钯掺杂聚精氨酸修饰电极同时测定5-羟基色氨酸和多巴胺

2015-10-16孙登明

分析科学学报 2015年1期

李辉，孙登明*

(淮北师范大学化学与材料科学学院，安徽淮北 235000)

5-羟基色氨酸(5-HTP)具有影响睡眠、减轻体重、抗抑郁、调节免疫功能等作用[1]。多巴胺(DA)是一种儿茶酚胺类神经递质，体内含量不足时可以引起某些疾病的产生[2]。目前测定5-HTP或DA的方法有光谱法[3，4]、色谱法[5]等。电化学方法因其灵敏度高、选择性好等优点，在测定5-HTP或DA的应用中已有一些报道[6 - 11]。这些方法大多用于单一5-HTP或DA的测定，由于体内5-HTP和DA共存，且都具有电化学性质，因此研究5-HTP和DA的同时测定方法具有重要意义。

钯是常用的催化剂，在有机合成中有广泛的应用，但用钯掺杂制备修饰电极用于生物物质的研究还未见报道。本文采用循环伏安法，制备了钯掺杂聚L-精氨酸修饰玻碳电极(Pd-PA/GCE)，研究了5-HTP和DA在该修饰电极上的电化学行为及动力学参数，建立了不需分离同时测定5-HTP和DA的新方法。该方法操作简单，灵敏度高，可用于药物中5-HTP和DA的测定。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

BAS100/W电化学分析系统(美国，BAS公司)，三电极系统：GCE或Pd-PA/GCE为工作电极，铂电极为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。pHS-3C型酸度计(上海康仪仪器有限公司)。

5-HTP和DA溶液：1.00×10-3mol/L避光冷存，使用时逐级稀释至所需浓度；PdCl2溶液：0.01 mol/L；L-精氨酸溶液：5.0×10-3mol/L；HNO3：1.5 mol/L；KNO3溶液：1.0 mol/L；磷酸盐缓冲溶液(PBS)：pH=2.0～11.0，用0.1 mol/L Na3PO4、Na2HPO4、NaH2PO4和H3PO4溶液配制，在酸度计上校准。其它试剂均为分析纯或优级纯，实验用水为二次石英亚沸蒸馏水。

1.2 钯掺杂聚L-精氨酸修饰电极的制备

将GCE(Ф=3.0 mm)预处理成镜面后，放入10 mL含2.0 mL 0.01 mol/L PdCl2，3.0 mL 5.0×10-3mol/L L-精氨酸，0.9 mL 1.5 mol/L HNO3，3.0 mL 1.0 mol/L KNO3溶液的聚合液中，在-0.6～1.9 V电位范围内，静置时间8 s，以120 mV/s的扫描速率循环扫描10周，取出电极，淋洗晾干，即制得Pd-PA/GCE。

1.3 实验方法

在10 mL容量瓶中，加入一定量的5-HTP和DA标准溶液，用PBS (pH=2.0)稀释至刻度，倒入电解池中，静置时间8 s，采用循环伏安法(CV)或示差脉冲伏安法(DPV)进行测定。

2 结果与讨论

2.1 钯掺杂聚L-精氨酸修饰电极的聚合循环伏安曲线

图1为最佳聚合条件下的循环伏安图。从图中可以看出，在-0.10 V左右出现一个氧化峰，可能为沉积的钯氧化所致，在1.5 V左右出现一个不明显且比较宽的氧化峰，可能为精氨酸聚合所致，在-0.20 V左右出现一个宽的还原峰，这可能是钯的还原峰。随着扫描次数的增加，峰电位不变，峰电流增加幅度减小，最后趋于稳定状态。说明随着聚合的不断进行，聚合物薄膜在玻碳电极表面趋于完整，聚合和沉积速度逐渐减慢。

2.2 钯掺杂聚L-精氨酸修饰电极的表征

采用交流阻抗技术对Pd-PA/GCE进行了表征。图2为GCE(a)和Pd-PA/GCE(b)在0.1 mol/L[Fe(CN)6]3-/4-溶液和0.1 mol/L KCl溶液中的电化学阻抗(EIS)图谱。从图中可以看出，在高频区裸电极和修饰电极都有一个圆弧，且裸电极的圆弧大于修饰电极，说明电极反应受动力学控制，裸电极的阻抗大于修饰电极。表明Pd掺杂精氨酸修饰在GCE表面后增大了电子的传递速率，进一步说明钯和精氨酸已成功修饰在GCE表面。

图1 钯和L-精氨酸聚合过程的循环伏安图Fig.1 Cyclic voltammograms of palladium and L-arginine in the polymerization processscan rate:120 mV/s.1-10 indicates the total number of sweeps.

