多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究毕业论文.doc

多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的 电化学行为的研究毕业论文电化学行为的研究毕业论文 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 1 综 述 1 1 1 课题研究的实验原理简介 1 1 1 1 循环扫描伏安法 Cyclic Voltammetry 1 1 1 2 线性扫描伏安法 Linear Sweep Voltammetry 2 1 2 修饰碳糊电极 3 1 2 1 碳糊电极 3 1 2 2 化学修饰电极 4 1 3 多巴胺 Dopamine DA 与溴甲酚绿 Bromocresol green BG 的研究状况 5 1 3 1 DA 的性质简介 5 1 3 2 DA 与酸度的关系及原理 6 1 3 3 溴甲酚绿 BG 的性质简介 6 1 3 4 导电性聚合膜的研究 8 1 3 5 DA 的测定 8 1 3 6 DA 的研究现状 8 1 4 课题的意义和目的 9 1 5 本课题的创新点及难点 9 2 实验部分 11 2 2 实验方法与药品 11 2 2 1 仪器及试剂 11 2 2 2 溴甲酚绿 BG 溶液的配制 11 2 2 3 碳糊电极 CPE 的制备 11 2 2 4 聚溴甲酚绿修饰电极的制备方法 11 2 2 5 多巴胺 DA 电化学行为测定的实验方法 12 2 2 6 实验方法 12 2 3 实验内容 12 2 3 1 电化学行为的研究 12 2 3 2 支持电解液的选择 12 I I 2 3 3 溴甲酚绿在碳糊电极上的电化学聚合 12 2 3 4 缓冲溶液种类及 pH 的确定 13 2 3 5 扫速的选择 13 2 3 6 线性关系和重现性 13 2 3 7 干扰实验 13 3 结果与讨论 14 3 1 电化学行为的研究 14 3 2 支持电解液的选择 15 3 3 溴甲酚绿在碳糊电极上的电化学聚合 15 3 3 1 初始电位的选择 15 3 3 2 聚合圈数的选择 16 3 4 缓冲溶液种类及PH 的确定 17 3 4 1 多巴胺测定时缓冲液种类的选择 17 3 6 扫速的选择 21 3 7 线性关系和重现性 23 3 7 1 线性关系 23 3 7 2 重现性 24 3 8 DA 在 PBG CPE 上测定 24 3 9 干扰实验 25 4 实验结论 26 致 谢 27 参 考 文 献 28 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究1 1 综 述 1 1 课题研究的实验原理简介 1 1 1 循环扫描伏安法 Cyclic Voltammetry 伏安分析法是在一定电位下测量体系的电流 得到伏安特性曲线 根据伏 安特性曲线进行定性定量分析 所加电位称为激励信号 如果电位激励信号为 线性电位激励 所获得的电流响应与电位的关系称为线性伏安扫描 如果电位 激励信号如图 1 1 那样的三角波激励信号 所获得的电流响应与电位激励信号 的关系称为循环伏安扫描 正向扫描时 电位从 E1扫到 E2 即从 0 2 扫到 0 2 V vs SCE 电位辐值为 0 4 V 反扫时电位从 E2扫到 E1 从 0 2 到 0 2 V vs SCE Epc Epa分别为阴极峰值电位与阳极峰值电位 ipc ipa分别为阴极峰值电 流与阳极峰值电流 这里 P 代表峰值 a 代表阳极 c 代表阴极 循环伏安扫描 时的电位范围确定的基本要求是建立在对背景 电化学窗口 扫描的基础上的 图 1 2 图 1 1 三角波电位扫描曲线 图 1 2 循环伏安法电流 电位扫描曲线 1 可逆体系下的循环伏安扫描 Fe CN 63 与 Fe CN 62 是典型可逆的氧化还原体系 图 1 2 是 Fe CN 63 在 金电极上典型的循环伏安扫描曲线 电位激励信号为三角波信号 E1 与 E2 分 别为 0 8 1 2 V vs SCE 电位辐值为 1 0 V Epc Epc 分别为阴极峰值电位与 阳极峰值电位 ipc ipa 分别为阴极峰值电流与阳极峰值电流 确定峰值电流 的方法可以采用切线法 陕西科技大学毕业论文2 正扫时 向左的扫描 为阴极扫描 Fe CN 63 e Fe CN 62 1 1 反扫时 向右的扫描 为阳极扫描 Fe CN 62 e Fe CN 63 1 2 在该电极体系中 式 1 1 与式 1 2 还原与氧化过程中的电荷转移的速率 很快 电极过程可逆 这可以从伏安图中还原峰值电位与氧化峰值电位之间的 距离得到判断 一般地 阳极扫描峰值电位 Epa 与阴极扫描峰值电位 Epc 的差值 DEp 可以用来检测电极反应是否是 NernDA 反应 当一个电极反应的 DEp 接近 2 3RT nF 或 59 n mV 25 C 时 我们可以判断该反应为 NernDA 反应 即是一 个可逆反应 2 当电极反应不可逆时 氧化峰与还原峰的峰值电位差值相距较大 相距越大不可逆程度越大 图 1 3 一般地 ipa ipc 1 1 3 Ep Epa Epc 2 2RT nF 56 5 mV n 1 4 不符合上式的循环伏安曲线认为是电极反应不可逆 图 1 3 中曲线 a b 电 极反应可逆 曲线 c 电极反应不可逆 我们利用不可逆波来获取电化学动力学 的一些参数 如电子传递系数 a 