湯優(yōu)霞，孫登明

（淮北師范大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

多巴胺（DA）是下丘腦和腦垂體腺中的一種關(guān)鍵神經(jīng)遞質(zhì)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中DA的濃度受精神因素的影響.當(dāng)人腦中的DA過量時(shí)，能讓人心情舒暢，甚至精神歡快，DA量不足時(shí)，會(huì)引起精神分裂癥和帕金森癥［1-2］.因而，對(duì)DA的研究已成為生物電化學(xué)及電分析化學(xué)研究的重要內(nèi)容之一.近年來，測定DA的方法常見的有伏安法［3-5］，化學(xué)發(fā)光法［6-7］，毛細(xì)管電泳法［8］等.DA具有良好的電化學(xué)活性，因此可用電化學(xué)方法進(jìn)行研究，但用未修飾的固體電極對(duì)DA進(jìn)行測定時(shí)，由于多巴胺在未修飾電極上的過電位較大，靈敏度一般比較低，且樣品中共存的抗壞血酸和尿酸等物質(zhì)對(duì)DA的測定會(huì)產(chǎn)生干擾，影響測定的準(zhǔn)確度.金屬摻雜聚合物修飾電極可明顯提高測定DA 的靈敏度和選擇性，如用銀摻雜聚氨基酸修飾電極等［9］.但摻雜在電極表面的銀會(huì)在測定過程中由于電位的變化會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)有所脫落，影響測定的精密度.為了保證銀的導(dǎo)電性和催化活性，又不會(huì)使銀在測定過程中脫落.本方法采用銀和L-半胱氨酸分層修飾的方法，先將銀修飾在電極表面，再將氨基酸聚合在銀表面，制備了L-半胱氨酸和銀分層修飾電極（PLC/Ag/GCE），由于銀表面聚合一層氨基酸，在電位變化時(shí)，發(fā)生氧化還原后的銀離子或銀仍保留在聚合物中，不會(huì)溶解，提高測定的精密度.用該電極研究DA的電化學(xué)行為，建立測定DA的新方法，用于實(shí)際樣品中DA的測定，結(jié)果滿意.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

BAS電化學(xué)分析系統(tǒng)（美國BAS公司）；pHS-3C精密酸度計(jì)（上?？祪x儀器有限公司）.研究用三電極系統(tǒng)：PLC/Ag/GCE或玻碳電極GCE為工作電極，鉑電極為輔助電極，Ag/AgCl為參比電極.

DA溶液（美國，Sigma公司）：2.00×10-4mol/L，使用時(shí)稀釋至實(shí)驗(yàn)所需濃度并且避光冷存；L-半胱氨酸溶液：5.0×10-3mol/L；硝酸銀（AgNO3）溶液：1.0×10-2mol/L，棕色瓶中避光冷存；硝酸（HNO3）1.5 mol/L；磷酸鹽緩沖溶液（PBS，pH 2-11），用 0.1 mol/L Na3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、H3PO4溶液配制，在酸度計(jì)上校正.

1.2 L-半胱氨酸和銀分層修飾電極的制備

將玻碳電極按文獻(xiàn)［10］預(yù)處理后，放入10 mL含0.010 mol/L AgNO3、1.5 mol/L HNO3溶液中，用三電極系統(tǒng)：GCE 為工作電極，鉑電極為輔助電極，Ag/AgCl 為參比電極，在-0.2～-0.8 V的電位范圍內(nèi)，靜置10 s，以120 mV/s掃描速率循環(huán)掃描10周，取出，用水淋洗，濾紙吸干，即制得銀修飾電極（Ag/GCE）.將此電極作工作電極放入含5.0×10-3mol/L L-半胱氨酸溶液和pH3.0 的PBS 的聚合溶液中，用三電極系統(tǒng)，在-0.8～2.2V電位范圍內(nèi)，靜置8 s，以160 mV/s 掃描速率循環(huán)掃描10周，取出用水淋洗，晾干，即可制得PLC/Ag/GCE修飾電極.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

于10 mL容量瓶中，加一定量的DA標(biāo)準(zhǔn)溶液，5.0 mL pH3.0的PBS溶液，用水稀釋至刻度，搖勻，轉(zhuǎn)移到電解池中，PLC/Ag/GCE為工作電極，鉑電極為輔助電極和Ag/AgCl為參比電極，在-0.3～0.8 V的電位范圍內(nèi)，靜置10 s，利用循環(huán)伏安法或差分脈沖伏安法進(jìn)行掃描，并且記錄圖上出現(xiàn)的峰電位和峰電流.每次掃描實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，把修飾電極放入到空白液中，掃至無峰，即可進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)測定.

