（应用化学专业论文）零电位电化学检测技术——不可逆双安培法研究及应用.pdf

广西大学硕十学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 零电位电化学检测技术 不可逆双安培法研究及应用 摘要 本论文通过使用多种体系( 如两种不同电极材料、可逆电对与不可逆 电对偶合、可逆电对与可逆电对偶合) 来构建流动注射不可逆双安培体系； 并对方法的分析应用进行了研究。具体内容如下： 1 通过偶合多巴胺在铂电极上的氧化和高锰酸钾在铂电极上的还原，建 立了一个外加电压为o v 的条件下的流动注射双安培法直接测定多巴胺的 新方法。以0 0 5 m o l l 硫酸为载液，多巴胺的氧化峰电流与其浓度在0 8 1 6 0 m g l 范围内呈线性关系，检出限为0 2 m g l ，r s d 为2 8 6 ( n = 8 0m g l ， n - 1 4 ) ，进样频率为8 0 次m 。用于实际样品的测定，结果满意。 2 通过偶合盐酸氯丙嗪在铂电极上的氧化和高锰酸钾在铂电极上的还 原，建立了一个流动注射不可逆双安培法直接测定纯品或者药剂中盐酸氯 丙嗪的新方法。通过偶合两个各自独立的不可逆电化学过程建立的不可逆 双安培体系，在外加电压为0 v 的条件下，以0 0 5m o l l 硫酸为载液，盐酸 氯丙嗪的氧化峰电流与其浓度在1 0 1 0 一1 o 1 0 3m o l l 范围内呈线性关 系，检出限为2 0 1 0 6 m o l l ，r s d 为2 2 3 ( n = 2 0 1 0 4 m o l l ，n = 1 9 ) ， 进样频率为8 0 次1 1 。分别用于盐酸氯丙嗪片剂和针剂中的含量检测，结果 满意。 3 基于对乙酰氨基酚在铂电极上的催化氧化和不可逆电对的双安培检 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 测原理，通过偶合对乙酰氨基酚在铂电极上的氧化和高锰酸钾在铂电极上 的还原，建立了一个在外加电压为0 v 的条件下的流动注射不可逆双安培法 直接测定对乙酰氨基酚的体系。以0 0 5 m o l l 的硫酸为载液，该系统检测结 果的线性范围为4 0 0 1 0 击1 0 0 1 0 4m o l l ，检出限为1 0 1 0 m o l l ，r s d 为1 9 4 ( n = 4 o o l o 弓m o 儿，n = 4 0 ) 。该方法具有很高的选择性和灵敏度， 样品处理方法简单快速，适于在线分析。 4 建立了一个全新的基于不同电极的耦合电极不可逆双安培体系用于 直接测定食盐中的碘离子，本体系利用碘离子在金电极上氧化与高锰酸根 在铂电极上还原配对组成。首次使用两个不同的电极来构建不可逆双安培 体系，在外加电压为0 v 的条件下，以o 0 5 m o l l 的硫酸为载液，该系统检 测结果的线性范围为4 0 0 1 0 1 0 0 1 0 5m o l l ，检出限为3 0 1 0 。7m o l l ，r s d 为1 6 8 ( n = 4 0 0 1 0 。5m o l l ，n = 4 0 ) 。本体系可以成功的 应用于食盐中的碘离子测定。 5 通过偶合青霉胺在金电极上的氧化和高锰酸钾在铂电极上的还原， 建立了一个在外加电压为0 v 条件下的流动注射不可逆双安培法直接测定 青霉胺新方法。在本体系双安培中两种不同的电极被使用，以0 0 5m 0 1 l 硫酸为载液，盐酸氯丙嗪的氧化峰电流与其浓度在6 0 1 0 1 o 1 0 4m o l l 范围内呈线性关系，检出限为8 0 1 0 6 m o l l ，r s d 为2 8 9 ( n = 4 0 1 0 4 m o l l ，n _ 1 9 ) ，进样频率为8 0 次m 。用于青霉胺的含量检测，结果满意。 关键词：流动注射不可逆双安培法铂电极金电极盐酸多巴胺盐 酸氯丙嗪对乙酰氨基酚青霉胺 i i 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 e l e c t r o c h e m i c a ld e t e c t i o nt e c h n o l o g y a tz e r op o t e n t i a l t h es t u d yo fi r r e v e r s i b l e b i a m p e r o m e t r ya n di t sa p p l i c a t i o n a b s t r a c t i nt h i s d i s s e n a t i o n ，s e v e r a in e ww a y st oc o n s 仃u c tb i a m p e r o m e t r i cd e t e c t i o n s y s t e mh a v eb e e np m p o s e d ，s u c ha st h eu s eo ft w od i 仃e r e n te l e c t r o d e s ，t h ec o u p l e so f o n en v e r s i b i ea n do n ei r r e v e 体i b l