（分析化學(xué)專業(yè)論文）生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究.pdf

張瑞：生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究 摘要 第一部分：聚酸性鉻藍(lán)k 膜修飾玻碳電極同時(shí)測定多巴胺、抗壞血酸 和尿酸 通過循環(huán)伏安法，將酸性鉻藍(lán)k 電化學(xué)聚合到玻碳電極表面制得聚酸性鉻藍(lán)k 膜化學(xué)修飾電極。該修飾電極可以用來同時(shí)測定多巴胺( d a ) 、抗壞血酸( a a ) 和尿酸( u a ) 。采用原子力顯微鏡( a f m ) 、衰減全內(nèi)反射紅外光譜( a t r f t i r ) 、 電化學(xué)阻抗圖譜( e i s ) 和電化學(xué)方法對電極表面的聚酸性鉻藍(lán)k 膜進(jìn)行了表征。 在p h4 o 的磷酸鹽緩沖液介質(zhì)中，聚酸性鉻藍(lán)k 膜修飾玻碳電極能夠很好的電催化 氧化d a 、a a 和u a 。在示差脈沖伏安曲線上，坳a ，d a 舢a(chǎn) 和a a 八7 a 陽極峰電 位之差分別為1 9 3 ，1 6 6 和3 5 9 m v 。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，d a 、a a 和u a 的陽極峰電流 與其濃度在1 0 2 0 0 o ，5 0 0 1 0 0 0 o 和1 0 2 0 0 岬o l l _ 1 范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系， 檢測限分別為o 5 ，10 0 和o 5 岬o l l _ 1 。利用該修飾電極測定鹽酸多巴胺注射液中 的d a ，維生素c 片中的a a 和尿樣中的u a ，獲得了令人滿意的效果。 第二部分：聚氨基磺酸修飾玻碳電極測定氨基嘌呤 通過循環(huán)伏安法，將氨基磺酸電化學(xué)聚合到玻碳電極表面制得聚氨基磺酸膜 化學(xué)修飾電極。利用聚氨基磺酸修飾的玻碳電極，采用示差脈沖伏安法，建立了 一種新穎、可行的測定氨基嘌呤的直接電化學(xué)方法。采用原子力顯微鏡( a f m ) 、 和電化學(xué)阻抗圖譜( e i s ) 對電極表面的氨基磺酸膜進(jìn)行了表征。此修飾電極能夠 極大的提高檢測氨基嘌呤的靈敏度。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，氨基嘌呤的陽極峰電流 與其濃度在3 0 x 1 0 1 0 1 0 6m o l l _ 1 的范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢測限為 8 0 1 0 _ 9m o l l - 1 ( 信噪比為3 ) 利用該修飾電極測定維生素b 4 片中的氨基嘌呤，獲 2揚(yáng)州人學(xué)碩十學(xué)位論文 得了令人滿意的效果。 第三部分：鈷膜修飾碳纖維微電極選擇性測定h 2 p 0 4 一 利用鈷膜修飾碳纖維微電極作為離子選擇性電極建立了一種測定磷酸二氫根 的新方法。利用該選擇性的微電極研究了測定磷酸鹽的條件，并測定了該電極的 性能參數(shù)，在1 o 1 0 巧1 0 1 0 - 3m 0 1 l 一1 范圍內(nèi)，磷酸鹽的濃度的對數(shù)與電位呈 良好的線性關(guān)系并呈能斯特響應(yīng)，檢出限為6 o 1 0 一7m 0 1 l _ 1 ，并且該電極有良好 的重現(xiàn)性、穩(wěn)定性和選擇性。 第四部分：磷酸根離子敏感電極的研制與應(yīng)用 制備一種摻雜微米磷酸鈷的溶膠一凝膠膜修飾玻碳電極。該電極對磷酸根離子 具有選擇性電位響應(yīng)，線性范圍為1 0 一1 0 4 m 0 1 l _ 1 ，其斜率為1 4 5 m v d e c 。測 定了該電極有關(guān)性能參數(shù)。該修飾電極具有制備簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、 穩(wěn)定性和重現(xiàn)性良好等特點(diǎn)。用于土壤中磷酸根離子的測定，取得了令人滿意的 結(jié)果。 張瑞：生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究 3 a b s t r a c t p a r t1 s i m u l t a n e o u se l e c t r o c h e m i c a ld e t e r m i n a t i o no fd o p a m i n e ， a s c o r b i ca c i da n du r i ca c i du s i n gp o l y ( a c i dc h r o m eb l u e 量pm o d i f i e d g l a s s yc a r b o ne l e c t r o d e an o v e lp o l y m e r i z e dj f i l mo fa c i dc h r o m eb l u ek ( a c b k ) w a sp r 印a r e do nm e s u “a c eo fa 西a s s yc a r b o ne l e c 仃0 d e ( g c e ) b ye l