L-色氨酸在金纳米粒子修饰电极上的电化学行为及其分析研究.pdfVIP

第 11 期欧阳振中 等 银纳米粒子共振光散射光谱法测定痕量 CTMAB 第 26 卷第 11 期 2014 年 11 月 化 学 研 究 与 应 用 Chemical Research and Application Vol 26 No 11 Nov 2014 文章编号 1004 1656 2014 11 1775 04 L 色氨酸在金纳米粒子修饰电极上的电化 学行为及其分析研究 范建凤 宋殿梅 罗雪梅 李灵星 忻州师范学院化学系 山西 忻州 034000 摘要 制备了金纳米粒子修饰玻碳电极 Au GCE 用循环伏安法研究 L 色氨酸 L Trp 在修饰电极上的电化 学行为 以及支持电解质 溶液 pH 扫描速率等对 L Trp 伏安响应的影响 实验表明 在 pH 3 5 的 HAc NaAc 支持电解质中 L Trp 在 Au GCE 上有一灵敏的氧化峰 Epa 0 93 氧化峰电流与 L Trp 浓度在 5 0 10 7 1 0 10 4mol L 1范围内呈良好的线性关系 相关系数为 0 9990 检出限 1 6 10 7mol L 1 测得 L Trp 样品平均回收率为 98 关键词 L 色氨酸 金纳米粒子 电化学行为 中图分类号 O657 1 文献标志码 A Electrochemical behavior and analysis of L tryptophan on the Au nanoparticle modified glassy carbon electrode FAN Jian feng SUN Dian mei LUO Xue mei LI Ling xing Department of Chemistry Xinzhou Teachers University Xinzhou 034000 China Abstract Electrochemical behavior of L Trp on gold Nanoparticles modified glassy carbon electrode GCE was investigated by cy clic voltammetry CV Effect of different buffer solution pH value and scanning rate on electrode performance was investigated Re sults show that L Trp has an irreversible oxidation peak at 0 93V vs SCE in HAc NaAc buffer solution The peak current at Au GCE is much higher than that at bare GCE Furthermore the proposed sensor shows a rapid and highly sensitive linear response to L Trp in range of 5 0 10 7 1 0 10 4mol L 1with a detection limit of 1 6 10 7mol L 1 relative coefficient 0 9990 and a re covery of 98 Key words L Trytophan gold nanoparticles electrochemical behavior L 色氨酸 Trytophan Trp 又名氨基吲哚基丙 酸 是人体八种必须氨基酸之一 自身不能合成 必须由外界供给 即必须从食物中摄取 以满足人 体代谢需要 对人和动物的生长发育 新陈代谢起 着重要的作用 并且广泛用于食品添加剂 精神分 裂症治疗等方面 1 静脉注射 L 色氨酸制剂后可 使癌症患者精神得到改善 同时也可以使严重的 帕金森氏症患者出现的情感障碍 精神错乱 幻觉 等症状得到缓解 2 对色氨酸分析测试文献报道 的主要测定方法有高效液相色谱法 3 荧光光谱 收稿日期 2014 03 11 修回日期 2014 05 08 基金项目 山西省高等学校科技创新项目 20121023 资助 忻州师范学院大学生科技创新基金项目 院政字 2013 38 号 资助 忻州师范 学院化学化工创新实践基地项目资助 联系人简介 范建凤 1965 女 教授 主要从事纳米材料的制备及性能研究 E mail fjf3034832 126 com 化 学 研 究 与 应 用第 26 卷 法 4 原子吸收光谱法 5 毛细管电泳分析法 分 光光度法 6 等 这些方法大都使用大型仪器 费 用较高 且常需衍生化处理才能检测 在此过程中 易引入杂质污染样品 或可能引起样品中某些成 分分解 而色氨酸具有一定的电化学活性 