聚三聚氰胺-石墨烯复合膜修饰电极对多巴胺与尿酸的同时测定

刘冉彤，宋诗稳，胡 凯，张 腾，余紫婷，何国苗

(延安大学 石油工程与环境工程学院，陕西 延安 716000)

聚三聚氰胺-石墨烯复合膜修饰电极对多巴胺与尿酸的同时测定

刘冉彤，宋诗稳*，胡 凯，张 腾，余紫婷，何国苗

(延安大学 石油工程与环境工程学院，陕西 延安 716000)

采用循环伏安法制备了聚三聚氰胺-石墨烯复合膜修饰电极(poly-(MA)-ERGO/GCE)。研究了抗坏血酸(AA)、尿酸(UA)和多巴胺(DA)在该修饰电极上的电化学行为。结果表明，该修饰电极对AA、UA和DA均有良好的电化学响应，且三者的氧化峰在该修饰电极上可完全分离。据此建立了在大量AA存在下同时测定UA和DA的新方法。在优化条件下，微分脉冲伏安法(DPV)测定UA和DA的线性范围均为1.0×10-8～5.0×10-6mol·L-1，检出限(3sb)均为5.0×10-9mol·L-1。

聚三聚氰胺；石墨烯；尿酸；多巴胺；抗坏血酸

三聚氰胺是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，由于分子中含有3个氨基，在一定范围内可进行电化学氧化，修饰在电极上形成聚三聚氰胺[1]。而石墨烯是一种新型纳米碳质材料，具有比表面积大、导电性好、机械强度大等优点，在电化学传感领域得到了广泛应用[2-6]。石墨烯和三聚氰胺制备的复合膜不仅稳定，对底物也表现出很好的协同催化作用。常见的石墨烯修饰电极的制备方法有直接滴涂法[7]和滴涂氧化石墨烯还原等方法[8]。尚未见用聚三聚氰胺/石墨烯复合膜修饰玻碳电极同时测定多巴胺(DA)和尿酸(UA)的报道。

UA是人体内的主要代谢产物[9]。血液内UA滞留过多，会影响人体细胞的正常功能。DA在人体内浓度过低则会引发抑郁症[10]。因此，血液中UA和DA含量的检测在临床检验中具有重要意义。L-抗坏血酸(AA)是广泛存在于人体体液内的一种重要物质[11]。由于AA具有一定的电化学活性，所以用传统电极直接测定UA和DA时 AA会产生一定的干扰，从而影响分析结果的准确度。因此，近年来人们制备了各种化学修饰电极以提高电化学方法测定此类物质的选择性和灵敏度[12]。

本文利用电聚合三聚氰胺法一步将氧化石墨烯电还原到电极上，制备了聚三聚氰胺/石墨烯修饰电极，研究了该修饰电极对UA和DA的电化学行为。结果表明，该电极可在AA的存在下同时检测DA和UA。

1 实验部分

1.1 仪器及试剂

CHI660D电化学工作站(上海辰华仪器公司)，三电极系统：工作电极为聚三聚氰胺/石墨烯修饰电极(poly-(MA)-ERGO/GCE)或玻碳电极(GCE)，对电极为铂丝电极，参比电极为饱和甘汞电极，KQ-5200B高功率数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。

三聚氰胺(MA，国营上海试剂厂)、天然石墨鳞片(小于30 μm，碳含量99.9%，青岛莱西市南墅发达石墨公司)、尿酸(UA，国药化学试剂有限公司)、盐酸多巴胺(DA，上海和丰制药有限公司)、L-抗坏血酸(AA，天津市新纯化学试剂研究所)，所用试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

1.2 氧化石墨烯的制备

采用改进的Hummers法和文献方法[13]制备氧化石墨，将得到的氧化石墨超声分散在二次蒸馏水中，再在35 ℃条件下将其水溶液真空干燥24 h，得到氧化石墨烯(GO)。