e c t r o p o l 蛐e r i 刎0 1 1 ，a n dt h e nt h e m o d i f i e de l e c 們d ew a l ss u c c e s s 血l l yu s e dt os i m u l t a i l e o u s l yd e t e 珊i i l ed o p 鋤i i l e ( d a ) ， a s c o r b i ca c i d ( a a ) a 1 1 d 謝ca c i d a ) 髓ec h a r a c t 嘶z a t i o no fe l e c t r o c h e m i c a l l y s y n t l l e s i z e dp o l y a c b kf i l mw a l si n v e s t i g a t e db ya t o m i cf o r c em i c r o s c o p y ( a f m ) ， a t t e n 咖e dt o t a lr e n e c t i o n ( a t r _ f t i r ) ，e l e c 仃o c h e m i c a li m p e d a i l c es p e c t r o s c o p y ( e i s ) a 1 1 dv o l t a m m e t r i cm e m o d s t h ep o l y - a c b km o d i f i e dg c ee x l l i b i t e de x c e l l e m e l e c t r o c a t a l ”i ca c t i v i 夠t o w a r d st h eo x i d a t i o n s o fd a ，a aa n du ai n0 0 5 m m p h o s p h a t eb u 丘e rs o l u t i o n ( p h4 0 ) t h es e p a r a t i o n so fa n o d i cp e a kp o t e n t i a l so fa a d a ， d a 舢a(chǎn)a 1 1 da a i ao nm i s m o d i f i e de l e c 打o d ea r e1 9 3 ，1 6 6 鋤d3 5 9 m vi nd p v ， r e s p e c t i v e l y u n d e rt 1 1 eo p t i m 啪c o n d i t i o n s ，t l l ec a l i b r a t i o nc u r v e sf o rd a ，a aa 1 1 du a 、v e r eo b t a i n e di n 吐l e 砌g eo f1 0 _ 2 0 0 0 ，5 0 0 - 1 0 0 0 oa i l d1 o - 1 2 0 0 p m o l l ， r e s p e c t i v e l y t h ed e t e c t i o nl i m i t s ( s n = 3 ) 、e r e0 5 ，10 oa n do 5 “m o l 。l 叫f o rd a ， a aa n du a ，r e s p e c t i v e l y w i t hg o o ds e l e c t i v e l ya i l ds e n s i t i v i 鑼，t h ep r e s e n tm e t h o dw a s a p p l i e dt on l ed e t e r n l i n a t i o no fd ai nd o p 鋤i n eh y d r o c h l 耐d ei i l j e c t i o i l s ，a ai n v i t 鋤i nct a b l e t sa i l du ai nu r i n es 鋤p l e s 4揚(yáng)州人學(xué)碩十學(xué)位論文 p a i t t2 s e n s i t i v ed e t e r m i n a t i o no fa d e n i n eo np o i y ( a m i d o s u l f o n i ca c i d ) m o d i f i e dg l a s s yc a r b o ne l e c t r o d e ar l o v e la i l dr e l i a b l ed i r e c te l e c t r o c h e m l c a lm e t h o dw a l se s t a b i l s h e dt o rt h ed e t e c t l o n o fa d e n i n e ，b a u s e do nt h ed i f f e r e n t i a l p u l s e a n o d i c s t r i p p i n gr e s p o n s e a ta p o l y ( a m i d o s u l f o n i ca c i d )( p o l y - a s a ) - m o d i f i e dg l a s s y c a r b o ne l e c 仃o d e ( g c e ) f a b r i c a t e d b ye l e c t r o p o l y m e r i z a t i o l l t 1 1 ec h a r