以及电极反应速度常数 k 等 这部分内容请参 考有关参考文献 1 图 1 3 不同电极过程的循环伏安图 1 1 2 线性扫描伏安法 Linear Sweep Voltammetry 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究3 线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压 即电极电位是随外 加电压线性变化记录工作电极上的电解电流的方法 记录的电流随电极电位变 化的曲线称为线性扫描伏安图 如图 1 4 图 1 4 线性扫描伏安图 可逆电极反应的峰电流如下 ip 0 4463nFAD01 2c0 nFv RT 1 2 2 69 105n3 2AD01 2v1 2c0 1 5 式中 n 为电子交换数 A 为电极有效面积 D 为反应物的扩散系数 v 为电位扫描速度 C 为反应物氧化态的本体浓度 当电极的有效面积 A 不变时 式 1 5 也可以简化为 ip kv1 2 c0 1 6 即峰电流与电位扫描速度 v的 1 2次方 成正比 与反应物的本体浓度成正比 这就是线性扫描伏安法定量分析的依据 2 对于可逆电极反应 峰电位与扫描速度无关 E p E1 2 1 1RT nF 1 7 但当电极反应为不可逆时 准可逆或完全不可逆 峰电位 E 随扫描速度 v 增大而负移或正移 1 2 修饰碳糊电极 1 2 1 碳糊电极 电分析化学 在进行伏安扫描操作等测量工作中 最大影响因素就是工作 陕西科技大学毕业论文4 电极 只有性能优良的工作电极才能为分析测定提供高的信噪比 保证实验的 稳定性和重现性 传统的伏安传感器是滴汞电极 然而汞不仅有毒 而且在正 电位区不能使用 其应用受到很大限制 所以 在阳极电位窗口较宽的固体材 料电极得到人们的关注 碳糊电极 CPE 属于碳电极的一种 其特点是背景 电流低 无毒 电位窗口宽 1 4 1 3 V 最高至 1 7 V 制作方法简单 使 用方便 且电极表面容易更新 在分析化学中的应用日趋增多 CPE 利用导电性的石墨粉 颗粒度 0 02 mm 0 01 mm 与憎水性的粘合剂 如石蜡 硅油等 混合而制成糊状物 然后将其涂在电极棒表面或填充入电 极管中而制成的一类电极 粘合剂的加入使碳粉粘合成糊状 同时粘合剂还起 着选择性萃取的作用 即电活性成分可以渗透到糊状物中 提高电极反应的选 择性 可以选择的有液体石蜡 硅油 凡士林 固体石蜡等 碳糊的物料比例 对电极性能影响很大 若粘合剂含量过高 则电极的导电性能明显下降 影响 灵敏度 石墨粉含量过高 则粘合性差 石墨粉易脱落 电极材料的强度降低 针对不同种类的粘合剂 应选择合适的物料比例 一般来说 以萃取为用途的 粘合剂含量可以偏高 在制备碳糊电极过程中 如何将粘合剂与石墨粉混合均 匀 使电极表面活性点分布均匀是制备性质优异的碳糊电极的另一个关键因素 碳糊电极 产生于二十世纪五十年代 由 Adams 最早提出 发展之七十年 代出现化学修饰电极的概念 八十年代 Baldwin 等引入 直接混合 以制备化学 修饰碳糊电极方法以来 极大开拓了碳糊电极应用范围 为发展现代电极和现 代化学传感器提供了理论和实验基础 使得碳糊电极得到迅猛发展 3 目前 碳糊电极已经广泛应用于测定无机离子 有机污染物等 并在电极反应机理和 电化学动力学 热力学研究方面取得了一定研究成果 1 2 2 化学修饰电极 1 化学修饰电极的分类 根据基地奠基的类型不同 化学修饰电极可分为以下两大类 1 修饰汞电极 主要是悬汞电极 HMDE 2 修饰固体电极 a 金电极 b 碳电极 包括玻碳电极 CSE 碳糊 电极 CPE 裂解石墨电极 PGE 高定向裂解石墨电极 HOPGE 碳条电 极 CSE 等 2 化学修饰电极的制备 化学修饰碳糊电极与普通碳糊电极不同的是决定电极性能的关键因素是修 饰剂 修饰剂的种类和用量直接关系到电极的灵敏度和选择性 修饰剂主要 有两大类 4 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究5 1 电活性的修饰剂 生化试剂如氨基酸 环糊精 5 氟脲嘧啶 萘二胺 四羟基蒽醌等 这类试剂修饰的碳糊电极可测定金属离子并用于医学 药物等 方面 魏培海等 5 利用表面含有大量 SiOH 端基可与某些分子形成功能表面 的多孔晶形分子筛 MCM24 在其表面修饰 3 巯丙基三甲氧基硅烷 MPTMS 利用表面 SH 与铜离子反应制备 MPTMS Cu MCM 41 修饰碳糊电 极 用于多巴胺的测定 该修饰剂本身具有电化学活性 在溶液中连续扫描 50 次 伏安曲线没有明显变化 2 非电活性的修饰剂 有机试剂聚酰胺 无机试剂 Al2O3 硅胶等 使用 这类修饰剂制作的碳糊电极 电化学反应主要在电极表面上进行 且为吸附作 用 多属于物理吸附 它起到一种桥梁作用 这种作用富集待测物分子 离子 缩短传质过程 从而提高修饰效果 CMCPE 的制备方法有以下两种 1 修饰剂混合在电极中 直接混合法是将化学修饰剂 石墨粉 粘合剂三 者适量直接混合 这是应用最广的制备 CPE 方法 6 此法关键是如何使修 饰剂在电极表面分布均匀一致 用超声震荡将石墨粉与修饰剂一般为粉末状混 合均匀 焦奎 7 采用酸同时充当修饰剂和粘合剂 80 下与石墨粉混合制成十 八酸修饰碳糊电极 常温下坚固性好 面覆有 OH 功能团 酸碱冲洗 在活 化剂存在下 成功共价键合上单链 DNA ssDNA 这种既廉价又灵敏的电化 