ee i e c t m d ep m c e s sa n do ft w or e v e h i b l ee l e c t m d e p r o c e s s e s f u r t h e r m o r e ， t h ea p p l i c a t i o no ft h em e t h o dh a sb e e ni n v e s t i g a t e d t h i sd i s s e n a t i o ni n c l u d e st h ew o r l 【si nt h ef o l l o w i n ga s p e c t s 1 -as i m p i e n o w i n i e c t i o n i r r e v e 聃i b l eb i a m p e r o m e t r i cm e t h o df o r t h e d e t e r m i n a t i o no fd o p a m i n eh y d r o c h l o r i d ei n i e c t i o nh a sb e e nd e s c r i b e d t h es y s t e mc a ni n w i t h o u tt h ea p p i i c a t i o no fa ne x t e n i a lp o t e n t i a l t h eo x i d a t i o nc u r r e n to fd o p a m i n e d y d r o c h l o r i d es h o w sl i n e a rr e l a t i o n s h i pf h mo 8 肛g ，m lt o1 6 0 腭，m lw i t had e t e c t i o n l i m i to f0 2 肛2 ，m l t h er e p r o d u c i b i i i 钾o ft h em e t h o di st e s t i f i e db yar e l a t i v es t a n d a r d d e v i a t i o n ( i 乙s d ) o f2 8 6 f o r1 4r e d u p h c a t ed e t e r m i n a t i o no f8 0p g ，m ld o p a m i n e h y d r 仳h l o r i d e t h em e t h o do f f e ht h ea d v a n t a g e so fs i m p l i c i 毋，h i g he m c i e n c y ( 8 0s a m p l e s l i ) ，a n dg o o ds e l e c “t y ，a n di ss u i t a b l ef o rt h ed e t e 瑚i n a “o no fd o p a m i n eh y d m c h l o r i d e i n j e c t i o n 2 a 丑。一g i n a l ，s j m p j ea n ds 蚰s i t i v en o w i n i e c “伽i r m ，e r s j b l eb i a 埘p e r o m e t r j c m e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fc h i o r p r o m a z i n eh y d r o c h l o 订d ei np u r ef 0 珊o ri n p h a 珊a c e u t i c a ii sd e s c r i b e d t h em e t h o dd e p o n d so nt h ee i e c t r o c h e m i c a lo x i d a t i o no f c h l o r p r o m a z i n ea tap r e t i e a t e dp l a t i n u me i e c t r o d ea n dt h er e d u c t i o no fp e 珊a n g a n a t e a ta n o t h e rp i e t l e a t e dp i a t i n u me l e c t r o d e b yc o u p l i n gt h et w oi n d e p e n d e n ta n d i r r e v e 璐i b i ee l e c t i o d ep r o c e s s e s ，t h eb i a m p e r o m e t r i cd e t e c t i o ns c h e m eh a sb e e n e s t a b l i s h e d u n d e rt h ea p p l i e dp o t e n t i a ld i f f e r e n c eo f0v ，i nt h e0 0 5 m o l ，ls u l l h r i ca c i d ， c h l