聚中性红修饰玻碳电极的制备及应用

屈颖娟，韩 敏，杨晓慧

（西安文理学院化学与化学工程学院，陕西 西安710065）

谷氨酸是构成蛋白质的20种常见α氨基酸之一，大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应[1］。谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用，广泛用作食品调味剂[2］。味精生产过程中，须经常测定谷氨酸和谷氨酸钠的含量，以控制适宜的工艺条件，确保各工序正常有序地进行，所以研究谷氨酸的测定方法具有重要的实际意义。

目前，谷氨酸的测定方法主要有吸收光谱法[3］、高效液相色谱法[4］、电位分析法[5］等。中性红是一种细胞活体染色和酸碱指示剂的碱性吩嗪染料，可用作酸碱指示剂、修饰电极的修饰剂[6－8］。鉴于此，作者在此将中性红聚合到玻碳电极表面，制备聚中性红修饰玻碳电级并采用循环伏安法对谷氨酸在该修饰电极上的电化学行为进行了研究，拟为建立谷氨酸的电化学分析方法提供依据。

1 实验

1.1 试剂与仪器

中性红，分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司；谷氨酸，分析纯，上海悠祥生化试剂有限公司；食用鸡精，上海太太乐食品有限公司；其它试剂均为分析纯；实验用水为二次蒸馏水。

CHI600C型电化学工作站；三电极体系：工作电极为裸玻碳电极（GCE）或修饰玻碳电极，参比电极为饱和甘汞电极，对电极为铂丝电极；SB5200D型超声波清洗机；PHS－2C型酸度计。

1.2 玻碳电极的预处理

将直径为3mm的裸玻碳电极依次用金相砂纸、氧化铝抛光粉抛光成镜面，然后在超声水浴中依次用1∶1硝酸、1∶1乙醇和去离子水将电极清洗干净，最后将该玻碳电极置于0.5mol·L－1硫酸溶液中于－0.5～1.0V电位下进行循环扫描极化至循环伏安图稳定为止。

1.3 聚中性红修饰玻碳电极的制备

将处理后的玻碳电极放入0.50mol·L－1NaNO3＋0.50mmol·L－1中性红＋NaAc－HAc缓冲溶液（pH＝5.0）的混合体系中，控制扫描电位范围为－0.8～0.8V，设定扫描段数为30，以100mV·s－1的扫描速率循环扫描，即可制得聚中性红修饰玻碳电极。

2 结果与优化

2.1 电极修饰条件的优化

2.1.1 电位范围、扫描速率及扫描段数的选择

配制一定浓度的中性红溶液进行电极聚合。

1）在扫描速率为100mV·s－1、不同电位范围下进行聚合。结果发现，电位范围为－0.8～0.8V时的聚合效果最好。因此，选择电位范围为－0.8～0.8V。

2）在电位范围为－0.8～0.8V、不同扫描速率下进行聚合。结果发现，扫描速率为100mV·s－1时的聚合效果最好。因此，选择扫描速率为100mV·s－1。

3）在电位范围为－0.8～0.8V、扫描速率为100 mV·s－1的条件下，分别设定扫描段数为10、20、30、40进行聚合。结果发现，扫描段数为30时循环伏安图已趋于稳定，且对谷氨酸的响应最好，聚合效果最好。因此，选择扫描段数为30。

2.1.2 中性红浓度的选择

分别在浓度为0.05mmol·L－1、0.10mmol·L－1、0.50mmol·L－1、1.0mmol·L－1的中性红溶液中进行电极聚合，通过循环伏安图比较其峰电流的大小。结果表明，当中性红浓度为0.50mmol·L－1时峰电流最大，与文献[6］结果一致。因此，选择中性红浓度为0.50mmol·L－1较为适宜。

2.1.3 缓冲溶液体系及其pH值的选择

分别在PBS、NaAc－HAc、NaAc－HCl缓冲溶液中制备聚中性红修饰玻碳电极。结果发现，在NaAc－HAc缓冲溶液中聚合得到的修饰电极性能最好。因此，选择NaAc－HAc缓冲溶液较为适宜。

分别在pH 值为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0的 NaAc－HAc缓冲溶液中制备聚中性红修饰玻碳电极。结果发现，在pH＝5.0的NaAc－HAc缓冲溶液中，中性红在玻碳电极表面的聚合效果最好。因此，选择在pH＝5.0的NaAc－HAc缓冲溶液中制备聚中性红修饰玻碳电极。