学生物传感器有望在转基因产品检测中得到应用 溶解法是将修饰剂直接溶解 在粘合剂中 与石墨粉混合制备 8 方法仅限于亲脂性很强的修饰剂 要时可 加热促进其溶解 某些液体修饰剂的研究如各种液体离子交换剂等适用 9 为避免活性物质脱落而影响修饰电极的稳定性和重现性 菊锐等 10 利用具 有强化学吸附能力的活性炭 修饰剂吸附在活性炭上制成修饰电极 该电极用 于适宜酸度的溶液淋洗即完全恢复到初态 重复多次淋洗灵敏度基本不变 避 免了以往碳糊电极必须重新抛光处理的缺点 便于修饰电极的在线分析 2 修饰剂存在于电极表面 将碳糊电极浸在含有修饰剂的溶液中 修饰剂 通过吸附作用 11 共价键合 12 或粘合剂的萃取作用富集在电极表面 采用涂膜 法将含有修饰剂的溶液滴加或涂敷于碳糊电极表面 晾干备用 吸附法制备修 饰电极的缺点是吸附层不重现 修饰剂易脱落 共价键合法也存在修饰剂易脱 落的缺点 Kerman 等 13 把石墨粉矿物油混合制成基底电极后电沉积苯并 a 代谢活化物 BPDE 制备了 DNA 电化学生物传感器 汪振辉 14 等提出了以镍铬 合金为基体 研制了嵌入式超薄碳糊膜电极 变了基体材料的电化学惰性 制 得的超薄碳糊膜电极有良好的电化学性能 1 3 多巴胺 Dopamine DA 与溴甲酚绿 Bromocresol green BG 陕西科技大学毕业论文6 的研究状况 1 3 1 DA 的性质简介 多巴胺 DA 是一种天然存在的儿茶酚胺 又名 3 一经酪胺 是哺乳类动物 中枢神经系统的一种重要的递质化合物 多巴胺 内含神经原 浓度的减少会导 致某些严重疾病如帕金森氏综合症的发生 多巴胺 DA 是哺乳动物中枢神经系 统重要的神经传导物质 是帮助细胞传送脉冲的化学物质 其在体内的浓度变 化与神经活动直接相关 15 因此 测定这些神经递质化合物变得尤为重要 自 1950 年它被发现以来 多巴胺就引起了广大神经学家和科学家的极大关注 对其测定方法做了大量的研究 多巴胺和其他的儿茶酚胺易于氧化 因此可以 用电化学方法通过测其阳极氧化峰电流进行测定 因此 对 DA 测定方法的研 究具有重要意 16 由于 DA 在固体电极上的过电位较大 利用修饰电极能降 低过电位并可增加 DA 的传质速率 通常测定 DA 的方法有分光光度法 离子 色谱法和高效液相色谱法 由于 DA 是一种具有电化学活性的化合物 所以可 采用电化学方法检测其含量 已有文献报道用化学修饰电极研究 DA 的电化学 行为 最近以聚合物及碳材料修饰电极的研究较多 1 3 2 DA 与酸度的关系及原理 参考报道文献 可以解释 DA 在聚溴甲酚绿修饰电极上的电化学行为 峰 a 对应于多巴胺氧化为多巴醌 1 8 峰 b 是多巴醌的还原峰 1 9 其反应方程式 如下 OH OH H3N O O H3N 2H 2e 1 8 HO HO N H O O H3N H 1 9 运用电化学方法研究 因为 DA 的苯环上连有两个羟基 能够被氧化生 成醌后再还原成酚 从而具有电化学活性 可以用电化学方法进行测量 电化 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究7 学方法具有灵敏度高 选择性好等优点 尤其是电化学型生物传感器能够进行 活体分析 这一优点是其它方法无法比拟的 1 3 3 溴甲酚绿 BG 的性质简介 溴甲酚绿 BG 是一种应用较广泛的蛋白质染色剂 属于酸性三苯甲烷类阴 离子染料 溴甲酚绿 作为催化退色反应的指示剂 其用量多少决定退色反应 的灵敏度和分析方法的准确度 机理为溴甲酚绿的内酯式结构与醌式结构之间相互转变的电子得失机理 图1 5 为溴甲酚绿的结构式 其所含的官能团有 OH Br SO3H O Br HO Br CH3 O SO3H Br Br H3C 图 1 5 溴甲酚绿的结构式 BG的合成 1 10 也可以是 边搅拌边将间甲基紫的醋酸溶液慢慢加到溴 的醋酸溶液中 温度不得超过80摄氏度 陕西科技大学毕业论文8 1 10 1 3 4 导电性聚合膜的研究 导电聚合物修饰电极的研究引起了人们的广泛关注 这是因为导电聚合物 在许多领域 如电催化 传感器 电池工业 能量转换与电色显示以及金属表 面保护等领域均有其广泛的应用前景 对一些导电聚合物膜 如聚亚甲基兰 聚吡咯 聚苯胺 聚噻吩及多种聚苯胺衍生物的电化学特性已经进行了大量的 研究工作 以染料为单体的制备的修饰电极稳定性好 选择性强 催化活性高 1 3 5 DA 的测定 由于 DA 在固体电极上的过电位较大 利用修饰电极能降低过电位并可增 加 DA 的传质速率 通常测定 DA 的方法有分光光度法 离子色谱法和高效液 相色谱法 由于 DA 是一种具有电化学活性的化合物 所以可采用电化学方法 检测其含量 在电化学测定方法中 用聚钙羧酸膜 聚甘氨酸 聚磺基水杨酸 十二烷基苯磺酸钠 聚氨基乙酸 聚甲基蓝 聚荧光素薄膜等测定多巴胺的方 法已经有文献报道 本文采用聚溴甲酚绿修饰碳糊电极来研究多巴胺的电化学 行为 1 3 6 DA 的研究现状 韩晓霞等 17 运用循环伏安法 cyclicvoltammetry CV 电位阶跃计时电流 法 chronoamperometry CA 及电位阶跃计时库仑法 chronocoulometry CC 法研 究了多巴胺 DA 和抗坏血酸 AA 在裸碳糊 CPE 和 CPB CPE 上的电化学行为 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究9 