潤的鏡頭紙輕輕擦拭玻碳電極（GCE）表面，除去電極表面污物，確保電極表面光滑。取少許0.3 μm的Al2O3于麂皮上，然后滴加少許去離子水，用玻碳電極上絕緣部分稍微攪勻，之后豎直地握住玻碳電極，用力均勻，呈圓形打磨2～3 min。用去離子水沖洗掉電極表面殘留的氧化鋁，再依次用超純水，1∶1 HNO3，1∶1乙醇和超純水超聲清洗2～3 min，除去電極表面的污物。

（2）化學(xué)活化：將玻碳電極作為工作電極，甘汞電極作為參比電極，鉑電極為輔助電極組成電解池，在0.5～1.0 mol/L H2SO4溶液中，在電位掃描范圍-1.0～1.0 V，掃描速度為100 mV/s的條件下，用循環(huán)伏安法掃描到標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定的循環(huán)伏安圖為止，消除化學(xué)殘留物對(duì)電極的影響。

1.2.3 ZIF-12修飾電極的制備

用微量取樣器移取10 μL的ZIF-12膜溶液，滴加在已經(jīng)處理好的玻碳電極的電極表面，覆蓋住玻碳電極中間的黑色部分，在烘烤燈下烘烤至成膜覆蓋在電極上，制得ZIF-12修飾電極。

2 結(jié)果與討論

2.1 ZIF-12的結(jié)構(gòu)與表征（圖1）

圖1 （a）ZIF-12的結(jié)構(gòu);（b）X-粉末衍射圖;（c）掃描電鏡圖;（d）紅外光譜圖

以X-粉末衍射、電鏡掃描、紅外光譜表征ZIF-12樣品。由圖1b可見，合成產(chǎn)品衍射峰與ZIF-12單晶數(shù)據(jù)模擬的XRD相比，其特征衍射峰的位置一致，說明該配合物具有較高的相純度。從掃描電鏡中可以看出，ZIF-12是規(guī)則的多面體結(jié)構(gòu)，粒徑分布約1～3 μm（圖1c）。

2.2 pH對(duì)檢測(cè)的影響

為了實(shí)現(xiàn)更好的檢測(cè)效果，以玻碳電極為工作電極，甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極組成電解池，分別對(duì)不同pH的緩沖液（pH=6.00，6.50，7.00，7.50，8.00）進(jìn)行CV掃描。由圖2可知，隨著緩沖溶液pH的增加，峰電流逐漸增大，達(dá)到某一點(diǎn)之后開始下降。選取最高點(diǎn)的峰電流所在pH的緩沖溶液作為電解液，即pH=6.80。

圖2 （a）工作電極在不同pH緩沖溶液中的CV圖;（b）峰電流（ip）與電解液pH的關(guān)系

2.3 ZIF-12/gelatin/GCE電化學(xué)穩(wěn)定測(cè)試

以ZIF-12/gelatin/GCE電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極組成三電極體系。用磷酸鹽緩沖液（PBS）（磷酸二氫鉀和磷酸氫二鉀的濃度均為0.2 mol/L）作為電解液（pH=6.80），電位掃描范圍為-1.0～1.0 V，掃描速度為100 mV/s的條件下進(jìn)行CV掃描20圈。由圖3可見，在多次掃描過程中氧化還原特征峰的峰形良好，峰電流沒有明顯下降，說明ZIF-12在玻碳電極上的耐受性良好，在水體中可以穩(wěn)定存在[11-12]。

圖3 以ZIF-12/gelatin/GCE為工作電極，磷酸鹽緩沖溶液為電解液，電位范圍-1.0～1.0 V，掃描速度為100 mV/s條件下掃描20圈的CV圖

2.4 ZIF-12/gelatin/GCE的CV掃速影響

在以ZIF-12/gelatin/GCE電極為工作電極的三電極體系中，用磷酸鹽緩沖液作為電解液（pH=6.80），電位掃描范圍為-1.0～1.0 V，掃描速度為20～140 mV/s的條件下進(jìn)行CV掃描。

從圖4a可見，氧化峰和還原峰的電流密度都隨著掃速的增加而增加。根據(jù)氧化還原峰電流（ip）與掃速的平方根（ν1/2）的關(guān)系圖4b可以看出，峰電流和掃速的平方根存在線性關(guān)系，這說明ZIF-12與玻碳電極之間的電子傳導(dǎo)受擴(kuò)散過程的影響[13-14]。

