Nafion-石墨烯-纳米金修饰电极测定尿酸

田欣雨 樊雪梅

(商洛学院化学工程与现代材料学院，商洛726000)

1 前言

尿酸(2,6,8-三羟基嘌呤，UA，图1)是嘌呤代谢的终产物，人体体液中尿酸含量变化反映了人体内新陈代谢和免疫机能的情况，当人体产生疾病，如痛风、白血病、尿毒症及心血管疾病时，人体血液中尿酸含量升高，特别是肾脏受损严重时，血液中尿酸含量显著升高。因此，准确测定人体体液中尿酸含量在临床诊断方面具有重要意义[1]。

图1 尿酸的结构式

目前，检测尿酸的方法有色谱法[2]、荧光法[3,4]、比色法[5,6]和电化学方法[7,8], 电化学发光法[9,10]等。其中色谱法分离效果较好，操作简便且快速，但样品处理过程麻烦；光谱法存在样品中其它发色团干扰严重；酶方法虽选择性较好，但价格昂贵，电化学方法灵敏度高，检出限低，且操作简便，成本低廉。

本实验制备了一种新型的Nafion/石墨烯/纳米金复合膜修饰电极，研究了尿酸在该复合膜修饰电极上的电化学行为。Nafion/石墨烯/纳米金复合膜修饰电极能有效促进尿酸的电子转移，电极表面为吸附控制过程。在pH 5.8磷酸缓冲溶液中，氧化峰电流与尿酸的浓度在2.0 ×10-7～2.0×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系，方法用于实际样品的测定，加标回收率为96.8～103.2，效果良好。

2 实验部分

2.1 试剂与仪器

电化学实验在ZAHNER电化学工作站上进行，实验用水由PT-RO-10L超纯水设备提供。

尿酸、石墨粉、浓硫酸、Nafion、氯金酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾外购。

2.2 石墨烯的制备

将3.0 g石墨粉和69 mL浓硫酸混合后置于冰水浴中，加入1.5 g NaNO3和9.0 g KMnO4， 2 h后混合液变为深绿色，35 ℃反应0.5 h，溶液变成棕褐色。加入138 mL去离子水，温度升至98 ℃后反应0.5 h，溶液变成浅黄色，加入213 mL水，搅拌10 min，再加入25 mL 30%双氧水，溶液变成金黄色。沉降弃去上层清液，用盐酸洗涤，用去离子水洗涤至中性，置于真空干燥箱中干燥得到氧化石墨，研磨成粉备用。

2.3 纳米金的制备

将100 mL 0.01%氯金酸溶液至于250 mL锥形瓶，加热至沸腾，加入2.75 mL 1%柠檬酸钠溶液，继续搅拌，煮沸12 min，颜色有紫红色变为酒红色，停止加热，自然冷却至室温，转移至100 mL容量瓶中，4°C保存。

2.4 Nafion/石墨烯/纳米金修饰电极的制备

将玻碳电极(GCE，直径2 mm)用0.05 μm α-Al2O3粉末在抛光布上打磨成镜面，依次用1∶1硝酸、乙醇、超纯水超声清洗3～5min。将0.1% Nafion溶液和1mg/mL石墨烯分散液及纳米金溶液以体积比1∶1∶1混合，超声分散30 min，即得Nafion/石墨烯/纳米金溶液。取10 μL上述混合液滴加于预处理好的玻碳电极表面，自然晾干，即得到修饰电极。

2.5 实验方法

实验采用三电极体系：以裸玻碳电极或Nafion/石墨烯/纳米金复合膜修饰电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极。电压范围-0.3～1.0V，用差分脉冲法在0.27 V处以氧化峰电流Ip对尿酸进行定量。

3 结果与讨论

3.1 UA在Nafion/石墨烯/纳米金复合膜电极上的差分脉冲图

图2是pH 值为5.8的Na2HPO4-KH2PO4缓冲溶液条件下，UA在不同电极上的差分脉冲伏安图。由图可知，UA 在裸玻碳电极上于0.27 V出现一氧化峰，氧化峰电流较小(曲线a)，而在Nafion/石墨烯/纳米金复合膜修饰电极上，氧化峰电流增大(曲线b)，这说明Nafion/石墨烯/纳米金复合膜具有较好的导电性，加快了电极表面电子转移的速率，对UA的氧化具有一定的催化作用。

图2 UA在不同电极上的差分脉冲伏安图

3.2 扫描速度的影响

研究了扫描速度对氧化峰电流的影响。发现扫描速度在75～300mV/s范围内与UA的氧化峰电流二分之一呈良好的线性关系，线性方程为Ipa= 0.0103ν1/2+ 0.9758，表明UA在Nafion/石墨烯/纳米金复合膜电极上的电极反应为吸附控制过程。

3.3 缓冲溶液种类和酸度的选择

分别以HAc-NaAc缓冲液、Na2HPO4-KH2PO4缓冲液、硼砂缓冲液作为底液，研究了Nafion/石墨烯/纳米金复合膜修饰电极下UA的电化学性质。结果表明，在Na2HPO4-KH2PO4缓冲液中UA的峰电流较大且峰形尖锐，表明Na2HPO4-KH2PO4缓冲液具有提高UA电活性的作用。因此本实验选取Na2HPO4-KH2PO4缓冲液为底液。

在5.8～7.8范围内研究了pH值对UA氧化峰电流强弱的影响。结果发现当pH值为5.8时，出峰最明显。因此，为获得较高的峰电流，提高检测灵敏度，Na2HPO4-KH2PO4缓冲液pH值选择为5.8。

3.4 标准曲线

测定不同浓度UA的差分脉冲曲线，记录0.27 V处氧化峰电流值。结果表明氧化峰电流随UA浓度的增大而增大。不同浓度的UA对应的差分脉冲图见图3A，以浓度为横坐标，对应的氧化峰峰电流值为纵坐标绘制标准曲线(图3B)。峰电流与UA浓度在2.0×10-7～2.0×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系，线性回归方程为I(μA)= 1.4461+ 0.5571C，相关系数为R2= 0.9843，检出限(S/N=3)为1.0×10-8mol/L。

图3 不同浓度 UA的循环伏安图和UA的标准曲线

3.5 干扰实验

在pH 5.8的Na2HPO4-KH2PO4缓冲溶液中，当UA浓度为5.0 × 10-6mol/L，相对误差不超过±5%时，1000倍的Na+、K+、Al3+、Zn2+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-，800倍的葡萄糖、蔗糖、尿素、L-谷氨酸、L-赖氨酸，100倍的L抗坏血酸、草酸不干扰测定。说明该方法有较好的选择性。

3.6 实际样品的测定

取0.5 mL 尿液于 50 mL 容量瓶中，定容至刻度。将该溶液稀释 10 倍作为分析样品，按实验方法进行测定，进行加标回收实验，测定结果见表1。加标回收率为96.8～103.2%，RSD为2.7～3.3%，表明本方法可用于实际样品的测定。

表1 样品测定及回收率实验

4 结论

本实验合成了石墨烯及纳米金，制备得到Nafion/石墨烯/纳米金复合膜修饰电极，研究了尿酸在Nafion/石墨烯/纳米金复合膜修饰电极上的电化学行为，其在修饰电极上的电极反应过程受吸附过程控制，该修饰电极用于尿酸的测定，其氧化峰电流与尿酸的浓度在2.0 ×10-7～2.0×10-5mol/L 范围内呈良好的线性关系，用于实际样品的测定，加标回收率为96.8～103.2，效果良好。