魏培海等 18 制备了 32 巯丙基三甲氧基硅烷 铜 多孔晶形分子筛修饰碳糊 电极 研究了多巴胺在该电极上的电化学氧化及溶液 pH 对电化学反应的影响 结果表明 修饰电极对多巴胺的电化学氧化具有催化作用 刘静等 19 运用聚钙羧酸膜修饰碳糊电极 PCCA CPE 研究对 DA 有良好 的电催化效果 DA 呈现出一对准可逆的氧化还原峰 且峰电流与浓度均呈现 良好的线性关系 可实现对 DA 和 UA 的同时测定 王艳玲等 20 用方波伏安法研究了多巴胺在电聚合甘氨酸膜修饰电极上的电 化学行为 该修饰电极对多巴胺的氧化具有明显的催化作用 氧化峰电位负移 氧化电流明显增大 使得测定灵敏度显著提高 通过实验选择了最佳聚合时间 最佳 pH 条件 讨论了温度的影响以及反应机理 程旺兴等 21 研究了聚磺基水杨酸修饰玻碳电极的制备及多巴胺在此修饰 电极上的电化学行为 在磷酸盐缓冲溶液中 多巴胺在修饰电极上呈现两个还 原峰和两个氧化峰 其峰电位随着 pH 的增加而负移 该修饰电极能有效消除 抗坏血酸的干扰 用于注射液中多巴胺的检测 王宗花等 22 利用电聚合方法在石墨烯修饰的玻碳电极表面制备了聚亚甲 基蓝 石墨烯修饰电极 PMB GH GCE 采用循环伏安法 CV 和差分脉冲伏安法 DPV 研究了多巴胺 DA 和抗坏血酸 AA 在该修饰电极上的电化学行为 龙云等 23 研究了多巴胺与四氯苯酿间的荷移反应条件 测得络合物组成 比为 1 1 摩尔吸光系数为 1 63x103 陈刚等 24 研究了聚甲苯胺蓝修饰的玻碳电极的制备及其对多巴胺和抗坏 血酸的电催化作用 由于多巴胺和抗坏血酸在该修饰电极的氧化还原电位相差 约 0 190 V vs SCE 在同一溶液中 两者无需分离可以分别检出而互不干扰 姚军等 25 制备了聚溴甲酚绿修饰玻碳电极 PBG GCE CME 用循环伏安 法 CV 线性单扫描伏安法 LSV 计时电量法 CC 计时电流法 CA 等研究 了核酸碱基鸟嘌呤 Gua 在 PBG GCE CME 上的电化学行为及其动力学性质 姚军等 应用循环伏安法 线性电位扫描法研究盐酸吡哆辛 VB6 在聚溴甲 酚绿修饰电极上的电化学特性 在 pH 4 HAc NaAc 缓冲溶液 0 7 1 2 V 电 位区间 盐酸吡哆辛在聚溴甲酚绿电极有一不可逆氧化峰 0 978 V 转移电子 数 n 为 1 质子数 m 为 1 万其进等 聚溴甲酚绿膜修饰电极示差脉冲溶出伏安法测定叶酸 利用染 料修饰电极采用示差脉冲溶出伏安法测定叶酸 具有简便快速 灵敏度高 线 性范围宽 精密度高等特点 聚溴甲酚绿膜修饰电极对叶酸具有明显的电催化 还原作用 而且叶酸的还原峰电流与其浓度有良好的线性关系 可以实现对叶 陕西科技大学毕业论文10 酸的定量测定 以上综述 聚合物修饰电极的应用越来越普遍 其独特的选择性和高的灵 敏度以为我们的研究带来了许多方便 本文运用聚溴甲酚绿修饰碳糊电极来研 究多巴胺的电化学活性 1 4 课题的意义和目的 首先 电化学反应一般是在电极表面附近进行的 因此电极表面性能的优 劣是一重要因素 如何改善现有电极的表面性能 使电极赋予所期望的性能 是我们研究的一个课题 通过共价键和 吸附 聚合等手段 有目的的将具有 功能性的物质引入到电极表面 使电极赋予新的功能 本文着重研究聚合手段 下的化学修饰电极 其次 多巴胺用途广泛 尽管目前围绕多巴胺的测定研究 有了一定的基础 然而对于多巴胺电催化氧化过程的研究却不是很多 很深入 氧化机理也没有一个定论 因而也适合做理论探究 1 5 本课题的创新点及难点 创新点 1 使用聚溴甲酚绿修饰碳糊电极 为化学修饰碳糊电极探索了新的修饰剂 2 用化学修饰碳糊电极来电催化氧化多巴胺 为多巴胺的电催化氧化过程 探索了新的电极 3 在测定多巴胺 DA 过程中 使用了快速扫描循环伏安法 cyclicvoltammetry CV 方波伏安法 SWV 其测定结果中灵敏度有了更进一 步的提高 难点 1 本实验中重现性及稳定性较差 需采用多种方法做比较 2 本实验测在实际中多巴胺时其受干扰的物质较多 需要采取多种方法才能 减小误差 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究11 2 实验部分 2 2 实验方法与药品 2 2 1 仪器及试剂 LK98BII 型微机电化学分析系统 天津市兰力科化学电子高技术有限公司 三电极系统 修饰碳糊电极为工作电极 自制 饱和甘汞电极 SCE 为参比电极 Pt 为辅助电极 盐酸多巴胺试剂 Dopamine DA 上海禾丰制药有限公司 溴甲酚绿 Bromocresol green BG 天津市科密欧化学试剂开发中心 Britton Robinson 缓冲溶液 B R 由三酸和NaOH配制 Clark Lubs缓冲溶液 C L 由 NaOH KH2PO4配制 磷酸盐缓冲溶液 PB 由KH2PO4 Na2HPO4配制 其他试剂均为优级纯 实验用水均为二次去离子水 实验在室温下进行 2 2 2 溴甲酚绿 BG 溶液的配制 称取0 70g溴甲酚绿固体 用无水乙醇溶解 稀释至100ml的容量瓶中 最 终得到1 10 2mol L的标准溶液 2 2 3 碳糊电极 CPE 的制备 称取一定比例 4 1 的石墨粉和甲基硅油 在研钵中混合均匀至糊状 取 内径3 mm 塑料胶管 在塑料胶管的一端内填入碳糊 压实 重复此填装过程 数次 使得在压实状态下的填装高度约为4 5 cm 在电极的另一端插入铜丝做 为导线 