抗坏血酸和尿酸在甘氨酸-壳聚糖修饰玻碳电极 上的电化学行为及测定

张军丽， 张 燕， 张佳欣, 策萌萌

(黄淮学院化学与制药工程学院，河南驻马店 463000)

壳聚糖(CTS)分子中具有丰富的氨基和羟基，具有良好的吸附能力、导电能力和生物相容性，近年来被研究者们应用于光化学传感器的制备[1 - 3]。尿酸(UA) 是人体内嘌呤核苷酸分解代谢产物之一，其水平异常一般预示着疾病的发生。抗坏血酸(AA)是人体必需的一种水溶性维生素，在生物体内，它作为抗氧化物可以保护身体免受氧化应激的攻击。目前，测定AA、UA的方法主要有生化酶法、高效液相色谱法、伏安法、生物传感器法、光度法、化学发光法等[4 - 10]。由于AA和UA在电极检测过程中易受到其它生物物质的干扰，近年来针对AA、UA的同时检测方法开展了更深入地研究[11 - 14]。UA和AA可以通过伏安法测定，在玻碳裸电极(GCE)上AA和 UA 的氧化峰电位很接近，导致伏安曲线重叠，难以准确测定[15]。但用甘氨酸(Gly)和CTS复合制备Gly-CTS/GCE修饰电极，通过循环伏安法检测AA和UA的含量，也可实现对AA 、UA的同时检测。

本实验制备的Gly-CTS/GCE修饰电极可以大大提高检测的灵敏度，将为药物检测、生物分析等提供一种新方法，也为修饰电极在电化学方面的应用提供科学依据。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

ZENNIUM电化学工作站(德国，ZAHNER公司)，电化学实验采用三电极体系：GCE、Gly-CTS/GCE修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝为辅助电极。KQ-218超声波清洗器(昆山市超声波清洗机有限公司)。

壳聚糖(CTS)(脱乙酰度96%,恒台县金湖甲壳制品有限公司)；甘氨酸(Gly，国药集团化学试剂有限公司)；尿酸(UA，天津市凯通化学试剂有限公司)；抗坏血酸(AA，天津市恒兴化学试剂制造有限公司)。磷酸盐缓冲溶液(PBS)由一定比例的Na2HPO4、KH2PO4配制而成。其余实验所用试剂均为分析纯；实验用水为二次蒸馏水。所有电分析实验均在室温下进行。

1.2 实验方法

1.2.1GCE的处理GCE依次用0.5～0.7 μm和30～50 nm的Al2O3在麂皮上进行抛光，每次抛光后先用蒸馏水清洗，再移入超声波清洗仪中依次用乙醇(1+1)、蒸馏水进行清洗，每次5 min，重复三次。

1.2.2Gly-CTS/GCE修饰电极的制备准确称取0.2 g CTS和0.05 g Gly于10 mL 1%的HAc溶液中，并搅拌使其充分溶解，用微量注射器吸取一定量的Gly-CTS修饰剂，滴涂于GCE表面，晾干。

2 结果与分析

2.1 不同电极测定AA和UA

由图1(A)和1(B)可知，Gly-CTS/GCE修饰电极测得的峰电流都明显高于GCE，且峰电位相对GCE正移了0.0968 V，这可能是修饰电极的有效表面积增大，表面电荷增多引起，表明修饰后的电极对AA和UA有更好的催化作用，且其在电极上的反应为不可逆。为了对比研究，分别采用GCE、Gly-CTS/GCE，以K3[Fe(CN)6] 为探针，测试了两电极的特性(图1(C))，结果表明Gly、CTS有利于K3[Fe(CN)6]的电子转移，K3[Fe(CN)6]的峰电流明显增加。根据Randles-Sevcik方程:ip=2.69×105n3/2AD1/2v1/2c，峰电流越大，说明电极的有效表面积也越大。计算结果表明，GCE的有效面积A为1.2502×10-6cm2，Gly-CTS/GCE的有效面积A为2.6605×10-6cm2。

图1 AA(A)、UA(B)和K3[Fe(CN)6](C)在不同电极上的循环伏安图 Fig.1 Cyclic voltammograms of AA(A)，UA(B) and K3[Fe(CN)6] (C) at different electrodes a.GCE;b.Gly-CTS/GCE.