图2 裸玻碳电极(a)和钯掺杂聚L-精氨酸修饰电极(b)的电化学阻抗图谱Fig.2 Nyquist impedance plots of the bare GCE(a) and Pd -PA/GCE(b) in 0.1 mol/L K3[Fe(CN)6] 3-/4- containing 0.1 mol/L KCl solution

图3 5-HTP和DA在裸玻碳电极(1)、聚L-精氨酸修饰电极(2)、钯修饰电极(3)和钯掺杂聚L-精氨酸修饰电极(4)上的循环伏安图Fig.3 Cyclic voltammograms of 5-HTP and DA at the bare GCE(1),PA/GCE(2),Pd/GCE(3) and Pd -PA/GCE(4)pH:2.0;scan rate:160 mV/s;5-HTP and DA concentration:2.00×10-5 mol/L.

2.3 5-HTP和DA的测定

2.3.15-HTP和DA在修饰电极上的循环伏安曲线图3为在pH=2.0的底液中，浓度均为2.00×10-5mol/L的5-HTP和DA共存时分别在裸GCE(1)、PA/GCE(2)、Pd/GCE(3)和Pd-PA/GCE(4)上的循环伏安图。从图中可以看出，在GCE上5-HTP和DA分别出现了不明显的氧化峰和氧化还原峰，在Pd-PA/GCE上峰电流达到最大，说明钯掺杂聚L-精氨酸修饰电极对5-HTP和DA有较高的灵敏度和选择性，且5-HTP的氧化峰电位为643 mV、DA的氧化还原峰电位分别为515 mV和464 mV，氧化峰电位差为128 mV，可同时测定5-HTP和DA。

2.3.2测定条件对5-HTP和DA电化学行为的影响测定条件的选择对5-HTP和DA的同时测定影响较大。考虑到灵敏度和选择性，采用CV同时测定5-HTP和DA的最佳条件为：pH=2.0，电位扫描范围为0.20～0.75 V，静置时间8 s，扫速为160 mV/s。

2.3.3动力学参数的测定实验结果表明，5-HTP和DA在电极表面的氧化还原过程均受扩散与吸附混合控制，5-HTP以扩散控制为主，DA以吸附控制为主，根据文献方法[12]计算5-HTP和DA在电极表面的吸附量分别为3.318×10-10mol/cm2(5-HTP)和3.604×10-10mol/cm2(DA)；扩散系数分别为1.557×10-7cm2/s (5-HTP)和2.967×10-8cm2/s (DA)。5-HTP在修饰电极上的氧化还原过程为不可逆过程，DA为准可逆过程，根据描述准可逆薄层电化学的Laviron理论[13]，求出DA的表观电子转移数nα=1.882，电子传递系数α=0.5780，接近理论值0.5，符合准可逆过程的特征。当扫速v=360 mV/s时，△Ep=109 mV，n△Ep>200 mV，求得DA氧化反应的速率常数ks=1.947/s。

2.3.4工作曲线、检出限及稳定性采用CV法同时测定5-HTP和DA，其线性范围和检出限见表1。对5.00×10-5mol/L的5-HTP和DA用CV和DPV两种方法分别进行50次平行测定，测定结果的相对标准偏差(RSD)分别为1.8%、1.1%(5-HTP)；3.1%、1.9%(DA)。说明该修饰电极稳定性好、精密度高。

表1 在Pd-PA/GCE上同时测定5-HTP和DA的分析结果

2.4 共存离子的干扰

2.5 样品分析

采用标准加入法，测定5-羟基色氨酸胶囊中的5-羟基色氨酸(100 毫克/粒，美国斯旺森健康产品公司)和盐酸多巴胺注射液中的DA(20 mg/2mL，江苏亚邦强生药业有限公司)。将一粒5-羟基色氨酸胶囊去壳后碾碎溶解，定容至100 mL容量瓶中；将盐酸多巴胺注射液开瓶后，稀释到一定的浓度。取一定量的样品溶液按实验方法进行测定，结果如表2所示。