1.3 聚三聚氰胺/石墨烯复合膜修饰电极的制备

先分别用0.3 μm和0.05 μm氧化铝粉末将玻碳电极抛光至镜面，用高纯水冲洗干净后，分别用硝酸水溶液(体积比1∶1)、无水乙醇和蒸馏水超声清洗1 min，晾干备用。在0.1 mol·L-1磷酸盐缓冲溶液(Na2HPO4-NaH2PO4,pH 5.5)中，控制氧化石墨烯的质量浓度为5 g·L-1,三聚氰胺的浓度为1.0×10-3mol·L-1，在-2.0～2.0 V范围内以50 mV·s-1的扫速循环扫描10圈，冲洗干净后室温晾干，即得聚三聚氰胺/石墨烯复合膜修饰电极，记为poly-(MA)-ERGO/GCE。按相似方法制备聚三聚氰胺修饰电极，记为poly-(MA)/GCE。

2 结果与讨论

2.1 聚三聚氰胺/石墨烯复合膜修饰电极的制备

三聚氰胺浓度为1.0×10-3mol·L-1时的循环伏安图见图1A。其中0.4、1.1 V处是电聚合三聚氰胺时的特征氧化峰，-0.7 V处是电聚合三聚氰胺时的特征还原峰[1,14]。随着扫描圈数的增加，上述氧化还原峰峰电流逐渐增大，表明聚三聚氰胺逐渐沉积于电极表面。氧化石墨烯的质量浓度为5 g·L-1,三聚氰胺的浓度为1.0×10-3mol·L-1时的循环伏安图见图1B。与图1A相比，图1B上也出现了聚三聚氰胺的特征氧化还原峰，另在-1.5 V处出现了氧化石墨烯的特征还原峰(图1Ba)[15]。同时，随着扫描圈数的增加，与氧化石墨烯相对应的峰电流逐渐增大。以上结果表明，采用循环伏安法可制备聚三聚氰胺/石墨烯复合膜。另外，图1B中三聚氰胺的特征峰峰电流明显大于图1A，这是由于石墨烯具有良好的电子传递速率，从而使聚三聚氰胺的沉积速率明显加快。

图2 1.0 mol·L-1 KCl+5.0 mmol·L-1 K3[Fe(CN)6]溶液中poly-(MA)/GCE(a)与poly-(MA)-ERGO/GCE(b)的交流阻抗图Fig.2 Nyquist plots of poly-(MA)/GCE(a) and poly-(MA)-ERGO/GCE(b) in 1.0 mol·L-1KCl+5.0 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]voltage:5 mV;frequency range:0.01-100 000 Hz

图3 1.0×10-3 mol·L-1 AA、1.0×10-4 mol·L-1 DA和UA在不同电极上的循环伏安图Fig.3 Cyclic voltammograms of 1.0×10-3 mol·L-1 AA,1.0×10-4 mol·L-1 DA and UA at different electrodesa.GCE,b.poly-(MA)/GCE,c.poly-(MA)-ERGO/GCE;v=20 mV·s-1

不同电极在1.0 mol·L-1KCl+5.0 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液中的交流阻抗图见图2。由图可见，poly-(MA)-ERGO/GCE修饰电极的电化学阻抗(图2b)明显小于聚三聚氰胺膜修饰电极的电化学阻抗(图2a)。这是由于石墨烯良好的导电性减小了复合膜的电子传递电阻。

2.2 AA、DA及UA在poly-(MA)-ERGO/GCE修饰电极上的电化学行为

图3为1.0 mmol·L-1AA、0.10 mmol·L-1DA和0.10 mmol·L-1UA在裸玻碳电极(a)、聚三聚氰胺修饰电极(b)和聚三聚氰胺/石墨烯复合膜修饰电极(c)上的循环伏安图。由图可见，在裸GCE上，AA、DA和UA的氧化峰完全重叠，无法分别测定，且电流响应小。在poly-(MA)/GCE上，AA、DA和UA的氧化峰可完全分开，这说明聚三聚氰胺膜对AA、DA和UA有很好的区分效应[16]。而在聚三聚氰胺/石墨烯复合膜修饰电极上，AA、DA和UA的氧化峰完全分开，且电流响应明显大于聚三聚氰胺膜修饰电极，这说明复合膜修饰电极对AA、DA和UA的电氧化具有良好的电催化活性和区分效应，可在AA存在下对UA和DA进行同时测定。

