范躍娟 沙翠翠 唐旻奕 冉 菊 程 寒
(中南民族大學(xué)藥學(xué)院,湖北 武漢 430074)
石墨烯(graphene,Gr)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、良好的導(dǎo)電性能和優(yōu)良的機(jī)械性能,對(duì)待測(cè)物質(zhì)有一定的電催化作用,可以實(shí)現(xiàn)良好的重現(xiàn)性和可再生性[1]。由于石墨烯在普通溶劑中很難形成均勻穩(wěn)定的分散狀態(tài),晶體結(jié)構(gòu)完整的石墨烯除了能夠吸附一些分子和原子外,表面并不活潑[2]。離子液體有較高的導(dǎo)電性和良好的溶解性,在電化學(xué)測(cè)定過(guò)程中表現(xiàn)出較強(qiáng)的導(dǎo)電效率[3],有助于GR的分散,有利于其電化學(xué)優(yōu)異性能的進(jìn)一步發(fā)揮[4]。多巴胺(DA)有很強(qiáng)的電化學(xué)活性,是神經(jīng)遞質(zhì)電化學(xué)分析的主要研究對(duì)象。實(shí)現(xiàn)DA在體檢測(cè)必須滿足3個(gè)條件:電極尺寸足夠??;靈敏度足夠高和有效抗干擾[5]。因此通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)可以為探究檢測(cè)人體DA的方法提供線索。
本文以石墨烯和離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM]PF6)作修飾劑構(gòu)建GR-[BMIM]PF6復(fù)合修飾碳纖維微電極,得到對(duì)DA有良好催化作用的修飾電極,并考察了DA在該修飾電極上的電化學(xué)行為,了解離子液體-石墨烯修飾碳纖維微電極的電化學(xué)性能。
XD-RFL倒置顯微鏡(寧波舜宇儀器有限公司);CHI660D化學(xué)工作站 (上海辰華儀器公司);FE20K型酸度計(jì) (瑞士梅特勒-托利多集團(tuán));超聲清洗儀(KQ-400KDE型高功率數(shù)控超聲波清洗器);電化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用雙電極系統(tǒng):碳纖維微電極為工作電極,Ag/AgCl為參比電極。
碳纖維(直徑 6μm,吉林市神舟碳纖維有限責(zé)任公司);石墨烯(中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所);離子液體(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM]PF6),蘭州化學(xué)物理研究所),殼聚糖(CHIT,脫乙酰度 95%,Sigma公司);冰醋酸;多巴胺標(biāo)準(zhǔn)品(中國(guó)藥品生物制品檢定所),用0.1mol/L的HClO4分別配置成1.0×10-2mol/L的母液,置于4℃的冰箱冷藏室中保存,使用時(shí)用Tris-HCl緩沖溶液稀釋到所需的濃度;實(shí)驗(yàn)用水為超純水。
將碳纖維微電極置于超聲后的離子液體-石墨烯復(fù)合物分散液中,將碳纖維浸沒(méi)在離子液體-石墨烯復(fù)合物分散液中,靜置2min,取出,紅外燈下烘干,用超純水清洗修飾電極,除去吸附不牢固的離子液體-石墨烯復(fù)合物,即可制得離子液體-石墨烯復(fù)合物修飾碳纖維微電極。
配置pH=5.0、7.2、9.0的20mM Tris-HCl緩沖溶液,用不同pH值的緩沖溶液稀釋1.0×10-2mol/L DA的母液制備1×10-4mol/L DA溶液。
用同一根碳纖維電極修飾前和修飾后分別測(cè)定不同pH值緩沖液下的1×10-4mol/L DA溶液,用DPV掃描5圈,比較修飾前后電極峰電流穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)證明裸碳纖維微電極修飾后峰電流穩(wěn)定性比修飾前電極有明顯的增加;當(dāng)pH值過(guò)大時(shí),修飾后電極的穩(wěn)定性較差。
由3.1可得:離子液體-石墨烯修飾碳纖維微電極在合適的pH值緩沖溶液中具備較高的穩(wěn)定性。因此,后續(xù)實(shí)驗(yàn)選擇最佳pH值7.2的緩沖溶液(如圖1)。
圖1 碳纖維微電極用離子液體-石墨烯修飾前(圖A)和修飾后(圖B)電極在pH為7.2的緩沖溶液中測(cè)定1×10-4M DA溶液的DPV圖Fig.1 The DPV curves for five consecutive test of the 1×10-4M DA diluted with pH 7.2 buffer solution,CFE(A)and CFE modified with ionic liquid-graphene composites(B).
用循環(huán)伏安法測(cè)定碳纖維微電極修飾后在1.0×10-4mol/LDA溶液(pH7.2 Tris-HCl稀釋?zhuān)┲械碾娀瘜W(xué)行為,掃速范圍分別為 10,20,50,100,200,500,1000mV/s的循環(huán)伏安圖,如圖2。隨掃描速率的增加,DA氧化峰電位向正方向移動(dòng),峰電流逐漸增大。電極修飾后DA的氧化峰電流與掃速的平方根基本都成正比,線性回歸方程為:Ip(A)=9.2×10-10V1/2(mv/s)+1.7×10-8,R2=0.9987;表明修飾后碳纖維微電極上DA的氧化過(guò)程受擴(kuò)散控制。掃速過(guò)大時(shí)充電電流過(guò)大,基線不穩(wěn),不利于峰電流的測(cè)定;當(dāng)掃速過(guò)低時(shí),峰電流小不易于測(cè)定;掃速為100mV/s時(shí),峰形穩(wěn)定,信噪比好,故選擇100mV/s。
圖2 電極修飾后在1.0×10-4M DA溶液(pH7.2 Tris-HCl稀釋?zhuān)┲胁煌瑨咚俚腃V圖Fig.2 The CV curves of the electrode modified by carbon fiber in 0.1mM DA with pH 7.2 Tris-HCl buffer solution at different scanning speed(A).
用20 mM Tris-HCl(pH7.2)緩沖溶液逐級(jí)稀釋法配制下述濃度的 DA 溶液,分別為 1.0×10-4﹑5.0×10-5﹑2.0×10-5﹑5.0×10-6﹑2.0×10-6﹑1.0×10-6M。將一根經(jīng)修飾的碳纖微電極分別在上述溶液中進(jìn)行差分脈沖掃描,結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明,在1.0×10-6-1.0×10-4M的濃度范圍內(nèi),DA氧化峰電流與濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。線性方程為:Ip(A)=1×10-4C(mol/L)+1.3×10-11,R2=0.9996。
圖3 碳纖維修飾電極在不同濃度DA溶液中的DPV圖Fig.3 The DPV curves of different concentration of DA.
本實(shí)驗(yàn)采用離子液體-石墨烯修飾碳纖維微電極和裸碳纖維電極伏安法測(cè)定DA溶液。實(shí)驗(yàn)表明,離子液體-石墨烯修飾碳纖維微電極穩(wěn)定性好;DA在修飾電極上的氧化過(guò)程受擴(kuò)散控制。DA在修飾電極上的氧化峰電流與其濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系,該修飾方法具有良好的靈敏度和抗干擾性,有望用于活體中DA濃度的檢測(cè)。
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