o i p r o m a z i n eh y d r o c h l o r i d ec a nb ed e t e 珊i n e do v e rt h er a n 2 e1 0 1 0 咚t o1 0 1 0 畸m o i l 1 w i t has a m p i i n gf r e q u e n c yo f8 0s a m p l 鹤 p e rh o u r t h ed e t e c t i o nl i m i tf o r c h i o r p r o m a z i n eh y d r o c h i o r i d ei s2 o 1 0 _ om o ll “ a n dt h er s df o r1 9r e p l i c a t e d e t e r m i 眦t i o n so f2 0 1 0 1 m o l 几c h l o r p r o m 北i n eh y d r o c h l o r i d ei s2 2 3 t h ep r o p o s e d m e t h o dw a sa p p l i e dt ol h ea n a l y s i so fc h l o r p r o m a z i n eh y d r o c h l o r i d ej nc h j o r p r o m a z i n e h y d r o c h l o r i d et a b l e t sa n di n i e c t i o n sw i t hs a t i s i h c t o i 了r e s u l t s 3 an o v e lm e t h o df o rt h ed i r e c td e t e m i n a t i o no fa c e t a m i n o p h e ni sd e v e l o p e db y i 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 n o w - i n i e c t i o ni r r e v e 倦i b i eb i a m p e r o m e t r i c t h ei r r e v e 倦i b i es y s t e mi sc o m p o s e do f d e c t l c a t a b r t i co x i d a “o no f a c e t a m i n o p h 蛐a t 伽ep l a “丑u md e c n o d ea n dt h er e d u c “蛐 o fp e m a n 2 a n a t ea ta n o t h e rp l a t i n u me i e c t r o d e t h es y s t e mc a nn i nw i t h o u tt h e a p p k c a t i o no fa ne x t e r n a lp o t e n t i a l ah n e a rr e l a t i o h s h i pi so b t a i n e df o m4 0 0 1 0 _ o 1 0 0 l o _ m o l ，lw i t had e t e c tl i m i to f1 0 0 l o _ om o l ，i 。t h er e p r o d u c 洳m 钾o ft h e m e t h o di ss h o w nb yar e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) o f1 9 4 f o r4 0r e p l i c a t e d e t e r m i n a t i o no f4 0 0 1 0 畸m o l ，l t h ep r o p o s e dm e t h o dw a sa p p l i e dt ot h e d e t e 珊i n a t i o no fa c e t a m i n o p h e ni nt h et a b l e ts a m p l ew i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s 4 an o v e ln o w i n j e c t i o ni r r w e 璐i b i eb i a m p e r o m e t r i cm e t h o di sd e s c r i b e df o rt h e d i r e c td e t e r m i n a t i o no fi o d i d e t h em e t h o di sb a s e do ne i e c n - o c h e m i c a lo x i d a t i o no f i o d i d ea tt h e2 0 l de l e c t r o d ea n dt h er e d u c t i o no fp e r m a n 2 a n a t ea tt h ep l a t i n u me l e c t r o d e t of o ma ni n 、e v e r s i b i eb i a m d e r o m e n cd e t e c t i o ns y s t e m t w od 姐f e r e n te l e c t i o d e sa r e u s e d6 i s t l yt oe s t a b h s ht h eb i a m p e r o m e t r i cs y s t e m u n d e rt h ea p p l i e dp o t e n t i a l d i 仃e r e n c eo fov 。