采用 电分析方法直接检测色氨酸是较理想的选择 目 前已有一些相关的报道 7 9 由于金纳米粒子具有独特的光学及电学性 质 在化学 生物 医学和其他跨学科领域的应用 方面越来越受到人们的重视 10 也适用于传感器 的构建中 11 12 本文制备了金纳米粒子 玻碳自组装电极 Au GCE 研究了其对 L Trp 的电催化作用 Au GCE 的检出限低 选择性好 建立了用该电极简 便 快速 灵敏地测定溶液中 L 色氨酸的一种电化 学方法 1 实验部分 1 1 仪器与试剂 EC500 电化学工作站 武汉高仕睿联科技有 限公司 KQ3200DB 型数控超声波清洗器 昆山 市超声仪器有限公司 PHS 3B 型精密 PH 计 上 海精密科学仪器有限公司 FA2004N 电子天平 上海菁海仪器有限公司 柠檬酸钠 氯金酸 HAuCl4 无水乙醇 丙酮 醋酸 醋酸钠 以上试剂均为分析纯 L 色氨酸 生化试剂 简称 L Trp 实验用水为超纯水 1 2 实验方法 1 2 1 金纳米粒子的制备 在装有回流冷凝管 的 100 mL 两颈圆底烧瓶中加入 10 mL 0 1 的柠 檬酸钠溶液 磁力搅拌下加热至沸腾 然后将 1 0 mL 8 7 mmol 的 HAuCl4快速加入溶液中 溶液的 颜色逐渐由紫黑色变为酒红色 煮沸搅拌 1h 后撤 去热源 搅拌下自然冷却至室温 13 1 2 2 金纳米粒子修饰电极的制备 将玻碳电 极用 Al2O3悬浊液抛光成镜面 依次用二次蒸馏 水 丙酮 无水乙醇超声清洗备用 在 1 0 mol L 1 的 H2SO4溶液中 以 100 mV s 1的扫描速率经循 环伏安扫描 0 2 1 4V 直至得到稳定的循环 伏安曲线 将电极活化 用微量注射器取 10 L 已制备好的金胶滴于活化后的玻碳电极表面 自 然晾干 即得金纳米粒子修饰电极 Au GCE 1 2 3 电化学性能测试 分别以 Au GCE 及裸 GCE 为工作电极 Pt 柱为对电极 饱和甘汞电极 SCE 为参比电极 组成三电极体系 电解液为含 有一定浓度 L Trp 的电解质溶液 在 0 3 1 2 V 电位范围内进行伏安扫描 记录扫描曲线 每次 测定后将电极在空白底液中扫描至曲线稳定 恢 复电极活性 所有实验均在室温下完成 2 结果与讨论 2 1 L Trp 在 Au GCE 上的电化学行为 用循环伏安法研究了 Au GCE 和裸 GCE 在 1 0 10 4mol L 1L Trp pH 3 5 的 HAc NaAc 溶 液中的电化学行为 其伏安曲线如图 1 所示 L Trp 在两种电极上的电化学行为都为不可逆氧化 过程 在 Au GCE 上氧化峰电位为 0 93 V 而裸 GCE 氧化峰电位为 0 97 V Au GCE 氧化峰电位 明显负移 与裸 GCE 相比 L Trp 在 Au GCE 上 的氧化峰电流显著增加 且峰形尖锐 说明 Au 纳 米粒子的存在改善了电极氧化反应中电子转移过 程 增加了 L Trp 与电极之间的电子传递速率 Au GCE 对 L Trp 有良好的电化学响应 图 1 L Trp 在不同电极上的 CV 图 Fig 1 Cyclic voltammograms of L Trp at different electrodes 1 Au GCE 2 bare GCE 扫描速率 200 mV s 1 2 2 最佳实验条件的选择 2 2 1 支持电解质和溶液 pH 的影响 分别以 0 1 mol L 1NH3 NH4Cl HAc NaAc H3PO4 HCl KCl NaNO3 H2SO4和 NaH2PO4 Na2HPO4为支持 电解质溶液 讨论了不同电解质溶液对 L Trp 电化 学行为的影响 结果显示 L Trp 在 HAc NaAc 支 6771 第 11 期范建凤 等 L 色氨酸在金纳米粒子修饰电极上的电化学行为及其分析研究 持电解质溶液中峰电流最强 氧化峰型最好 背景 电流低 也最稳定 所以选择 HAc NaAc 作为支持 电解质溶液 固定 L Trp 浓度为 1 0 10 4mol L 1 在 HAc NaAc 缓冲溶液中 pH 2 0 7 0 范围内探讨了溶 液 pH 对 L Trp 电化学响应的影响 结果表明 当 pH 3 5 时 响应电流最强 因此选择 pH 3 5 的 HAc NaAc 溶液作为最佳实验条件 2 2 2 扫速的影响 在较宽的扫速范围内 用循 环伏安法研究了 L Trp 的峰电流 峰电位随扫描速 率的变化关系 如图 2 所示 随着扫速的增加氧 化峰电位正移 氧化峰电流增大 在100 400 mV s 1范围内 氧化峰电流与扫速呈良好的线性关 系 线性方程为 ipa 0 0173v 5 4218 ipa A v mV s 1 r 0 9994 这表明 L Trp 在该修饰电极 上的氧化过程呈现吸附控制特征 结果显示 扫 速过低时 