a c t e r i z a t i o no fe l e c t r o c h e m i c a l l y s y n m e s i z e dp o l y - a s a f i l mw a s i n v e s t i g a t e db y a t o m i cf o r c e m i c r o s c o p y a n d e l e c t r o c h 鋤i c a li m p e d a n c es p e c 缸d s c o p y n l i sp o l y - a s a m o d i f i e dg c ec o u l dg r e a t l y e i l l l a l l c et h ed e t e c t i o ns e n s i t i v 時(shí)o fa d e n i n e a to p t i m u mc o n d i t i o n s ，t l l ea n o d i cp e a k e x h i b i t sag o o dl i n e a rc o n c e n t r a t i o nd e p e n d e n c ei nm er a i l g e 舶m3 0 10 8t o1 o lo - 6 m 0 1 l _ 1 ( r ：0 9 9 9 4 ) 。t h ed e t e c t i o nl i m i ti s8 0 1o 9m o l l _ 1 ( s ，n = 3 ) t h ep r o p o s e d m e t h o dc o u l db e u s e dt od e t e n n i n a t et 1 1 ea d e n i n ei nt 2 l b l e t so fv i 殷u n i nb 4w i t h s a t i s f a c t o wr e s u l t s p a r t3 s e l e c t i v ed e t e r m i n a t i o no fd i h y d r o g e np h o s p h a t eu s i n gc o b a i t m e m b r a n em o d i f i e dc a r b o nf i b e rm i c r o e l e c t r o d e i n 蚰sw o r k ，ah i g h l ys e l e c t i v ea 1 1 ds e n s i t i v ed i h y d r o g e np h o s p h a t em e m b 刪1 e s e n s o rb a s e do nc o b a l tm e m b m em o d i f i e dc a r b o nf i b e rm i c r o e l e c n d d ei sr e p o r t e d o n o p t i m a lc o n d i t i o n s ，m es e n s o rs h o w sal i n e a rd y n 鋤i cr a n g eb e t v v e e n 1 o 10 _ oa n d 1 o xlo - 3m o l l _ 1 ，謝廿1a 面c en e m s t i a l lb e h a v i o fi np ho f4 o t h ed e t e c t i o n1 i m i to f t h ee l e c 們d ei s6 0 1 0 7m o l l 1 1 1 1 es e n s o rp o s s e s s e st l l ea d v 鋤k 毽e so f s h o nr e s p o n s e t i m e ，g o o dr e p r o d u c i b i l i 壩s t a b i l i t ) ，a i l ds e l e c t i v i t ) r 張瑞：生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究 5 p a r t4 t h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fp h o s p h a t ea n i o ni o n s e n s i t i v ee l e c t r o d e s o l - g e lc o n t a i m n gc o b a l tp h o s p h a t em e m b m em o d i f i e dg l a s s yc a r b o ne l e c t r o d e w a sp r 印a r e d ，w h i c hs h o 、e dn e m s t i a nr e s p o n s ef o rp 0 4 3 一mt h ec o n c e m r a t i o nr a n g eo f 1 0 一1 0 4m o l r 1 塒mas l o p eo f1 4 5m v d e c p e 怕啪a i l c ep 觚吼e t e r so ft h e m o d i f i e de l e c 仃0 d e sw e r es t l j d i e d 1 l l i sm o d i f i e de l e c 缸d d ew a sc h a r a c t e r i z e