i nt h e0 0 5m o l 几s u l f u r i ca c i d 。i o d i d ec a nb ed e t e 珊i n e do v e rt h e r a n g e4 0 0 1 0 一1 0 0 1 0 啼m o l ，lw i t has a m p i i n gf h q u e n q 7o f1 2 0s a m p i e sp e rh o u r t h e d e t e c t i o ni i m i tf o ri 。i s3 0 1 0 叫m o l ，la n dt h er s df o r4 0r e p l i c a t ed e t e r m i n a t i o n so f 4 0 x 1 0 m o l ，lp o t a s s i u mi o d i d ei s1 6 8 t h en e wm e t h o dw a sa p p h e dt ot h ea n a b s i s o fi o d i d ei nt a b l es a nw i t hs a t i s f h c t o r vr e s u n s 5 a no r i g i n a ln o w - i n j e c t i o n c o u p l i n g i r r e v e r s i b l eb i a m p e r o m e t r i cm e t h o di s d e v e l o p e df o rt h ed i r e c td e t e r m i n a t i o no fp e n i c i l l a m i n e t h em e t h o dd e p e n d so n e l e c t r o c a t a l y t i co x i d a t i o no fp e n i c i l l a m i n ea tag o l de i e c t r o d ea n dt h er e d u c t i o no f p e r m a n g a n a t ea tap l a t i n u me l e c t r o d et of o r ma ni r r e v e r s i b l eb i a m p e r o m e t r i cd e t e c t i o n s y s t e m t w om f f e n n te l e c t r o d e sa r eu s e dt oe s t a b l i s ht h eb i a m p e r o m e t r i cs y s t e mu n d e r t h ea p p l i e dp o t e n t i a ld i f 茧e r e n c eo fov ，i nt h e0 0 5m o l 几s u l f u r i ca c i d ，p e n i c n i a m i n ec a n b ed e t e r m i n e do v e rt h er a n g e6 0 0 1 0 屯1 0 0 1 0 。m o ll 1 w i t has a m p l i n gi r e q u e n c yo f 8 0s a m p l e sp e rh o u r t h ed e t e c t i o nl i m i tf o rp e n i c m a m i n ei s8 0 1 0 _ n m o ll - la n dt h e r s df o r1 9r e p i i c a t ed e t e r m i n a t i o n so f4 0 l 旷m o l 几p e n i c m a m i n ei s2 8 9 t h e p r o p o s e dm e t h o dw a sa p p l i e dt ot h ea n a l y s i so fp e n i c n l a m i n ei np e n i c i n a m i n et a b l e t s w i t hs a t i s f h c t o n rr e s u i t s k e yw o r d s ：n o wi n j e c t i o n a n a l y s i s ； i r r e v e 玮i b l e b i a m p e m m e