2 結(jié)果與討論

2.1 修飾電極的制備

銀修飾電極采用循環(huán)伏安沉積法，AgNO3用量和酸度，循環(huán)電位區(qū)間，掃描周次，掃描速率都對(duì)DA的靈敏度線性范圍有較大的影響.由于是將Ag沉積在電極表面，當(dāng)電位太高時(shí)，會(huì)使沉積在電極表面上的Ag脫落，當(dāng)?shù)碗娢惶蜁r(shí)，沉積的Ag粒度會(huì)影響催化效果.故本實(shí)驗(yàn)選擇0.010 mol/L AgNO3的最佳用量為2.0 mL，1.5 mol/L HNO3的用量為3.5 mL控制溶液的酸度，掃描電位范圍為-0.8～-0.2 V，掃描速率為120 mV/s，掃描周次為10周，靜置時(shí)間為10 s.分層修飾L-半胱氨酸時(shí)，聚合液的酸度，聚合電位區(qū)間，聚合周次都對(duì)DA 的靈敏度線性范圍有較大的影響.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將Ag 聚合修飾電極，放入含5.0 mL 5.0×10-3mol/L的L-半胱氨酸和5.0 mL pH3.0 PBS的聚合液中，聚合電位為-0.8～2.2 V區(qū)間，掃描速率為160 mV/s，掃描周次為10周，靜置時(shí)間為8 s時(shí)，分層聚合修飾電極對(duì)DA的影響電流最大.

2.2 銀離子和L-半胱氨酸的光譜行為

為判斷分層修飾電極中的銀離子或銀是否與L-半胱氨酸形成配合物，在電極修飾的條件下，分別測定了AgNO3溶液、L-半胱氨酸溶液、AgNO3和L-半胱氨酸溶液的紫外可見吸收光譜，見圖1.由圖1可見，L-半胱氨酸在250～500 nm范圍內(nèi)未出現(xiàn)吸收峰，銀離子在302 nm出現(xiàn)一較強(qiáng)的吸收峰.當(dāng)AgNO3和L-半胱氨酸共存時(shí)，吸收峰并未出現(xiàn)藍(lán)移或紫移，吸收也出現(xiàn)在302 nm處，但強(qiáng)度增加，說明銀離子和L-半胱氨酸在此條件下并未形成新的化合物，銀離子峰強(qiáng)度的增加，可能是銀離子和L-半胱氨酸分子間作用力作用的結(jié)果.這也說明修飾電極中催化作用是銀和L-半胱氨酸共同作用的結(jié)果.

圖1 L-半胱氨酸溶液（a）、AgNO3溶液（b）和AgNO3與L-半胱氨酸混合液（c）的紫外光譜

圖2 GCE（a）和PLC/Ag/GCE（b）在0.1 mol/L Fe（CN）64-/3-和0.1 mol/L KCl溶液中的Nyquist圖

2.3 PLC/Ag/GCE的電化學(xué)阻抗譜分析

圖2中的曲線a和b表示玻碳電極（GCE）和PLC/Ag/GCE在0.1 mol/L Fe（CN）64-/3-和0.1 mol/L KCl溶液中的阻抗譜.從圖2中可以清楚地看出，PLC/Ag/GCE的Nyquist點(diǎn)是直線，說明電極表面是受擴(kuò)散控制的，GCE有一個(gè)圓弧，這是由反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制.同時(shí)，GCE的阻抗大于PLC/Ag/GCE的阻抗，這是因?yàn)榻饘貯g的良好導(dǎo)電性和L-半胱氨酸分層修飾所起到的效果決定的，同時(shí)說明電極分層修飾后增大電子的傳遞速率，這都證明Ag和L-半胱氨酸都修飾在GCE的表面.