2.1.4 支持电解质及其浓度的选择

分别在NaNO3、Na2SO4、KCl溶液中进行电极聚合。结果发现，当支持电解质为NaNO3溶液时，中性红在电极上的聚合效果较好。

在浓度为0.1～1.5mol·L－1的 NaNO3溶液中进行电极聚合。结果发现，在0.5mol·L－1的NaNO3溶液中的聚合效果最好。因此，选择0.5mol·L－1的NaNO3溶液为支持电解质。

2.2 修饰电极测定谷氨酸

2.2.1 修饰电极测定谷氨酸条件的选择

1）扫描速率的选择

固定谷氨酸浓度为1.0×10－5mol·L－1，在10～200mV·s－1的扫描速率范围内进行循环伏安测定。结果发现，当扫描速率为100mV·s－1时，峰电流最大。因此，选择扫描速率为100mV·s－1。

2）底液及其浓度、pH值的选择

分别用0.10mol·L－1的PBS、Na2SO4、KCl溶液作为测试底液，在电位范围为－0.8～0V、扫描速率为100mV·s－1的条件下进行循环伏安扫描。结果发现，当底液为PBS缓冲溶液时，峰电流最大。因此，选择PBS缓冲溶液作为测试底液。

同时对PBS缓冲溶液的浓度和pH值进行了研究。结果发现，当以浓度为0.10mol·L－1、pH＝4.0的PBS缓冲溶液作为测试底液时，峰电流最大。因此，选择浓度为0.10mol·L－1、pH＝4.0的PBS缓冲溶液作为测试底液。

2.2.2 电极修饰前后对谷氨酸的伏安响应

分别用未修饰电极与修饰电极对谷氨酸进行循环伏安扫描，结果如图1所示。

图1 谷氨酸在未修饰电极和修饰电极上的循环伏安图Fig.1 The CV curves of glutamic acid at unmodified electrode and modified electrode

由图1可看出，聚中性红修饰玻碳电极对谷氨酸有明显的伏安响应。

2.2.3 标准曲线和检出限

在最佳实验条件下，对不同浓度的谷氨酸标准溶液进行测定。结果表明：谷氨酸浓度（c）在5.0×10－6～2.0×10－4mol·L－1范围内与峰电流（ip）呈良好线性关系，回归方程为ip＝9.6238c＋6.8727，相关系数为0.9993，检出限（S／N＝3）为2.0×10－6mol·L－1。

2.2.4 样品测定

准确称取食用鸡精0.20g，配制成100mL样品溶液。在电位范围为－0.8～0V、扫描速率为100 mV·s－1、扫描段数为2的条件下，进行循环伏安测定，计算回收率，结果见表1 。

由表1 可知，回收率在99.2%～103.0%之间，说明该方法具有可行性，且准确度较高。

3 结论

制备了聚中性红修饰玻碳电极，并采用循环伏安法对谷氨酸在该修饰电极上的电化学行为进行了研究，据此建立了谷氨酸的电化学分析方法。结果表明，与裸玻碳电极相比，谷氨酸在修饰电极上产生一对氧化还原峰，谷氨酸在5.0×10－6～2.0×10－4mol·L－1浓度范围内与峰电流呈良好的线性关系，检出限（S／N＝3）为2.0×10－6mol·L－1。该法可用于食用味精中谷氨酸的含量测定。

表1 样品测定结果Tab.1 Determination results for samples

[1]武海云，蒋根灵，李庆林.天麻素通过抑制细胞凋亡保护谷氨酸诱导的PC12细胞损伤[J］.中国临床药理学与治疗学，2012，17（12）：1361－1367.

[2]http：／／www.wiki8.com／guansuan＿31325.

[3]赵进辉，刘木华，吁芳，等.鸭肉中谷氨酸含量的可见－近红外光谱测定研究[J］.核农学报，2011，25（3）：529－533.

[4]HAN H，MIYOSHI Y，UENO K，et al.Simultaneous determination of D－aspartic acid and D－glutamic acid in rat tissues and physiological fluids using a multi－loop two－dimensional HPLC procedure[J］.Journal of Chromatography B，2011，879（29）：3196－3202.

[5]孙士青，史建国，朱思荣，等.酶电极法测定谷氨酸片中谷氨酸含量[J］.山东科学，2007，20（4）：33－36.

[6]张秋灵，邹华，常文贵.聚中性红修饰电极测定维生素C的方法研究[J］.饮料工业，2007，10（11）：33－36，40.

[7]郑兰梅，周跃明，梁喜珍，等.聚中性红／纳米二氧化硅复合修饰电极直接测定抗坏血酸[J］.分析试验室，2012，31（4）：28－31.

[8]顾玲，张苗，贺亚梅.聚中性红／Ni2＋修饰碳糊电极对葡萄糖的电催化氧化研究[J］.化学研究与应用，2013，25（6）：812－817.