t r y ；p l a t i n u m e l e c t r o d e ； g o me l e c t r o d e ；d o p a m i n eh y d r o c h l o r i d e ；c h l o r p r o m 觚i n eh y d r o c h i o r i d e ； a c e t a m i n o p h e n ；p e n i c i a m i n e 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 1 1 引言 第一章绪论 流动注射分析( n o wi i l j e c t i o na n a l y s i s ，f i a ) 是1 9 7 5 年由丹麦学者r l l z i c k a 和h a n s e n 提出的一项分析技术，它与其它分析技术相结合极大的推动了自动化分析和分析仪器的 发展，成为一门新兴的微量、高速和自动化分析技术【l 埘。 电化学分析( e l e c 的a i l a l y t i c a lc h e m i g 时) 是仪器分析的一个重要组成部分，它是根据 溶液或其它介质中物质的电化学性质及其变化规律，并以电导、电位、电流和电量等参 数与被测物组成、浓度的关系为计量基础来进行分析的一种方法口】。 电化学检测与f n 的联用技术在f i a 发展初期就被r u z i c k a 等人提出。由于电化学 检测方法流路简单，价格低廉，选择性好，因此在f i a 的研究和应用中占有重要的地位。 f i a 中的电化学检测按原理分为两大类：第一类是基于两相之间的电荷转移来检测， 包括最常见的电位法、伏安法、库伦法等。第二类是基于测量溶液中的电化学性质来检 测，如电导检测。其中电位法、安培法和电导法，以及酶电极均是常用的与流动注射联 用的电化学检测方法，下面结合近几年的文献对国内外的研究概况作一简单的评述。 1 2 流动注射- 电化学联用技术分类 1 2 1 流动注射电位分析法( 聊o wb i j e c t i p o t e n t i o m e t r y ) f i 电位分析法主要是以离子选择性电极( i s e ) 作为检测器。离子选择性电极具有选 择性好，结构简单，响应时间短，线性范围比较大，以及噪音低，电信号测量方便等优 点。其基本原理是借助敏感膜对某种特定的离子产生选择性响应。将膜制成一定形式的 流通式检测器，当试液以极微量的体积和较高的流速流经电极敏感膜表面时，在膜与试 液之间将进行电荷交换并建立一定的电极电位。该膜的电极电位符合能斯特定律： e = e o 士r t l n m n f 其中：a 。是溶液中离子的活度，n 为离子价数，e o 为敏感膜的标准电极电位，r 、t 和f 分别是气体常数，绝对温度和法拉第常数。式中+ 用于阳离子，用于阴离子【4 】。 在f i a 方法中，由于流体力学因素的作用，电位检测方法的响应速度和重现性都比 一般电位法好。f i 电位分析法因采用对待测物质选择性很高的检测方法，如离子选择性 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 电极，而且一般可以直接检测，故不需要再注入试剂，单道低分散流路是最常用的流路。 常用的电位检测器按其原理可分为固膜电极，液膜电极和气敏电极等。 杨俊，邵国泉【5 1 以聚苯胺修饰的石墨管电极为基体电极，管内涂渍以硅钨酸为活性物 质的聚氯乙烯口v c ) 膜，构成双膜流通式尼古丁电极，建立了流动注射电位法测定尼古丁 的新方法，探讨了实验的最佳条件，用磷酸二氢钠一磷酸氢二钠缓冲溶液合并 1 o lo 5 m o l l 的尼古丁标准溶液作载液，对1 o 1 0 4 一1 0 l o 。1 m o l l 的尼古丁溶液有良好 线性响应，相关系数0 9 9 8 5 。该方法简便、选择性好、进样快。杨俊，冯根新【6 l 通过研制 双膜流通式烟碱电极，建立了流动注射电位法测定烟碱的新方法。用磷酸二氢钠一磷酸 氢二钠缓冲溶液合并1 o l o 5 m o l l 的烟碱标准溶液作载液，对1 0 1 0 4 1 o 1 0 。1 m o l l 的烟 碱溶液有良好线性响应，相关系数0 9 9 8 5 。该方法简便、选择性好，进样频率为8 0 样m i n 。 h 硒s a n k 和m o j t a b a s 【7 1 用外表涂上石墨离子的选择性电极测量p b 2 + ，检出限低，精密度 高( r s d = 0 4 9 ) ，测量线性范围宽( 1 0 - 6 1 0 - 1m o l l ) ，进样频率为1 7 0 样l l 。 1 2 2 流动注射安培分析法( n o w 血j t i o na m p e m m e t r y ) 电化学分析中的安培法因仪器简单、灵敏度高、易于微型化和智能化等优点，在流 动注射【8 - 1 ”、微流控芯片1 1 2 “】、毛细管电泳1 4 ，5 1 、液相色谱【1 6 ，1 7 】等流动体系以及传感器 【1 8 之0 1 中受到重视，应用前景广阔。 流动注射安培分析法的原理是在电化学池中的工作电极和辅助电极之间加一定的 电位差，利用待测物在电极上进行氧化还原反应，记录与待测物的量有关的电流信号进 行测量分析。