需要更新电极表面时 将碳糊挤出1 2 mm并除去 在抛光纸上抛光 实 验时碳糊电极表面预先在称量纸上抛光后使用 测定前需将电极插入空白缓冲 液中 在 1 00 1 00 V电位区间用循环扫描伏安法以0 1 V s 1扫速扫描数圈 以消除背景电流 2 2 4 聚溴甲酚绿修饰电极的制备方法 将制备好的碳糊电极 使用前插入空白缓冲液 如C L缓冲液 在 1 00 1 00 V电位区间用循环伏安法以0 10 V s 1扫速扫描数圈 冲洗干净后待用 将预处理好的碳糊电极浸入含1 10 3mol L 1的BG 1 10 2 mol L 1 KNO3的支持 电解质溶液中 先在 0 60 1 30 V电位范围内 以50 mV s 1的扫速循环扫描50 周 取出电极 用蒸馏水冲洗 在空气中晾干 即得到电极表面有一层聚合物 薄膜 此电极即为聚溴甲酚绿 BG 修饰碳糊电极 陕西科技大学毕业论文12 2 2 5 多巴胺 DA 电化学行为测定的实验方法 采用 2 2 4 中聚溴甲酚绿 PBG 修饰碳糊电极的制备方法制作出修饰电极后 将 PBG CPE 电极在 0 80 1 30 V 的电位范围内用循环伏安法表征 测定多巴 胺前 先将修饰电极置于 5 ml Clark Lubs 缓冲溶液中 在 0 30 0 90V 区间以 50 mV s 1循环扫描至稳定 实验以裸碳糊电极 CPE 或聚溴甲酚绿修饰碳糊电极 PBG CPE 为工 作电极 WE 铂电极为辅助电极 CE 饱和甘汞电极 SCE 为参比电极 RE 在含有一定浓度 DA 的 PB 缓冲溶液 pH 4 49 中 在 1 00 1 30 V 的 电位范围内 进行循环伏安扫描 CV 等测定 记录相应的电位电流曲线 并 将实验所得数据通过相关软件处理 借以进一步推测多巴胺电催化氧化机理 每次测定后 将电极置于空白缓冲底液中进行 CV 扫描直至电流电位曲线无明 显峰出现 即认为已恢复了电极活性 可再次使用 2 2 6 实验方法 用移液管移取 1mL 多巴胺于 10mL 具塞试管中 再用移液管移取 5mL 缓 冲溶液 加水至 10mL 震荡 倒入电解池中 在电解池中插入电极 以一定 的速率在 1 0 1 0V 电位范围内进行线性伏安扫描 记录峰电位 Epa 和峰电流 Ipa 每次测定后需更新电极表面 2 3 实验内容 2 3 1 电化学行为的研究 1 用 KNO3表征碳糊电极 用循环伏安法研究以 KNO3为支持电解质溶 液在聚溴甲酚绿修饰电极上的电化学行为 并用适当电化学方法比较 KNO3分 别在聚合前空扫和聚合后在电极上的电化学响应 2 用 K4Fe CN 6表征碳糊电极 用循环伏安法研究 K4Fe CN 6在聚溴甲 酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为 并用适当电化学方法比较 K4Fe CN 6分别 在裸碳糊电极和修饰电极上的电化学响应 2 3 2 支持电解液的选择 用循环伏安法研究多巴胺在以 KNO3为支持电解质溶液在聚溴甲酚绿修饰 电极上的电化学行为 并用适当电化学方法比较多巴胺在以 KCl 为支持电解质 溶液在修饰电极上的电化学响应 2 3 3 溴甲酚绿在碳糊电极上的电化学聚合 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究13 1 初始电位的选择 运用循环伏安法 选择不同的电位窗口 0 6 1 3V 0 4 1 3V 0 8 1 3V 对聚合电极在选定电位下聚合 再对多巴胺的电化学响应进行研 究 选择测定DA时峰电流最大且峰形最好的电位窗口作为初始电位 2 聚合圈数的选择 运用循环伏安法 选择不同的聚合圈数 40 50 60 70 对聚合电极在 选定圈数下聚合 再对多巴胺的电化学响应进行研究 选择测定DA时峰电流最 大且峰形最好的聚合圈数 2 3 4 缓冲溶液种类及 pH 的确定 1 多巴胺测定时缓冲液种类的选择 选择不同缓冲溶液HAc NaAc PB C L Na2HPO4 NaH2PO4 B R Britton Robinson 对多巴胺的电 化学响应进行了研究 选择峰电流最大且峰形最好的缓冲溶液 2 Clark Lubs缓冲溶液pH的选择 在pH 4 0 7 0范围内峰电流的大小 对已选定的缓冲溶液进行循环伏安法扫描 记录峰电流和峰电位 先做出峰电 流与pH的关系图 通过作图可得到电流最大 峰形最好的一个缓冲溶液对应的 pH值 记录该pH值作为实验的最佳pH值 2 3 5 扫速的选择 选择不同扫速 0 01 0 05 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 mV s 1 对浓度 为 1 10 3mol L DA 进行线性扫描测定 记录不同扫速下的线性扫描曲线 分 别以峰电流和峰电位对扫速作图 确定峰电流与扫描速度的关系 峰电流可能 与扫描速度呈线性关系 也可能与扫描速度的平方根呈线性关系 确定二者关 系后判断电极过程是受扩散控制还是吸附控制 2 3 6 线性关系和重现性 在优化条件下 采用 LSV 用同一支聚溴甲酚绿修饰碳糊电极对不同浓度的 多巴胺 1 0 10 13 3 0 10 3mol L 1 DA 标准溶液进行测定 求出峰电流与溶 液浓度的线性回归方程 将电极放置在室温下一段时间后在相同条件下测定 检验其稳定性 2 3 7 干扰实验 在多巴胺浓度为 1 10 3mol L 相对误差小于 5 的情况下 考查干扰物 抗坏血酸 柠檬酸 