采用循环伏安法研究了电位扫描速率对UA和DA氧化峰电流和峰电位的影响。结果表明，随着电位扫描速率的增加，UA和DA的氧化峰电流均增加，且峰电流与电位扫描速率呈线性关系，UA和DA的线性方程分别为Ip(UA)=6.568+0.223v和Ip(DA)=4.899+0.150v，表明UA和DA在poly-(MA)-ERGO/GCE上的反应过程均为吸附控制过程。

考察了溶液酸度对UA和DA电化学行为的影响。结果显示，在pH 5.5～8.0范围内，UA和DA的阳极峰电位Ep均随pH值的增加而负移，且峰电位与pH值均呈线性关系。线性方程分别Ep(UA)(V)=0.806-0.071 pH和Ep(DA)(V)=0.565-0.058 pH，斜率分别为-0.071V/pH和-0.058 V/pH，与理论值-0.059 V/pH和-0.059 4 V/pH接近，表明UA和DA的电极反应均为两电子两质子反应[17-18]。同时，UA的阳极峰电流随pH值的增大而减小，DA的阳极峰电流随pH值先减小后基本不变，最大峰电流值均在pH 5.5。故选择pH 5.5的0.10 mol·L-1磷酸盐缓冲溶液作为支持电解质。

2.3 线性范围与检出限

考察了5.0×10-4mol·L-1AA和1.0×10-5mol·L-1DA存在下加入不同浓度UA时的微分脉冲伏安图。结果表明，在1.0×10-8～5.0×10-6mol·L-1范围内，UA的峰电流与其浓度(c,mol·L-1)呈线性关系，线性方程为Ip(UA)=0.134 1+0.933c。同时考察了5.0×10-4mol·L-1AA和8.0×10-5mol·L-1UA存在下加入不同浓度DA时的微分脉冲伏安图。结果表明，在5.0×10-8～9.0×10-6mol·L-1范围内,DA的峰电流与其浓度呈线性关系，线性方程为Ip(DA)=2.254+0.811c。AA和UA对DA的测定无干扰。这表明在AA存在下，poly-(MA)-ERGO/GCE修饰电极可用于DA和UA的同时测定。

图4 不同浓度的UA和DA在5.0×10-4 mol·L-1 AA共存下的微分脉冲伏安图Fig.4 DPV of different concentrations of DA and UA on the poly-(MA)-ERGO/GCE in the presence of 5.0×10-4 mol·L-1 AA in 0.1 mol·L-1 PBS concentration of DA and UA(a-h):(0.01,0.3,0.5,1.0,3.0,5.0,7.0,9.0)×10-6 mol·L-1

图4为在5.0×10-4mol·L-1AA存在下，同时加入不同浓度DA和UA时的微分脉冲伏安图。结果表明在1.0×10-8mol·L-1～5.0×10-6mol·L-1范围内，DA和UA峰电流与其浓度均呈良好的线性关系，线性方程分别为Ip(DA)=0.209+0.757c,r2=0.998和Ip(UA)=0.627+0.708c,r2=0.998。DA和UA的检出限(3sb)均为5.0×10-9mol·L-1。与文献报道的结果相比(表1)，poly-(MA)-ERGO/GCE修饰电极用于DA和UA的同时测定具有线性范围宽、检出限低等特点，这得益于聚三聚氰胺和石墨烯的协同作用。

