石墨烯/多壁碳纳米管固载亚甲基蓝复合膜修饰电极测定尿酸

2020-12-31翁前锋

广州化工 2020年24期

邢鑫，翁前锋

(辽宁师范大学化学化工学院，辽宁大连 116029)

尿酸(UA)是嘌呤代谢的最终产物并存在于尿液和血清中[1-2]。尿酸浓度异常会引起一系列疾病如高尿酸血症、痛风、关节炎、肾功能不全等[3-5]。此外，以前的报告显示，一旦尿酸的浓度超过一定值时，胰岛素的信号将被直接抑制[6]。目前有很多种检测尿酸浓度的方法，包括液相色谱、分光光度法、化学发光和电化学方法。由于尿酸是拥有电活性的生物分子，因此基于修饰电极的电化学方法是首选的方法。电化学方法拥有许多优点，如仪器简单，灵敏度高，性价比高，可在线检测。

亚甲基蓝(MB)是一种生物染料，拥有较活泼的电子转移体，能用于修饰电极并在较低电位选择氧化目标物质，在导电基质上拥有良好的电化学行为，其可在处理过的玻碳电极上聚合成一层具有良好电活性和电催化性能的导电聚合薄膜。

在前期制做了石墨烯多壁碳纳米管的基础上，采用滴涂法制备了聚亚甲基蓝/石墨烯多壁碳纳米管复合膜修饰电极(PMB/ERGO-MWCNTs/GCE)，研究了尿酸在此电极上的电化学行为。

1 实验

1.1 仪器和试剂

LK2005型电化学工作站，天津市兰力科化学电子高技术有限公司；三电极体系：玻碳电极为基体工作电极(φ=2 mm)，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂丝为对电极；PHS-3C精密pH计，上海雷磁仪器厂；78-1磁力加热搅拌器，常州国华电器有限公司；凯特离心机，盐城实验仪器有限公司；WS70-1型红外线快速干燥器，北京仪表有限公司通州分公司；KQ2200DB型数控超声波清洗器。

氧化石墨烯(自制)；多壁碳纳米管，南昌太阳纳米技术有限公司；尿酸(SIGMA-ALDRICH)；亚甲基蓝，上海试剂三厂；磷酸氢二钠；磷酸二氢钠。实验在常温下进行，所有试剂均为分析纯，所用到水均为二次去离子水以及在实验中涉及到电位均相对于饱和甘汞电极的电极电位。

1.2 复合材料的制备

取5 mg氧化石墨烯和2.5 mg多壁碳纳米管加入10 mL的去离子水进行超声分散2 h，将所得悬浊液在10000 r/min的转速下离心洗涤，取出沉淀进行烘干，即可得到氧化石墨烯-多壁碳纳米管复合材料。取复合材料4 mg加入到4 mL的DMF中进行超声1 h，得到氧化石墨烯-多壁碳纳米管复合材料修饰剂。

取3.19 mg亚甲基蓝配置成1×10-3mol/L亚甲基蓝的PBS溶液(pH=7)，取5.0 μL氧化石墨烯多壁碳纳米管修饰剂和亚甲基蓝修饰剂充分混合配置成复合材料修饰剂。

1.3 修饰电极的制备

将玻碳电极依次用0.5 μm和50 nm的Al2O3粉进行打磨成镜面，然后依次用1：1的乙醇溶液和二次水在超声下分别清洗2 min，自然晾干或在红外干燥器中进行烘干。用微量进样器取2 μL的亚甲基蓝/氧化石墨烯多壁碳纳米管复合修饰剂滴涂在玻碳电极表面，烘干。再将电极放入pH=7的PBS中，在-1.7～0.6 V的电位范围下，设置100 mV/s的扫描速度用循环伏安法扫描10圈进行还原，取出电极用去离子水冲洗后晾干，即得聚亚甲基蓝/石墨烯多壁碳纳米管修饰电极修饰电极(PMB/ERGO/MWCNTs/GCE)。

1.4 实验方法

以pH为6，浓度为0.1 mol/L的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液为底液配置一定浓度的尿酸待测液，将三电极体系置于待测液中，在-0.6 V下进行富集200 s后以100 mV/s的扫描速率在-0.6～1.0 V电位范围内用循环伏安法进行扫描并记录峰电流。

2 结果与讨论

2.1 尿酸在不同修饰电极上的电化学行为

图1是1.0×10-4mol/L 尿酸在不同电极上的循环伏安图。从图1可以看出，尿酸在PMB/ERGO、PMB/MWCNTs/ERGO以及MWCNTs/ERGO电极上均有明显的电信号，其中在PMB/MWCNTs/ERGO/GCE电极上的峰宽最窄且峰电流最高，达到42.88 μA，尿酸在PMB/ERGO/GCE电极上的氧化峰电流值为33.33 mV，尿酸在MWCNTs/ERGO/GCE电极上的氧化峰电流值为40.86 μA。可见在PMB/MWCNTs/ERGO/GCE电极上尿酸的电化学性能得到了很大的改善，该修饰电极对尿酸产生了较强的电催化效应。

2.2 pH值的影响

实验考察了在不同pH(3.0～7.0)值的PBS下对尿酸的影响。在图2A中可以看出，随着pH的增加，氧化峰电流随着pH的增加先增加后降低，当pH为6.0时达到最大值。图2B可知，氧化峰电位随着pH的增加而负移，且呈现良好的线性关系，线性方程为：Ep(V)=0.7724-0.063pH，R=0.9953。因此本实验选择pH为6.0。

2.3 富集时间的影响

图3A为富集时间对实验的影响，从图3可知，当富集时间为200 s时，尿酸的的氧化峰电流达到最大值，当超过200 s后，氧化峰电流有逐渐降低的趋势。这有可能是由于过多的富集时间导致吸附的分子过于饱和，阻碍了电子的传递。所以实验选用的富集时间为200 s。

2.4 滴涂量的影响

不同的滴涂量对尿酸的氧化峰电流值也会有所影响。图3B中可以看出，当滴涂量为3.0 μL时，尿酸的氧化峰电流达到最大，之后随着滴涂量增加峰电流值逐渐减小，故实验选择复合材料的修饰量为3.0 μL。

2.5 扫描速度的影响

图4A为不同扫描速度下对尿酸测定的循环伏安曲线。从图4中可以得知，尿酸的氧化峰电流随着扫速的增加而增加，背景电流增加，峰电位正移。如图4B所示，当扫速控制在50～300 mV/s时，尿酸的氧化峰电流与扫速呈线性关系，线性方程为：Ip=21.794+0.1971v(R=0.9921)。说明该电极反应过程受吸附控制。本实验选择的扫速为100 mV/s。

2.6 线性范围、检出限以及重现性

在优化后的实验条件下对尿酸的氧化峰电流与浓度的关系进行了研究，如图5A、B所示，在5×10-6～1.5×10-4mol/L与1.5×10-4～5.0×10-4mol/L的浓度范围内呈线性关系。线性方程分别为：Ip(μA)=3.2364C(μmol/L)+2.62992，R=0.9931；Ip(μA)=0.4214C(μmol/L)+42.2521，R=0.9996检出限为2.34×10-7mol/L。

同一跟修饰电极重复实验操作8次测定浓度为1.0×10-4mol/L的尿酸，RSD为3.08%。使用不同的电极(相同修饰方法)重复实验操作8次测定浓度为1.0×10-4mol/L的尿酸，RSD为3.5%，表明电极具有良好的重现性。