圖4 （a）ZIF-12/gelatin/GCE在PBS中掃速變化的CV圖（掃速20～140 mV/s）;（b）峰電流（ip）與掃速平方根（ν1/2）的關(guān)系圖

2.5 ZIF-12/gelatin/GCE對(duì)抗壞血酸的檢測(cè)

以ZIF-12/gelatin/GCE電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極組成三電極體系，電位掃描范圍為-1.0～1.0 V，掃描速度為100 mV/s，在磷酸鹽緩沖液（pH=6.80）中加入不同濃度的抗壞血酸（濃度分別為0.25 mM，0.50 mM，0.75 mM，1.00 mM，1.25 mM，1.50 mM）。

由圖5可見，隨著加入的抗壞血酸濃度的增加，峰電流也呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)。以峰電流（ip）對(duì)抗壞血酸濃度（cAA）作圖得到ip～cAA的線性關(guān)系圖，線性方程為ip=10.810cAA+6.713，R2=0.995，靈敏度為10.810 μA·cm-2。

圖5 （a）ZIF-12/gelatin/GCE在PBS中加入不同濃度抗壞血酸的CV圖；（b）峰電流（ip）與抗壞血酸濃度（cAA）的關(guān)系圖

2.6 ZIF-12/gelatin/GCE對(duì)L-色氨酸的檢測(cè)

以ZIF-12/gelatin/GCE電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極組成三電極體系，電位掃描范圍為-1.0~1.0 V，掃描速度為100 mV/s，在磷酸緩沖液（pH=6.80）中加入不同濃度的L-色氨酸（濃度分別為0.1 mM，0.2 mM，0.3 mM，0.4 mM，0.5 mM）。

從圖6中可以看出，隨著L-色氨酸濃度的增加，峰電流也呈現(xiàn)逐漸遞增的趨勢(shì)。以峰電流（ip）對(duì)L-色氨酸濃度（cL-Trp）作圖得到ip～cL-Trp的線性關(guān)系圖，線性方程為ip=32.287cL-Trp+3.894，R2=0.994，靈敏度為32.287 μA·cm-2。

圖6 （a）ZIF-12/gelatin/GCE在PBS中加入不同濃度的L-色氨酸的CV圖;（b）峰電流（ip）與L-色氨酸濃度（cL-Trp）的關(guān)系圖

2.7 ZIF-12/gelatin/GCE對(duì)抗壞血酸和L-色氨酸的同步檢測(cè)

以ZIF-12/gelatin/GCE電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極組成三電極體系，電位掃描范圍為-1.0～1.0 V，掃描速度為100 mV/s，在磷酸緩沖溶液（pH=6.80）中加入1.5 mM的抗壞血酸，然后依次加入0.1 mM，0.2 mM，0.3 mM，0.4 mM，0.5 mM的L-色氨酸。

從圖7可以看出，在抗壞血酸的存在下，隨著L-色氨酸濃度的增加，峰電流逐漸增大，這說明，在抗壞血酸存在的條件下，ZIF-12/gelatin/GCE可以穩(wěn)定地檢測(cè)L-色氨酸而不受抗壞血酸的干擾。以峰電流（ip）對(duì)L-色氨酸濃度對(duì)數(shù)（logcL-Trp）作圖得到ip～cL-Trp的線性關(guān)系圖，線性方程為ip=18.884 log cL-Trp+37.160，R2=0.991，靈敏度為18.884 μA·cm-2。

圖7 （a）ZIF-12/gelatin/GCE在含有1.5 mM抗壞血酸的PBS中加入不同濃度的L-色氨酸的CV圖;（b）峰電流（ip）與L-色氨酸濃度對(duì)數(shù)（logcL-Trp）的關(guān)系圖

3 結(jié)論

以苯并咪唑和乙酸鈷為原料，采用室溫?cái)嚢璺ê铣煞肿雍Y咪唑骨架-12（ZIF-12），并對(duì)其進(jìn)行了XRD、紅外和掃描電鏡表征。ZIF-12作為生物電化學(xué)傳感器材料應(yīng)用于對(duì)抗壞血酸、L-色氨酸、抗壞血酸和L-色氨酸的同步檢測(cè)，具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、快速簡便的優(yōu)點(diǎn)。