石墨烯修饰电极测定三种儿茶酚胺神经递质*

徐进振，张　红，同元辉,3，王学亮，郁章玉,3

(1 菏泽学院化学化工系，山东　菏泽　274015; 2 济宁职业技术学院，山东　济宁　272037; 3 曲阜师范大学化学化工学院，山东　曲阜　273165)



石墨烯修饰电极测定三种儿茶酚胺神经递质*

徐进振1，张红2，同元辉1,3，王学亮1，郁章玉1,3

(1 菏泽学院化学化工系，山东菏泽274015; 2 济宁职业技术学院，山东济宁272037; 3 曲阜师范大学化学化工学院，山东曲阜273165)

在玻碳电极表面滴涂一层N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散的石墨烯，制备了石墨烯修饰电极。研究了该修饰电极对肾上腺素(EP)、去甲肾上腺素(NE)和多巴胺(DA)三种儿茶酚胺神经递质的电化学催化性能。发现三种儿茶酚胺神经递质的氧化峰电流均与其浓度在一定的范围内成良好的线性关系。在最优化试验条件下，建立了分别测定三种物质的电化学方法，该方法具有良好的选择性和灵敏度。

儿茶酚胺；石墨烯；电化学行为；修饰电极

儿茶酚胺是中枢神经递质中的一类单胺类物质，通常是指肾上腺素(EP)、去甲肾上腺素(NE)和多巴胺(DA)三种物质。EP、NE和DA均是是哺乳动物和人类中枢神经重要的信息传递物质，对人体情绪活动、血压等具有重要的调节作用，其体内含量变化，常作为检测多种疾病的标志物[1-3]。因此，对儿茶酚胺类物质的高灵敏检测，在临床医学检验方面具重要的意义。

近年来，已发展了多种用于其定量分析的方法，其中电化学分析法因其操作简便、易于自动化等优点成为近年来该领域的研究热点[4-8]。多种纳米材料、高分子聚合物材料被用作电极修饰材料研究儿茶酚胺类神经递质的电化学行为[9-11]。然而，利用石墨烯修饰玻碳电极，同时对三者进行的研究尚的报道未见到。

试验将N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散的石墨烯(GR)滴涂在玻碳电极(GCE)上，制备石墨烯修饰电极(GR/GCE)。然后，通过循环伏安法(CV)分别探讨了EP、DA和NE在GR/GCE上的电化学行为和测定的最佳条件。建立了测定DA、EP、NE的微分脉冲伏安法(DPV)，该法具有良好的选择性，可用于实际样品的检测。

1　实　验

1.1仪器与试剂

CHI-660C电化学工作站，上海辰华仪器公司；三电极系统：玻碳电极(GCE)或修饰的玻碳电极为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂丝电极为对电极。

石墨烯(GR)，南京先丰纳米材料科技有限公司；DA、EP、NE、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，均购自中国药品生物制品检定所；所用试剂均为分析纯，试验用水均为二次蒸馏水。

1.2GR/GCE电极的制备

根据文献[11]将玻碳电极(GCE)(r=0.85 cm)抛光成镜面。然后将8.0 μL DMF分散的GR悬浮液(1 mg/mL)滴涂于GCE表面，红外灯下烘干备用，记为GR/GCE。

1.3实验方法

采用循环伏安法(CV)和微分脉冲伏安法(DPV)以GR/GCE为工作电极，铂片(1.0 cm2)为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极在CHI 660D电化学工作站上分别对DA、EP、NE的电化学行为进行测定。整个测试过程一直保持氮气氛围中进行。DA、EP和NE的标准溶液由0.2 mol/L Na2HPO4-0.1 mol/L 柠檬酸缓冲溶液分别配制，配置前需充分通N2除氧。

2　结果与讨论

2.1循环伏安法

图1　2.0×10-3mol/L DA(A)、EP(B)和NE(C)分别在裸玻碳电极(曲线a)和GR/GCE(曲线b)上的循环伏安图

用CV法分别研究了DA、EP、NE在GCE和GR/GCE上的电化学行为，结果如图1所示。由图1可知，DA、EP、NE在裸GCE上产生很小氧化还原峰(图1A，B，C中的曲线a)，而在GR/GCE上却出现了较大的氧化还原峰(图1A，B，C中的曲线b)。我们推测主要由以下原因：(1)GR大的比表面积对DA、EP、NE具有较强的吸附富集作用，使氧化峰电流明显增大；(2)GR强的导电性能提高了电荷在电极表面的电子传递。这两者都有利于提高测定的灵敏度。