圖3 DA在GCE（a）、Ag/GCE（b）、PLC/GCE（c）、Ag-PLC/GCE（d）和PLC/Ag/GCE（e）上的循環(huán)伏安圖

2.4 DA在修飾電極上的電化學(xué)行為

2.4.1 DA循環(huán)伏安特性

圖3中表示濃度為5.00×10-5mol/L的DA在pH3.0的PBS 中分別在GCE（a）、Ag/GCE（b）、聚L-半胱氨酸修飾電極（PLC/GCE）（c）、銀摻雜聚L-半胱氨酸修飾電極（Ag-PLC/GCE）（d）、PLC/Ag/GCE（e）上的CV 圖.根據(jù)CV 圖可知，在-0.3～0.8 V 的電位掃描區(qū)間內(nèi)，DA 在 GCE上相應(yīng)的峰電流較小，說明在這個(gè)過程中電子傳質(zhì)慢.DA分別位于Ag/GCE，PLC/GCE和Ag-PLC/GCE 上其對(duì)應(yīng)的峰電流有所增加.而DA 在PLC/Ag/GCE 分層修飾電極上有一對(duì)非常明顯的氧化還原峰，峰電位分別為Epa=0.445 V，Epc=0.392 V，且氧化峰和還原峰的電流都達(dá)到最大值.由此表明銀和L-半胱氨酸分層修飾在電極表面上后，修飾電極對(duì)DA的催化作用和靈敏度得到了較大的增強(qiáng).

2.4.2 底液酸度對(duì)DA電化學(xué)行為的影響

圖4為改變底液酸度用循環(huán)伏安法（CV）測得的結(jié)果，在pH2.0～11.0的范圍內(nèi)，峰電位隨著pH值的增大向負(fù)方向移動(dòng)，并與pH 呈線性關(guān)系：Epa（V）=0.622 5-0.056 7 pH，R=0.998 2，斜率為56 mV/pH；Epc（V）=0.575 4-0.057 9 pH，R=0.998 9，斜率為58 mV/pH.表明在PLC/Ag/GCE上，質(zhì)子參與了DA的氧化還原過程.隨著pH值的增大，DA的氧化峰電流亦是先增大然后減小.當(dāng)pH為3.0時(shí)，DA在PLC/Ag/GCE的響應(yīng)電流達(dá)到最大值.

圖4 5.00×10-5 mol/L DA在PLC/Ag/GCE上隨pH值變化的CV圖（A）和峰電位與pH值的關(guān)系曲線（B）

2.4.3 掃描速率對(duì)DA電化學(xué)行為的影響

圖5為固定pH3.0的PBS中，僅改變掃描速率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的CV圖.從結(jié)果可知，隨著掃描速率在20～600 mV/s 范圍內(nèi)逐漸增大，DA 在PLC/Ag/GCE 的響應(yīng)電流亦隨之增大.氧化峰電位正移，還原峰電位負(fù)移，說明反應(yīng)的可逆性隨著掃描速率的增大而變差.以lgI對(duì)lgυ作圖，線性回歸方程分別為：lgIpa=-0.457 8+0.785 0 lgυ，r=0.999 0，斜率值為0.785，lgIpc=-0.804 4+0.852 2 lgυ，r=0.998 8，斜率值0.852 2，說明DA在PLC/Ag/GCE電極上的電化學(xué)行為受吸附和擴(kuò)散控制，以吸附控制為主.掃描速率小，DA在PLC/Ag/GCE上的響應(yīng)電流亦較小，掃描速率大，充電電流會(huì)變大且峰形也會(huì)變差.