2.2 Gly-CTS/GCE测定AA和UA条件优化

图2 pH对AA和UA峰电流的影响Fig.2 The influence of pH on peak curren of AA and UA

2.2.1pH的选择pH是影响传感器性能的一个重要因素。为了考察底液pH对测定结果的影响，配制一系列不同pH值(5.29、5.59、5.91、6.24、6.47、6.64、6.98)的PBS，分别测定AA、UA。由图2可知，随着pH的增加峰电流先升高后下降，在pH=5.59左右达到最大值。所以在后续实验中选择pH=5.59的缓冲溶液作为底液测定AA和UA。

2.2.2扫描速率的影响以Gly-CTS/GCE为工作电极研究了扫描速率对AA和UA氧化峰电流的影响。结果表明，在20～100 mV/s范围内，随着扫描速率的增大，峰电流均不断增加，氧化峰电位正移,发现AA和UA的氧化峰电流Ipa与扫描速度v呈良好的线性关系，线性方程分别为:Ip(AA)=151.0940+2.2270v(R=0.9959)、Ip(UA)=2.2585+0.0323v(R=0.9981)，表明电极反应为吸附控制。

2.2.3浓度的影响在优化实验条件下，改变UA和AA混合溶液的浓度，由图3可见，UA和AA的氧化峰电流随之线性增加。AA和UA分别在2.0×10-5～6.0×10-2mol/L、0.1×10-6～6.0×10-2mol/L浓度范围内与其峰电流呈良好线性关系。线性方程分别为：Ip(AA)=48.83+9956c(R=0.9964)；Ip(UA)=-0.0252+0.5262c(R=0.9985)。检出限(S/N=3)可达1.5×10-7mol/L(AA)、1.0×10-9mol/L(UA)，表明该Gly-CTS/GCE电极灵敏度较高。

图3 不同浓度的AA和UA的循环伏安图Fig.3 Cyclic voltammograms of AA and UA at various concentration AA:a-i:0.010,0.015,0.020,0.025,0.030,0.035,0.04,0.045,0.05 mol/L,respectirely.UA:a-i:0.5×10-3,0.75×10-3,1.0×10-3,1.25×10-3,1.5×10-3,1.75×10-3,2.0×10-3,2.25×10-3,2.5×10-3 mol/L,respectively.

2.3 重现性、稳定性和干扰实验

用Gly-CTS/GCE分别在pH=5.59、浓度分别为5.0×10-4mol/L AA和2.0×10-6mol/L UA混合溶液中连续扫描7次，其峰电流的相对标准偏差分别为4.6%、2.9%；将电极在空气中放置10 d后，峰电流均减小12.0%左右，表明Gly-CTS/GCE电极具有较好的重现性和稳定性。

用该修饰电极对1.0 mmol/L AA、0.04 mmol/L UA中加入2.0 mol/L H2O2或0.004 mol/L多巴胺进行测定，发现二者对测定无影响。Na+、K+、Ca2+、Mg2+和葡萄糖等对检测结果均无影响。以上结果表明该修饰电极具有良好的抗干扰性和选择性。

2.4 不同涂层的影响

以Gly-CTS/GCE为工作电极，考察不同涂层的影响。当涂层为两层时，测定的峰电流最大，灵敏度最高，这可能是因为涂两层比涂一层时导电物质增多，但涂三层所形成的膜太厚，部分涂层出现脱落现象导致峰电流下降，从而影响测定结果。

2.5 实际样品测定

2.5.1难生素C药片中AA含量的测定将样品维生素C(100 mg/tablet)1片放在研钵中研细后溶解过滤，将滤液转移至50 mL的容量瓶中，pH=5.59的PBS定容，摇匀，转移至电解池中，用循环伏安法进行测定。重复5次，测得AA含量为96.8 mg/tablet。

2.5.2尿液中UA含量的测定取尿样2.00 mL于50 mL容量瓶中，加入5.00 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液，用蒸馏水定容。取12.50 mL于50 mL的容量瓶中，用pH=5.59的PBS定容，测得UA的平均含量为2.13×10-3mol/L。

3 结论

制备了Gly-CTS/GCE修饰电极，该修饰电极具备制备简单，重现性和稳定性好的特点。在测定时AA和UA峰电流均随浓度、扫描速度的增大而增大，峰电流与浓度呈现良好线性关系，可用于AA和UA同时测定。