因为f i a 一般需要检测连续信号，采用安培法检测比较方便，因其对仪器 要求低，灵敏度高，比伏安法更适应于流动体系，所以在f i a 中得到较广泛的应用。 m u i l e r 【2 “、d r a k e 【2 2 】和k - e m u l a 【2 3 】首先将安培检测应用于流动体系，它们使用密封在玻璃 管中的微铂电极，建立了载液中待测电活性物质浓度与极限电流的线性关系口”。 流动注射安培法中，最常用的检测方法有恒电位法( d c ) 、常规脉冲法( n p ) 和差分脉 冲法( d p ) 。 在电极选择方面，由于流动检测要求较快的电极响应速度、较高的电极机械强度和 较好的电极稳定性，因而在流动注射安培法中提高电极反应的响应速度和选择性成为改 善检测性能的主要目的，选择合适的指示电极材料对高性能的安培检测器至关重要。主 要电极有滴汞电极( d m e ) 【2 4 l ；铂【2 5 】、金【2 6 1 、银【2 7 】、铜【2 8 也9 】等金属电极；碳基质电极【3 0 3 1 】； 化学修饰电极【3 2 。3 5 1 。 参比电极一般采用饱和甘汞电极( s c e ) 或a 啦g c l 电极。辅助电极，一般是铂或其 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 它贵金属。 电解池的设计是与电极材料相辅相成的。电解池必须具有最小的有效体积，最优化 的流体动力学参数，提高灵敏度和信噪比( s 瓜) 比；最小的i r 降。电解池体壳一般为不导 电材料，常用为氟塑料k e l f ( 易成形，不亲水，有一定的化学惰性，对有机溶剂有吸附) ； 也可用填充玻璃的聚四氟乙烯( g f t ) 。电解池主要可分为三种类型【3 6 瑚l ：( 1 ) 薄层池式， ( 2 ) 喷壁流式，( 3 ) 管式。 郭延红，张理平【3 9 l 流动注射安培法快速测定食盐中碘报道了在酸性溶液中，1 0 3 一 可被过量的i 还原，把溶解于蒸馏水中的食盐样品( 3 0 p 1 ) 注入p h 为1 的 0 1 m o l i n a c l + 1 1 0 1m o l l 载液中，以自行研制的喷壁玻碳电极作为工作电极，电位 为+ o 2 v ( v s s c e ) 。该系统和反向( 注入k d 系统的线性范围均为1 l o 。6 一l 1 0 4m o l l ， 检出限为5 l o 。7m o l l 相对标准偏差r s d 为o 8 ( n - 3 7 ) 样品测定的回收率为9 7 6 一 1 0 4 ，进样频率为9 0 样h 。j a r o o nj 和k a t eg 【4 0 】用流动注射安培法快速测定碘酸盐中 的碘。他们起用一个循环系统在石墨电极上涂碘化物，利用碘化物和碘的反应转化为检 测反应，该检测系统是由一个单通道流路和无脉冲的试样注入器组成。使用1 o ( w v ) n a c l ，0 0 2 ( w v ) k i 和0 1m o l lh c l 的溶液试剂进行检测，试剂进样量为2m l i n i n ， 检测速度达到3 5 次m i n 。f e m a n d e z a b e d u l ，m 和t e r e s a a1 4 l 】利用流动注射安培法测 量样品中的可卡因的含量，利用a 舭g c l 为参比电极，2 5m m n i n 的进样量。在1 7 标准试样中测量，其偏差为6 2 l o - 6 检出限为2 1 0 一1 0 _ 5m o 儿。 1 2 3 流动注射电导分析法饵l o wi n j e c t i c o d u c t o m e t r y ) 流动注射电导分析法由于是非选择性的，而且灵敏度低，噪音高和受温度影响大， 主要用于检测水的纯度、大气中的有害气体( 如s 0 2 、c 0 2 、h c l 、和h f ) 。目前有关流 动注射电导分析的应用还很有限。近年来的代表文献有王凯雄，许利君，姚铭，朱岩【4 2 】以 h 2 s 0 3 与h 2 0 2 反应生成h 2 s 0 4 产生的电导变化与h 2 0 2 的量呈线性关系为理论依据，根据 流动注射原理将现有离子色谱仪进行改装成流动注射仪测定过氧化氢。此方法有很好的 重现性，8 次进样所得相对标准偏差小于2 6 ，所得结果稳定，其检测下限为0 5m m o l l ， 标准曲线的相关系数达到0 9 9 9 5 。该实验对某些分析条件，诸如h 2 s 0 3 的浓度和流速、 样品用量及反应管长度等因素进行了探讨。由于实际样品中存在不同离子而具有不同背 景电导，因而在测定实际样品时采用经过过氧化氢酶处理的样品作空白，以此消除背景 电导的干扰。是一种比较理想的过氧化氢监测方法。 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 1 2 4 流动注射酶电极分析法 n 巧m ee i e c t m d en o wi n j e c t i o na 蚰l y z es y s t e m ，e f i a ) 电化学酶传感器，也称酶电极( e n z ) ，m ee l e c 仃o d e ) h 3 朋】，发展历史已有4 0 余年。