圖5 5.00×10-5 mol/LDA在不同掃速下的CV圖（A）和lgI對(duì)lgυ關(guān)系曲線（B）

由描述準(zhǔn)可逆薄層電化學(xué)的Laviron理論［11］可知：

由圖6可知，當(dāng)掃描速率是位于20～600 mV/s的范圍內(nèi)，對(duì)于DA的氧化還原反應(yīng)過程，電位與lgυ的線性方程分別為Epa=0.296 3+0.072 4 lgυ，R=0.992 1；Epc=0.534 5-0.060 5 lgυ，R=0.992 3.根據(jù)公式（1，2），算出實(shí)際電子轉(zhuǎn)移數(shù)nα為 1.79和電子傳遞系數(shù)α為0.55，與理論值0.5 接近，與準(zhǔn)可逆過程的特征相符合.當(dāng)υ=440 mV/s 時(shí)，ΔEp=112 mV，nΔEp＞200 mV，由文獻(xiàn)［11］可算得氧化反應(yīng)速率常數(shù)ks是2.19/s.

2.4.4 測定電位與靜置時(shí)間對(duì)DA電化學(xué)行為的影響

最佳掃描電位范圍為-0.3～0.8 V，靜置時(shí)間為10 s時(shí)，DA在修飾電極上的響應(yīng)電流最大.

圖6 多巴胺的Ep與logν的關(guān)系曲線

2.5 差分脈沖法測定DA的最佳條件

2.5.1 電位增量的影響

電位增量在0.001～0.009 V的范圍內(nèi)改變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)電位增量為0.002 V時(shí)，DA的峰電流達(dá)到最大值.故實(shí)驗(yàn)選用電位增量為0.002 V.

2.5.2 脈沖振幅的影響

脈沖振幅在0.01～0.09 V的范圍內(nèi)改變，結(jié)果表明，脈沖振幅為0.05 V時(shí)，DA 的峰電流達(dá)到最大值.故實(shí)驗(yàn)選用脈沖振幅為0.05 V.

2.5.3 脈沖寬度的影響

脈沖寬度在0.01～0.09 s的范圍內(nèi)改變，結(jié)果表明，脈沖寬度為0.05 s時(shí)，DA的峰電流達(dá)到最大值.故實(shí)驗(yàn)選用脈沖寬度為0.05 s.

2.5.4 脈沖周期的影響

脈沖周期在0.1～0.9 s的范圍內(nèi)改變，結(jié)果表明，脈沖周期為0.2 s時(shí)，DA的峰電流達(dá)到最大值.故實(shí)驗(yàn)選用脈沖周期為0.2 s.

2.6 DA工作曲線、檢出限、精密度和穩(wěn)定性

采用DPV 對(duì)DA進(jìn)行測定，并與同類的摻雜修飾電極進(jìn)行測定比較，結(jié)果見表1.由表1可知，兩種修飾電極均有較好的靈敏度和較寬的線性范圍，分層修飾后檢測限有所降低.

分別用 PLC/Ag/GCE和Ag-PLC/GCE 對(duì) 5.00×10-5mol/L DA 進(jìn)行 10 次平行實(shí)驗(yàn)，RSD 為 3.4%和4.5%.表明PLC/Ag/GCE 對(duì)DA的測定具有良好的精密度.PLC/Ag/GCE 在室溫下放置一周，再次測定時(shí)，峰電位和峰電流仍較為穩(wěn)定，說明PLC/Ag/GCE具有良好的穩(wěn)定性.

表1 在PLC/Ag/GCE和Ag-PLC/GCE上測定DA的分析結(jié)果

2.7 干擾實(shí)驗(yàn)

一般樣品中，由于抗壞血酸和DA常常共存，且未修飾電極不能對(duì)DA和抗壞血酸進(jìn)行有效的分離而產(chǎn)生干擾，PLC/Ag/GCE 對(duì)抗壞血酸和DA 具有很好的分離效果，在測定條件下，DA 的氧化峰出現(xiàn)在0.452 V，而抗壞血酸的氧化峰出現(xiàn)在0.248 V，兩峰分開達(dá)0.204 V，抗壞血酸的存在，并不影響DA 的測定，且此電極還可用于DA和抗壞血酸的同時(shí)測定.當(dāng)DA分析濃度為5.00×10-5mol/L，允許測定誤差控制在±5%.其它常見共存物質(zhì)的干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：L-谷氨酸、L-賴氨酸、L-酪氨酸、檸檬酸、L-絲氨酸、L-蘇氨酸、L-精氨酸、Na+、Mg2+、Cd2+、Zn2+、Ba2+、Al3+、Cl-、NO3-、SO42-、甲醇、乙醇（≥1 mg，未做最高限）；尿酸（0.5 mg）；L-亮氨酸、Cu2+（0.3 mg）；Pb2+、Fe3+（0.2 mg）均不干擾測定，說明方法的選擇性高.