尿酸 肾上腺素 对多巴胺测定的影响 陕西科技大学毕业论文14 3 结果与讨论 3 1 电化学行为的研究 1 用 KNO3表征碳糊电极 使用新制的碳糊电极 在 1 10 2 mol L 1KCl 溶液中活化 以消除背景电流 再在含 1 10 3mol L 1BG 1 10 2 mol L 1KNO3 的支持电解质溶液中 运用循环扫描伏安法进行聚合 50 圈 聚合结束后在溶液 中表征 3 圈 做 CV 曲线 与聚合前空扫的曲线作比较 作下图 3 1 b 表示 聚合前空扫时的 CV 曲线图 a 表示聚合完后表征的 CV 曲线图 1 0 0 50 00 51 01 5 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 i A E V a b 图 3 1 用 KNO3表征 b 表示聚合前空扫 a 表示聚合后表征 实验结果表明 通过在碳糊电极上聚合 BG 做成 PBG 后 发现修饰电极上 氧化还原峰电流急剧增加 在电极表面的电子转移速率增加 这些都说明电极 表面吸附了一定量的溴甲酚绿分子 从而形成了一层聚合物薄膜且具有明显的 效果 2 用 K4 Fe CN 6 表征碳糊电极 用循环伏安法研究 1 10 3mol L 1 K4 Fe CN 6 在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为 并用同样浓度的 K4 Fe CN 6 在裸碳糊电极上表征 比较其电化学响应 图 3 2 所示 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究15 0 20 00 20 40 60 8 20 15 10 5 0 5 10 15 20 i A E V 1 2 图 3 2 K4 Fe CN 6 表征 1 裸碳糊电极 2 PBG CPE 电极 实验结果表明 K4 Fe CN 6 在修饰电极表面 K4 Fe CN 6 的氧化还原峰 电流急剧下降 且反应可逆性变差 电子转移速率下降 裸电极对 K4 Fe CN 6 测定时出现一对明显的可逆氧化还原峰 但聚溴甲酚绿 PBG 在修饰电极上 对 K4 Fe CN 6 有阻碍作用 这些改变都说明电极表面吸附了一定量的溴甲酚绿 分子 3 2 支持电解液的选择 已更新的碳糊电极 在1 10 2 mol L 1 KCl溶液中活化 以消除背景电流 再在含1 10 3mol L 1BG 1 10 2 mol L 1 KNO3的支持电解质溶液中 运用循环 扫描伏安法进行聚合50圈 表征后将修饰电极置于10 ml Clark Lubs缓冲溶液中 在 0 30 0 90 V区间以50 mV s 1循环扫描至稳定 在具塞试管中加入1 ml DA 5 ml Clark Lubs缓冲溶液 用蒸馏水稀释至10 ml 将修饰后的电极置于电 解池中 测定多巴胺 记录曲线及相应测定数值 另外用同样的方法将支持电 解质溶液换成1 10 2 mol L 1KCl溶液处理 比较其响应结果值 实验结果表明 选用 KNO3为支持电解质溶液后效果较好 此时出现的杂 峰较少 对以后 DA 的测定产生的误差会减少 3 3 溴甲酚绿在碳糊电极上的电化学聚合 3 3 1 初始电位的选择 陕西科技大学毕业论文16 已更新的碳糊电极 在1 10 2 mol L 1KCl溶液中活化 以消除背景电流 再 在含1 10 3 mol L 1BG 1 10 2 mol L 1 KNO3的支持电解质溶液中 运用循环扫 描伏安法 将聚合时的终止电位确定到1 3V 初始电位选择以下几个不同的电 位区间 0 6 1 3 V 0 4 1 3 V 0 8 1 3 V 分别进行聚合溴甲酚绿50圈 并且表征后最终测定多巴胺 比较结果 考察起始电位对DA在PBG CPE的电催 化氧化过程的影响 选择最佳的初始点位 所得结果如下表 3 1 所示 表 3 1 起始电位的选择 起始电位 V氧化峰 Epa V氧化峰 Ipa A 0 400 076 13 16 0 600 079 19 33 0 800 082 9 07 实验结果表明 使用 PBG CPE 对 5ml Clark Lubs 缓冲液 1ml 1 10 3 mol L 1 DA 4ml 蒸馏水的工作溶液 进行线性伏安扫描 实验结果如上表所示 上述 数据表明 起始电位设定在在 0 80 1 3 V 范围内 DA 的氧化峰电位几乎不发 生变化 氧化峰电流变化幅度也不大 因此起始电位设定在在 0 60 1 3 V 范围 内 都可完成 DA 的电催化氧化过程 3 3 2 聚合圈数的选择 使用已更新的碳糊电极 在电位范围为 1 0 1 3V电位窗口条件下 以 0 1mol L KCl为底液 活化扫描15圈 以消除背景电流 再以不同的聚合圈数 40 50 60 70 在0 1 mol L 1 BG 0 1 mol L 1 KNO3的溶液 电位范围为 0 6 1 3V下进行聚合反应 聚合表征后 使用PBG CPE对5ml Clark Lubs 缓冲 液 1ml 1 10 3 mol L 1 DA 4ml蒸馏水的工作溶液 进行线性伏安扫描测定多巴 胺 通过作图比较并选择最佳的聚合圈数 做了如下表 3 2 和图 3 3 表3 2 聚合圈数的选择 聚合圈数 N 3040506070 Ipa A9 9511 2319 3318 0017 34 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究17 