L Trp 的电化学响应较小 当扫速过高 时 峰形变宽 且不利于峰电流的测定 综合考虑 其他因素 选择扫速 200 mV s 1 图 2 L Trp 在 Au GCE 上不同扫速下的 CV 图 Fig 2 Cyclic voltammograms of L Trp at Au GCE with various scan rates 扫描速率 1 7 100 150 200 250 300 350 400 mV s 1 2 3 方法的线性范围 重现性和稳定性 在最佳实验条件下 用循环伏安法测定了 L Trp 浓度对氧化峰电流的影响 如图 3 所示 由图 可看出 L Trp 氧化峰电流与其浓度在 5 10 7 1 0 10 4mol L 1范围内呈良好的线性关系 线性 方程为 ipa 35 068c 2 6868 ipa A c mmol L 1 r 0 9990 检出限 1 6 10 7mol L 1 金胶在玻碳电极表面形成均匀稳定的薄膜 有很强的附着能力 在最佳的实验条件下 将 Au GCE 置于空白底液中循环扫描 10 圈后 平行 测定 5 份 1 0 10 4mol L 1L Trp 溶液 峰电流测 定 结 果 依 次 为 7 155 7 110 6 995 7 093 6 828 A 其相对标准偏差为 1 8 电极常温避 光保存 3 天 再按原来的步骤重新检测后发现 该 电极对 L Trp 的伏安响应基本不变 由此可看出 Au GCE 具有良好的稳定性和重现性 图 3 峰电流与浓度关系图 Fig 3 The relationship between peak currents and concentrations 2 4 常见干扰物质的影响 对浓度为 1 0 10 4mol L 1的 L Trp 溶液进行 测定 考察了一些常见物质对电极的影响 结果 表明 5 倍于 L Trp 浓度的 L 丝氨酸 等量的多巴 胺与 Vc 10 倍的葡萄糖以及 50 倍的 K Cl SO42 在允许测定误差内不干扰实验 由此可见 在最佳实验条件下 Au GCE 只对 L Trp 有电化学 响应 2 5 样品分析 配制浓度为 1 1 10 4 1 0 10 4 7 0 10 5 8 0 10 5 9 0 10 5mol L 1的 L Trp 模拟样品 在 最佳实验条件下 分别向上述样品中加入 2 0 10 5mol L 1L Trp 标准溶液 做回收实验 L Trp 回 收率在 95 0 105 0 之间 平均回收率为 98 0 由此可见该方法可满足常规分析要求 实验结果见表 1 表 1 L 色氨酸的加标回收实验 Table 1 Recovery test of L Tryptophan 原始量 mol L 1 加入量 mol L 1 测得量 mol L 1 回收率 1 10 10 42 00 10 51 31 10 4105 00 1 00 10 42 00 10 51 19 10 495 00 7 00 10 52 00 10 58 97 10 598 50 8 00 10 52 00 10 59 91 10 595 50 9 00 10 52 00 10 510 92 10 596 00 7771 化 学 研 究 与 应 用第 26 卷 参考文献 1 徐雯 李晓 张卫英 等 L 色氨酸分子印迹传感器敏感 膜的制备与性能 J 高等化学学报 2012 10 33 2199 2304 2 蔡卓 莫丽君 卢登峰 等 色氨酸在普鲁士蓝修饰玻碳 电极上的电化学行为研究 J 分析测试学报 2010 29 11 1132 1136 3 屠春燕 赵珺 葛佳露 等 新型衍生试剂柱前衍生氨基 酸的高效液相色谱分析 J 分析测试学报 2008 27 7 681 685 4 魏永锋 马冬梅 赵琼 比值导数荧光光谱法同时测定 色氨酸和 5 羟基色氨酸 J 分析试验室 2006 25 9 75 77 5 胡宝祥 杨未 刘文涵 等 原子吸收光谱间接测定色氨 酸的研究 J 光谱实验室 2006 23 6 1307 1310 6 孙衍华 杨景芝 周杰 等 阻抑速差催化光度法测定痕 量色氨酸和酪氨酸 J 分析化学 2004 32 8 1067 1069 7 Ensafi A A Hajian R Determination of Tryptophan and histidine by adsorptive cathodic stripping voltammetry u sing h point standard addition method J Anal Chim Ac ta 2006 580 236 243 8 Wu F H Zhao G C Wei X W et al Electrocatalysis of tryptophan at multi walled carbon nanotu