2.4 修饰电极的稳定性、重现性及干扰实验

采用微分脉冲法连续测定1.0 mmol·L-1AA、1.0 μmol·L-1DA和UA混合溶液10次，UA和DA峰电流的相对标准偏差(RSD)分别为1.9%和2.3%。在相同的实验条件下制备5支修饰电极，平行测定1.0 mmol·L-1的AA、1.0 μmol·L-1的DA和UA混合溶液，UA和DA峰电流的RSD分别为2.8%和3.1%。电极室温下储存30 d后重新测定1.0 mmol·L-1的AA、1.0 μmol·L-1DA和UA混合溶液，UA和DA的峰电流分别降为原来的94.2%和94.5%。以上结果表明，该修饰电极具有良好的稳定性和重现性。

在含1.0 μmol·L-1UA的PBS溶液(pH 5.5)中，测定了可能共存的无机离子和有机物对DA和UA同时测定的干扰。结果表明，100倍的Ca2+、Cl-，10倍的L-半胱氨酸和葡萄糖以及等浓度的柠檬酸均不干扰测定。

表1 不同修饰电极同时测定UA和DA时的分析性能Table 1 Analytical performance of various electrodes for the simultaneous determination of UA and DA

2.5 样品分析

通过加标回收实验考察了方法的可靠性。在3份加入已知浓度UA的样品中，分别同时加入一定量的AA、DA和UA标准溶液进行加标回收实验，结果见表2。UA和DA的加标回收率分别为93.3%～106.3%和96.9%～107.3%，表明该方法准确可靠。

表2 加标回收率实验结果Table 2 Results of recovery tests

采用poly-(MA)-ERGO/GCE对人体血清样品中的尿酸及多巴胺含量进行同时测定，人体血清样品由延安大学附属医院提供，用灭菌的 PBS 缓冲溶液(0.10 mol·L-1，pH 5.5)将血清样品稀释 10 倍进行测定。采用 DPV 对尿酸及多巴胺进行同时检测，与常规方法(尿酸酶试剂盒法和分光光度法)相比，两种方法对 UA及DA 测定分析的平均相对误差分别为 3.97%和2.06%，说明该电极与常规方法的检测结果比较一致，可用于血清样品中 UA及DA 的同时测定；对人体血清样品中的 UA及DA进行加标回收实验，回收率分别达95.2%～102.2%和96.3%～103.1%，表明该电极用于实际样品中UA及DA 的定量检测是可行的。

3 结 论

采用循环伏安法制备了聚三聚氰胺/石墨烯复合膜修饰电极，并用于人体血清样品中UA及DA的同时测定。结果表明，该修饰电极对AA、DA和UA具有良好的选择性，可在AA存在下同时检测UA和DA。该修饰电极在临床方面具有应用价值。

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Simultaneous Determination of Dopamine and Uric Acid on Poly-(MA)-ERGO Modified Glassy Carbon Electrode

LIU Ran-tong,SONG Shi-wen*,HU Kai,ZHANG Teng,YU Zi-ting,HE Guo-miao

(College of Petroleum and Environment Engineering,Yan’an University,Yan’an 716000,China)

A poly-(MA)-ERGO hybrid film modified electrode was fabricated by using cyclic voltammommetry.The electrochemical behaviors of dopamine(DA),uric acid(UA)and ascorbic acid(AA)were investigated,respectively.The results showed that the modified electrode exhibited an excellent electrocatalytic activity toward the electrooxidation of DA and UA,and had a superior selectivity in the determination of DA,UA in the presence of AA.Under the optimum conditions,the calibration curves for DA and UA were linear in the range of 1.0×10-8-5.0×10-6mol·L-1with the detection limit(3sb)of 5.0×10-9mol·L-1.

poly-(melamine);graphene;uric acid;dopamine;ascorbic acid

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.10.013

O657.1；R446.11

A

1004-4957(2017)10-1240-05

2017-05-11；

2017-06-09

陕西省教育厅专项项目(16JK1865);延安大学校级科研项目(YDQ2017-19)

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宋诗稳，硕士，实验师，研究方向:化学修饰电极，Tel:0911-2330936，E-mail:15991911119@139.com