3040506070 10 12 14 16 18 20 i A N 图 3 3 聚合圈数 N 与 Ipa A 实验结果表明 当聚合 50 圈时 其峰电流增加值值最大 溴甲酚绿修饰电 极对 DA 的响应达到最大值 超过 50 圈后 对 DA 的响应电流开始下降 原因可能是聚合圈数增加 电子在膜中的阻力变大 传递速率减小 导致响应 电流降低 如下图所示 聚合 50 圈时的聚合过程图 3 4 1 0 0 50 00 51 01 5 60 40 20 0 20 40 60 i A E V 50 1 图 3 4 聚合 50 圈的 CV 曲线图 3 4 缓冲溶液种类及 pH 的确定 3 4 1 多巴胺测定时缓冲液种类的选择 陕西科技大学毕业论文18 电解体系一般由 组电极 电解质溶液和外部电路组成 电极和外部电路 靠电子移动导电 在电解质溶液中则靠离子迁移导电 也就是说 在电极 电 解质溶液上 电子导电性变成了离子导电性 电化学反应是在界面上进行的 为了避免杂质的干扰 常用高纯水或二次蒸馏水作为溶剂 二次去离子水几乎 是不导电的 但作为电解液要有很好的导电性 所以要在水中加入适量具有导 电离子的支持电解质 缓冲溶液即支持电解质溶液 缓冲溶液做电解液 既可 起支持电解质的作用 又可使电解液保持一定的pH值 有机物电解是一个非常 复杂的反应系统 支持电解质条件的变化对反应有很大的影响 考察不同的缓 冲溶液及其pH值对测定多巴胺的影响 选择最佳的缓冲溶液及其pH值 按标准 配制不同的缓冲溶液 使用新制的碳糊电极 在1 10 2 mol L 1 KCl溶液中活化 以消除背景电流 再在含1 10 3 mol L 1 BG 1 10 2 mol L 1 KNO3的支持电解质溶液中 运用循环 扫描伏安法进行聚合 表征后将修饰电极置于10 ml Clark Lubs缓冲溶液中 在 0 30 0 90 V区间以50 mV s 1循环扫描至稳定 再分别选择PB B R C L等作 为不同缓冲液 pH为4 49 在10 ml具塞试管中加入1 ml DA 5 ml选定的缓冲液 用蒸馏水稀释至10 ml 将修饰后的电极置于电解池中 测定不同缓冲液对多巴 胺测定效果的影响 比较结果 选择最佳的缓冲溶液 将不同缓冲液对聚溴甲 酚绿修饰电极的峰电流ip的影响 如图3 5 图中依次表示在PB B R C L缓 冲液中 pH 4 49 的测定过程 在图中下方产生的峰从上到下依次是HAc NaAc PB BR C L的测定结果次序 实验结果表明 以B R PB缓冲液作为支持电解质的过程 聚溴甲酚绿的 特征峰电位及峰电流值不明显 进而说明溴甲酚绿的聚合效果较差 而以C L 缓冲液作为支持 电解质的测定过程 聚溴甲酚绿的特征峰电位有两对且峰电 流值较大 聚合效果比较理想 因而后续工作皆采用以C L缓冲液作为支持电 解质来完成测定多巴胺过程 表 3 3 不同缓冲溶液测定的结果 B RPBC LHAc NaAc Ipa A16 3115 5719 3413 52 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究19 0 4 0 20 00 20 40 60 81 0 20 15 10 5 0 5 10 15 i A E V 1 图 3 5 不同缓冲溶液测定叠加图 峰从上到下依次是 HAc NaAc PB BR C L 的测定 3 4 2 Clark Lubs缓冲溶液 pH 的选择 在pH4 0 7 0范围内考察了缓冲液pH对溴甲酚绿在碳糊电极上的电化学聚 合的影响 图中伏安曲线依次表示pH为4 0 4 4 4 8 5 6 6 4下的测定多巴胺 的过程 实验结果表明 溴甲酚绿的氧化峰 还原峰电位在pH4 0 4 4范围内ip 逐渐增大 而在pH4 4 6 8范围内 氧化峰 还原峰电流ip随着pH的增加而减小 因此选择pH 4 4为溴甲酚绿在碳糊电极上的聚合的缓冲液的最佳测定酸度环境 4 04 55 05 56 06 57 0 14 13 12 11 10 9 8 7 i i pH 陕西科技大学毕业论文20 图 3 6 pH与 Ipa A 的关系 表 3 4 pH 与电流和电位的关系表 4 04 44 85 66 46 8 Ipa A11 7613 6112 6111 967 777 13 Epa V0 3410 3230 3000 2590 2020 185 根据上表做出氧化峰电流与pH的直线关系图 从下图 3 6 3 7 中可以 比较直观的得出结论 在pH 4 4时 其氧化峰电流值增加的最大 之后峰电流 迅速降低 随着 pH 的升高 氧化峰和还原峰的峰电位负移 但对多巴胺峰电 流影响不大 pH 再高 仍有较好的响应 但灵敏度有所降低 这可能是溶液 的酸性减弱 聚合膜中结合了部分 H 而使其正电荷增加 不利于带正电荷的 多巴胺的吸附 使多巴胺的氧化还原电流降低 还研究了 DA 的氧化峰电位与 溶液 pH之间的关系 实验表明 随着溶液pH的增加氧化峰电位不断地负移 表明有质子参加反应 4 04 55 05 56 06 57 0 7 8 9 10 11 12 13 14 i A pH 图 3 6 pH 与 Ipa的关系曲线 考察了 pH 值的变化对多巴胺氧化峰电位的影响 随着缓冲溶液 pH 的增加 多巴胺的氧化峰电位发生了负移 这表明有质子参加电极反应 缓冲溶液 pH 值在 4 0 7 0 范围内与氧化峰电位成良好的线性关系 线性回归方程为 Epa a