2.2测定条件的优化

2.2.1测定溶液酸度的影响

以0.2 mol/L Na2HPO4-0.1 mol/L 柠檬酸缓冲溶液为底液，在pH2.2～8.0的范围内，考察了DA、EP、NE在不同pH下的电化学行为。以DA为例，DA的氧化峰电位Epa随着溶液pH的增加向负方向移动，Epa与pH的成良好的线性关系，线性方程为：Epa=-0.0739pH+0.828，r=0.998，斜率为-74 mV/pH，说明有质子参与了DA在GR/GCE上的电极反应过程；DA的氧化峰电流ipa值随着溶液pH的增大而增大，在pH4.0时，达到最大值，而后减小，因此测定DA的最佳pH为4.0。

EP和NE在修饰电极上具有和DA几乎相同的电化学行为，两者的最佳测定pH值也为4.0。

2.2.2搅拌富集时间的影响

在0～120 s的时间范围内，考察了搅拌富集时间对DA、EP、NE氧化峰电流(ipa)的影响。发现随着富集时间的增加，DA的氧化峰电流ipa值明显增大；120 s之后，ipa值趋于平缓，几乎不变。说明DA在修饰电极表面的吸附在120 s时基本达到饱和，因此，测定DA的最佳富集时间为120 s。同理，EP、NE的最佳富集时间为分别为120 s和170 s。

2.2.3修饰剂用量的优化

在2.0～12.0 μL范围内，考察了DA、EP、NE的氧化电流值与GR滴涂量的关系。试验发现DA、EP、NE的ipa值均是随着GR滴涂量的增加先增大随后减小，当滴涂量为8.0 μL时，DA、EP、NE的ipa值均达到最大。试验选择测定DA、EP、NE的最佳修饰剂量均为8.0 μL。

2.3工作曲线和检出限

在最佳试验条件下，采用DPV法，分别考察了DA、EP、NE氧化峰电流与其浓度的关系，发现一定的浓度范围内，它们的氧化峰电流与其浓度在均成良好的线性关系。线性方程分别为：ipa=3.677×10-6+0.471CDA，r=0.994，检出限为2.0×10-10mol/L(S/N=3)线性范围为2.1×10-5～1.0×10-3mol/L(图2A)；ipa=7.293×10-6+0.258CEP，r=0.997，检出为1.0×10-9mol/L(S/N=3)，线性范围为1.5×10-6～2.1×10-4mol/L(图2B)；ipa=1.000×10-5+0.371CNE，r=0.997，检出限为 4.0×10-10mol/L(S/N=3)，线性范围为3.6×10-6～1.3×10-4mol/L(图2C)。

图2　DA(A)、EP(B)、NE(C)在GR/GCE上的氧化峰电流与其浓度的线性关系

2.4干扰试验

在最佳试验条件下，考察了AA对DA、EP、NE测定的干扰。发现当共存的AA浓度为DA、EP、NE浓度的50倍时，循环伏安图中AA仅有一个不可逆的氧化峰，且DA、EP、NE的氧化峰电位与AA的氧化峰电位相差较大，电位差在300 mV左右，因此AA对DA、EP、NE的氧化峰没有干扰。

2.5GR/GCE的稳定性与重现性

试验以2.0×10-3mol/L的DA为考察对象，分别在新制备的GR/GCE、放置10 d、20 d、30 d后进行测定，考察GR/GCE的稳定性和重现性。结果表明，30天后测得的ipa值是初次测量电流的94.3%。

用GR/GCE对DA在短时间内重复测定30次以上，其ipa值标准偏差为0.49%，Epa值标准偏差为0.16%，表明GR/GCE具有良好的稳定性。

试验分别测定了同一DA标准液在平行制作的6支修饰电极上的电化学信号。ipa标准偏差为0.28%，Epa标准偏差为0.12%，这显示了GR/GCE具有良好的重现性。

3　结　论

利用GR/GCE修饰电极，伏安测定DA、EP、NE的最佳测定条件为：测定pH均为4.0，搅拌富集时间分别为120 s、120 s、170 s。DA、EP、NE的浓度与其ipa值在一定的浓度范围内呈现良好的线性关系，检出限分别可达到2.0×10-10mol/L、1.0×10-9mol/L、4.0×10-10mol/L (S/N=3)。该修饰电极具有较高的稳定性、重复性和选择性。

[1]徐环环,李丹,陈荣,等.化学修饰电极在儿茶酚胺类物质电化学测定中的应用[J].菏泽学院学报,2013,35(2):49-55.

[2]中华人民共和国卫生部药典委员会.中华人民共和国药典(二部)[S].北京:人民卫生出版社,1977:447.

[3]郭宪厚,王学亮,郁章玉.石墨烯/铂纳米粒子杂化膜测定肾上腺素[J].应用化学,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

山东省自然科学基金(ZR2009BM003); 山东省博士基金(BS2013HZ027)。

郁章玉(1960-)，男，教授，博士，博士研究生导师，研究方向：电分析化学。

O657.1

A

1001-9677(2016)011-0160-03