1 9 6 2 年美国的c l a r k 教授在纽约科学院年会上报告了一种三明治夹膜式装置1 4 5 1 ，他将一片葡 萄糖氧化酶膜固定在二张塑料透析膜之间，然后一同安装在一个氧电极上定量测试葡萄 糖获得成功，教授称之为“酶电极”。它是近年来生物传感器领域中研究最多的且最灵敏 的一种类型它基于酶化学反应和异相电子转移反应，在恒定电位的条件下，电流随反应 过程有一定的响_ 应【删。其结构为由固定化酶膜与电化学电极复合而成。即酶膜帖紧电极 敏感面，通常在酶膜外加装一层微孔保护膜，作用是保护酶膜，限制试样中底物的传质。 酶电极结构如下图： 基础固定保 电极 化酶护 膜膜 酶电极工作原理为：电极浸入试样溶液中，底物经微孔膜扩散至酶层，在酶催化作用下发 生反应，反应中消耗和生成的电活性物质在电极上产生响应。根据基础电极响应机理的 不同，酶电极可分为电位测量法酶电极和电流测量法酶电极。电位测量法基础电极多为 离子选择性电极或气敏电极，如p h 电极、氨气敏电极、c 0 2 气敏电极等，电极输出电 位信号，信号与待测物之间服从能斯特定律。电流测量法基础电极多为氧电极或铂电极、 玻璃碳电极、化学修饰电极等，输出信号为在一定电压下，电活性物质在电极表面的氧 化或还原电流信号，其大小直接与待测浓度呈线性关系。酶电极分析法的主要特点是特 异，灵敏，快捷，简单，价廉。f i 与酶电极联用系统中，以夹带的试样间歇通过传感器， 而非将传感器长时间浸于试样中因此减少了试样基体组分对酶膜的毒化和干扰。可改善 其抗干扰能力，工作寿命等，提高适用性和可靠性有利于其在线检测。 8 0 年代初，开始出现流动注射分析与酶传感器联用的报道m ，黄振芳，何亚明【4 引， 将抗生素激活的酪氨酸酶玻碳电极与f i 技术相结合，在所选f i 体系的参数下，电极测 标样的线性范围为1 0 0 1 0 1 o o 1 0 4m o l l ，测量范围不小于5 o o 1 0 6 1 0 0 1 0 4 m o l 几， 在此范围内r s d l l 8 ，i 迮 2 4 ( n = 6 ) 。测定某焦化厂含酚废水稀释样( c 目= 4 4 9 1 0 6 m o l l ) 得r s d = 2 8 ，加标回收率为9 8 4 1 0 0 9 。连续7 小时测定的初步结 果表明，前4 小时无明显的衰减，其r s d = 3 o ，后3 小时的总衰减率为1 3 4 。曲 红波，张先恩【4 9 】利用聚乙烯醇( p v a ) 包埋法共固定糖化酶和葡萄糖氧化酶( g o d ) 制成酶 膜，与氧电极结合成为复合酶电极，该电极可以用于流动注射分析系统中测定溶液中麦 4 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 芽糖，对酶电极的p h 效应和温度效应作了研究。酶电极的线性范围为o 5 3 5m m o l l 。 响应周期小于2 m i n ，变异系数( c v ) 为1 8 。在半连续使用状态下，酶电极可以使用l o 天以上，糖化酶保持活力为6 0 ，并对延长酶电极寿命和克服共存葡萄糖干扰的方法作 了探讨。叶帮策，谢幸珠【5 0 铡用铂化电极的大表面吸附葡萄糖氧化酶( 简称g o d ) 构建了 一种具有良好操作性能的微酶电极，在0 1 0 mm o l l 葡萄糖浓度具有很好线性，相关系 数t = o 9 9 8 ，响应时间短( q os ) ，精度高。利用该电极组成三电极流动注射分析系统， 该系统同样有较好的线性范围，分析频率为4 5 次m ，使用寿命在一周以上。t 喇a n o 、i c z l 5 】 等将酪氨酸酶固定于铂电极上制成了多膜安培生物传感器，并用于对苯二酚、邻苯二酚、 间甲苯酚的混合物的测定。r a l u c a i o a n as t e 最m 【5 2 】等基于顺序注射分析一安培生物传感器 的原理建立了对映体纯度测试的自动化体系。该体系全部实行计算机化，适用于在线监 测s c a p t o p r i l ( 巯甲丙脯氨酸) ，检出限为1 6 衄o l l 。m a l e 【5 3 】等采用含葡萄糖氧化酶膜的 双玻璃碳电极为工作电极，a 班g c l n a c l ( 3m o l l ) 为参比电极，一个不锈钢辅助电极对 五氯苯酚( p c n 的电化学检测体系进行了优化，该体系对p c p 的检出限达到了1 0 姗o l 几，响应快。 1 2 5 流动注射不可逆双安培分析法( f l o wi n j t i o n - i r r e v e r s i b l eb i a m p e r o m e t r y ) 基于死停终点指示原理的双安培法由f o u l k 和b a w d e n 最早提出【”j 。与安培法使用一 支指示电极不同，双安培法使用两支相同的惰性指示电极，外加一个1 0 2 0 0m v 的小电 压，两电极间电流的变化是检测的对象。当溶液中同时存在可在两电极上进行氧化还原 的电极反应物时，回路就会有电流流动。这种方法非常适合于可逆体系或准可逆体系当 氧化态和还原态共存的情况，当其中一种电极反应物的浓度足够大时，回路电流与另一 电极反应物的浓度在一定范围内呈正比关系。