m n pH Epa 0 57364 0 05725 pH R 0 995 斜率为 57 3 mV pH 说 明了多巴胺在修饰电极上的氧化过程有 H 参与 斜率表明了多巴胺在该电极上 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究21 的氧化过程为等电子等质子过程 即反应过程为两电子两质子反应 4 04 55 05 56 06 57 0 0 18 0 20 0 22 0 24 0 26 0 28 0 30 0 32 0 34 0 36 E V pH 图 3 7 pH 与 Epa的关系曲线 由上图 3 7 的峰电位与 pH 的关系图得知线性方程为 Epa a m n pH Epa 0 57364 0 05725 pH 由于多巴胺为 2 电子 从而根据斜率得出其质子数 为 2 其相关系数 r 0 995 3 6 扫速的选择 1 10 3mol L DA 氧化峰电流和电位的影响在 10 500 mV s 范围内 随 着扫速的增大 DA 的氧化和还原峰电流不断增加 峰电位不断正移 Ipa Ipc 分别与 v 呈良好的线性关系 如图 3 8 所示 表 3 5 不同扫速下测定的氧化峰电流 0 050 100 200 300 400 50 Ipa A6 178 8011 4914 2216 2118 75 0 00 10 20 30 40 50 60 7 6 8 10 12 14 16 18 20 22 i mA v mv s 1 陕西科技大学毕业论文22 图 3 8 不同扫速 V 下与 Ipa的关系曲线图 将扫描过 DA 的电极用水冲洗后在空白底液中扫描 可明显观察到残留在 电极表面的 DA 的氧化峰 随着扫描圈数的增多其氧化峰逐渐消失 另外 Ipa 与 v 呈良好的线性关系 其线性方程为 Ip a A 38 351v 4 496 V s 3 1 上述现象表明 DA 在溴甲酚绿修饰电极表面的电化学过程是受吸附过程 控制 在电位扫描过程中流过电极的电流可能包括两个部分 电极双层电容的充 放电电流和电化学反应电流 或称为法拉第电流 在扫描过程中电容的充放 电电流并不能维持恒定 且随扫描速度的增加而增加 电容的充放电电流在总 电流中所占的比例也随电位扫描速度的增加而增加 在电位梯度不变的情况下 扫速越大 待测组分由高浓度向低浓度运动越快 扩散层变薄 分子到达电极 表面引起电流增大 虽然扫速的一次方与多巴胺氧化峰电流 ipa 成线性关系 但扫描速度越大 电容电流就越大 峰形也越差 所以多巴胺检测实验中选择 扫描速度为 0 05V s 1 如图 3 9 所示 0 4 0 20 00 20 40 60 81 0 30 20 10 0 10 20 i A E a g 图 3 9 不同扫速下 E 与 Ipa的关系曲线图 对同一浓度的多巴胺连续扫描 峰电流随扫描次数的增加而增大 说明多 巴胺在溴甲酚绿修饰电极上有吸附现象 氧化峰电位正移 在测量条件下 聚 溴甲酚绿修饰电极对多巴胺的电催化作用 可能是由于多巴胺在测量条件下为 阳离子 而聚合物膜中的磺酸基带负电荷 两者存在静电吸引 多巴胺中的羟 基还可与聚合物膜中的氨基形成氢键 且聚合物膜为大共轭体系 能起媒介体 作用 使得多巴胺易在聚合修饰电极上吸附 电化学作用更易进行 从而使氧 化电流和还原电流增大 多巴胺在聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上的电化学行为的研究23 3 7 线性关系和重现性 3 7 1 线性关系 在 pH 为 4 6 的缓冲溶液中 在选定的聚溴甲酚绿修饰碳糊电极上对不同浓 度的多巴胺 在 1 0 10 13 3 0 10 3mol L 1 DA 运用方波伏安法 选定的最优 参数表 3 6 进行扫描 由表 3 6 在优化条件下 当浓度小于 1 0 10 4 mol L 1 时 随着浓度的增大 氧化峰电流也增大且呈良好的线性关系 图 3 10 在 1 0 10 13 3 0 10 3mol L 1 DA 在 PBG CPE 上的循环伏安行为进行测试 结果 如下 表 3 6 方波伏安法最佳试验参数 参数常用范围最佳值 电位区间 V 0 6 1 3 方波频率 Hz 1 10010 电位增量 mV 1 104 方波振幅 mV 5 10020 表 3 7 不同浓度与 Ipa的关系 C mol l 110 52 10 53 10 54 10 55 10 56 10 5 Ipa A11 31113 95614 80815 34316 20216 880 01234567 12 13 14 15 16 17 18 i A C mol L 1 图 3 10 不同浓度与 Ipa的关系 方波伏安法灵敏度较高 响应快 而扫描电位范围 频率 振幅和扫描电 位增量均影响方波峰电流大小 所以选择参数的最佳值如表 3 6 所示 在 1 0 10 5 1 0 10 4mol L 1 DA 浓度范围内呈良好的线性关系 其检出限为 陕西科技大学毕业论文24 1 0 10 6 3 7 2 重现性 按照实验条件测定浓度为 1 10 3mol L DA 峰电流 ipa 按活化 测定 更 新顺序 重复测定 11 次 其相对标准偏差为 3 9 说明该电极具有良好的重 现性 将电极置于阴凉干燥处 放置几周后进行再次测量 得到了相近的结果 剩余碳糊再次制作的电极测定不同浓度的多巴胺 所得到的峰电流 Ipa无明显差 异 说明该电极的稳定性很好 3 8 DA