2.8 樣品分析

準(zhǔn)確稱取香蕉樣品5 g左右在缽體里搗爛，加入0.1 mol/L 25 mL HCl，充分?jǐn)嚢?5 min，讓樣品中的多巴胺轉(zhuǎn)化成鹽酸鹽，再加入適量亞沸水?dāng)嚢?，放入離心機(jī)分離，上層清液轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶中，殘?jiān)磸?fù)加水?dāng)嚢枨逑?，離心，離心后的上層清液合并，定容至250 mL.取適量浸出液按實(shí)驗(yàn)方法用差分脈沖法進(jìn)行測定，結(jié)果見表2.

表2 樣品中DA的分析結(jié)果（n=6）

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)制備L-半胱氨酸和分層修飾電極，通過多巴胺在該修飾電極的電化學(xué)行為，證明該電極對(duì)多巴胺有較強(qiáng)的催化作用，檢測的靈敏度和精密度高，且電極穩(wěn)定性好，有較好的應(yīng)用前景.

［1］胡玉斐，章竹君.以馬鈴薯組織為酶供體化學(xué)發(fā)光新方法測定血清中游離多巴胺［J］.化學(xué)學(xué)報(bào)，2008，66（7）：783-787.

［2］顧玲，石愛華，劉彥平.多巴胺在聚溴甲酚綠修飾碳糊電極上的電化學(xué)行為［J］.分析試驗(yàn)室，2014，33（7）：839-843.

［3］ENSAFI A A，TAEI M，KHAYAMIAN T，et al.Highly selective determination of ascorbic acid，dopamine，and uric acid by differential pulse voltammetry using poly（sulfonazo III）modified glassy carbon electrode［J］.Sensors and Actuators B，2010，147：213-221.

［4］HABIBI B，JAHANBAKHSHI M，POURNAGHI-AZAR M H.Simultaneous determination of acetaminophen and dopamine using SWCNT modified carbon-ceramic electrode by differential pulse voltammetry［J］.Electrochimica Acta，2011，56：2888-2894.

［5］HABIB B，POURNAGHI-AZAR M H.Simultaneous determination of ascorbic acid，dopamine and uric acid by use of a MWCNT modified carbon-ceramic electrode and differential pulse voltammetry［J］.Electrochimica Acta，2010，55：5492-5498.

［6］WABAIDUR S M，ALOTHMANZ A，ALAM S M，et al.Flow injection–chemiluminescence determination of dopamine us?ing potassium permanganate and formaldehyde system［J］.Spectrochimica Acta Part A：Molecular and Biomolecular Spec?troscopy，2012，96：221-225.

［7］李利軍，鐘招亨，馮軍，等.流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法測定鹽酸多巴胺［J］.分析測試學(xué)報(bào)，2007，26（1）：125-127.

［8］ZHANG L Y，WANG Z L，CHENG J K，et al.Determination of dopamine in single rat pheochromocytoma cell by capil?lary electrophoresis with amperometric detection［J］.Journal of Chromatography B，2003，792：381-385.

［9］孫登明，陳高禮，馬偉.銀摻雜聚L-天冬氨酸修飾電極的制備及對(duì)多巴胺的測定［J］.分析化學(xué)，2009，37（7）：999-1003.

［10］孫登明，由文穎.聚L-谷氨酸修飾電極的制備及對(duì)多巴胺的測定［J］.分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，21（5）：530-532.

［11］陳高禮，馬偉，孫登明.銀摻雜聚L-天冬氨酸修飾電極的制備及對(duì)腎上腺素的測定［J］.應(yīng)用化學(xué)，2010，27（3）：353-357.