与其它电化学检测方法相比，双安培法具 有以下突出特点：1 仪器设备、操作条件以及检测器的构造都特别简单，易于实现自动 化、微型化和现场检测。2 方法灵敏度较高。3 有很高的选择性和信噪比，甚至可在 有其它更易氧化或还原的物质共存时实现对待测物的检测【5 ”。 目前，双安培法的应用可分为非流动体系和流动体系。非流动体系中，双安培法被 广泛应用于滴定分析中的终点指示1 5 6 ，5 7 1 和电生滴定剂的滴定中。流动体系主要是双安培 法在流动注射分析1 5 8 ，5 9 】和液相色谱分析中的应用【删。 l i n g a i l e 曾指出【6 1 】，双安培检测的灵敏度主要取决于给定可逆电对的电化学特性。 在已有双安培检测中，1 2 仃。电对应用最广。其它的可逆电对，包括 b r 2 ，b f ，f e ( i i i ) f e ( i i ) ，f e ( c n ) 6 3 仃e ( c n ) ，c e ( ) ，c e ( i i i ) ，n ( i v ) 仍( i ) ，v 0 3 0 2 + ，醌氢醌f 6 2 】 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 等也用于双安培检测。c u ( i i ) c u ( i ) 电对在非水介质中为可逆过程，也被用于双安培滴定 1 6 3 1 。金属银的氧化和银离子的还原也是可逆的过程，由它们构成的体系已被用于银离子 的检测【6 4 1 。a 撕y a t 和c h r i s t i a i l 使用两支碳管电极，以f e ( c n ) 6 3 仆e ( c n ) 6 4 。为指示电对，将 双安培法用于乙醇、乳酸和甘油的检测【6 5 1 。 双安培法中常用电极为丝状或片状铂电极，也有使用石墨电极的报道1 6 6 1 。增大电极 面积可以增加电流，但同时伴随着背景电流的增加，引起信噪比损失。s a c c h 咖等人在 双安培检测亚硝胺中，对玻碳、铂和金电极进行了考察，发现金电极比铂电极有更小的 背景电流1 6 7 j 。 双安培法应用于流动注射分析，根据分析对象和电极反应，大体上可分为两种模式： 直接检测和间接检测。直接检测模式中，载液中同时含有待测物的氧化态和还原态，当 载液通过两电极表面时，就会得到与浓度有关的电流，其大小由氧化态与还原态中浓度 较小的一个决定，并在一定范围内与浓度里线性关系。在这种模式中，如果其它物质要 产生干扰电流，就必须作为待测物的相反态，而且要能在所加很小的电位范围内电解， 因此这种方法通常有较高的选择性。增加两电极间电位差，可改善被测体系可逆程度， 从而提高灵敏度，扩大线性动力学范围，但同时会引起选择性的降低。t o u g a s 【6 8 】基于在 盐酸介质中，f e ( i i ) f e ( i i i ) 电对在铂电极上良好的可逆性，用双安培法在多种维生素片 剂中直接测定了f e ( i i ) 。虽然，抗坏血酸比f e ( i i ) 更容易氧化，但大量抗坏血酸不干扰测 定。 可逆体系双安培法在流动注射分析中得到广泛的应用，应用范围涉及医药、生化、 环境、工业等诸多领域。双安培直接检测选择性高，但其应用对象有限，目前大部分使 用间接双安培法。然而，正如1 _ m ! j a n o 、i c z 指出的6 9 m l ，间接双安培检测的选择性有限。 这种检测模式的选择性主要取决于均相氧化还原反应的特异性。实际应用于双安培法检 测的可逆电对指示体系只有f e ( i i i ) f e ( i i ) 、f e ( c n ) 6 3 。f e ( c n ) 6 2 。、i 挪。、b r 2 b r 、v 0 3 w 0 2 。 等少数几种。其原因可能有，如氧化态或还原态一方不稳定而不能同时共存，氧化还原 电位过高或过低等，这限制了方法的应用范围。对广泛存在的、占大多数的不可逆电对， 似乎是双安培法不可逾越的禁区。因此，在充分发挥可逆双安培法简单、信噪比高、选 择性高的优势前提下，研究可直接偶合任意两电对体系的双安培检测技术与方法，对扩 展双安培法的应用范围有重要意义。 不可逆双安培法【7 3 刁q 是通过偶合两个各自独立的、具有相反电极反应过程的不可逆 的电对来构建双安培体系。在恒定的外加电压下，两电极同时被极化，阴、阳极电流分 6 广西大学硕士学位论文零电位电化学检测技术不可逆双安培法研究及应用 别与各自的电极反应物浓度呈正比关系，但回路电流的大小和方向由阴、阳极电流中较 小的一个决定，当其中一个电极反应物浓度较大且稳定时，就可在一定范围内获得回路 电流与另一电极反应物浓度的线性关系。该方法被称为不可逆双安培法。根据不可逆双 安培法的基本原理，理论上，任何待测物，无论是氧化或是还原，不管其电位高或低， 正或负，都可以通过选择电位相近的电极过程相反的另一个不可逆电对，来构建用于分 析物的不可逆双安培体系。当然，所选的物质可以是原体系中的，也可以是另外加入的。 不可逆双安培法不仅继承了可逆双安培的高灵敏度、高信噪比的优点，而且还拓宽 了可逆双安培法的应用范围。另外，该方法可在非常小的外加电压( e ) 下，甚至0v ， 实现对分析物的检测。由于外加电压很小，所以检测过程中的背景电流较小，该方法有 高的灵敏度和信噪比。 以前，不可逆双安培