db yi t s s i i n p l ep r e p a r a t i o n ，k 曲s e n s i t i v 咄g o o d 鼬i 1 塒a i l dr e p r o d u c i b i l 咄a sw e l la sf 奴 r e s p o n s e i nt h ee n d ，t h i sp r o p o s e dm e t h o dw a ss u c c e s s 允l l ya p p l i e d t 0d e t e l m i n et h e c o n c e n t r a t i o no fp 0 4 3 一i ns o i ls 鋤p l e s 張瑞：生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究 8 3 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明和版權(quán)使用授權(quán)書 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人聲明：所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師指導(dǎo)f 獨(dú)立進(jìn)行研冗工作所取得的研 究成果。除文中已經(jīng)標(biāo)明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表 的研究成果。對本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：馭吐參 i 簽字日期：諺7 7 年石月q 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保留并向 國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，允許論文被查閱和借 閱。本人授權(quán)揚(yáng)州大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢 索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國 科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫，并通過 網(wǎng)絡(luò)向社會公眾提供信息服務(wù)。 學(xué)位做作者躲馭唧導(dǎo)師躲硎繳豆 簽字日期：1 卅年6 月c 7 日簽字日期：沙尹年6 月f 修日 6 揚(yáng)州人學(xué)碩+ 學(xué)位論文 第一章前言 電分析化學(xué)法是研究生命現(xiàn)象最基本過程一電荷運(yùn)動的重要方法之一，它具 有結(jié)構(gòu)簡單、方法多樣、檢測迅速、無損等特點(diǎn)。近年來，電化學(xué)分析在生物、 醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測領(lǐng)域的研究同新月異，其各種電流理論不斷完善，形成了一門獨(dú) 立的電分析化學(xué)研究領(lǐng)域。 代謝是生物體與外界物質(zhì)和能量的交換過程，是活細(xì)胞中所有化學(xué)變化的總 稱。這些化學(xué)變化中任一種反應(yīng)物、中間物或者產(chǎn)物都可被稱為代謝物。代謝物 分為中間代謝產(chǎn)物和最終代謝產(chǎn)物。代謝物通常是相對分子質(zhì)量小于1 0 0 0 的小分 子化合物，由于其存在的生物機(jī)制的復(fù)雜性，它的分析與核酸蛋白等大分子物質(zhì) 的分析在方法上有很大的差別，代謝物研究對象主要是生物體液，如尿液和血液 中的小分子化合物。本論文主要研究多巴胺、抗壞血酸、尿酸、氨基嘌呤和磷酸 根等代謝產(chǎn)物。研究的檢測內(nèi)容主要是離子選擇性電極、示差脈沖極譜和聚合膜 修飾電極等。 1 1 離子選擇性電極 離子選擇性電極( i o ns e l e c t i v ee l e c t r o d e ，i s e ) 是2 0 世紀(jì)中期在分析化學(xué)領(lǐng) 域出現(xiàn)的一個(gè)嶄新分支。離子選擇性電極是一種簡單、迅速、能用于有色和混濁 溶液的非破壞性分析工具，它不要求復(fù)雜的儀器，可以分辨不同離子的存在形式， 能測量少到幾微升的樣品，所以十分適用野外分析和自動連續(xù)監(jiān)測。這一分析技 術(shù)也成為電化學(xué)分析法的個(gè)獨(dú)立分支科學(xué)。與其它分析方法相比，它在陰離子 分析方面特別具有競爭能力。電極對活度產(chǎn)生響應(yīng)這一點(diǎn)也有特殊意義，使它不 但可用作配合物化學(xué)和動力學(xué)的研究工具，而且通過電極的微型化己被用于直接 觀察體液甚至細(xì)胞內(nèi)某些重要離子的活度變化。 張瑞：生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究 7 1 1 1 離子選擇性電極的分析原理 離子選擇性電極是一類指示電極，它的電化學(xué)活性元件是個(gè)“膜”稱活性膜或 敏感膜1 1 。離子選擇性電極由敏感膜，內(nèi)導(dǎo)體系，電極腔體等組成，是一類電化 學(xué)傳感器。在試樣溶液分析中就是利用它的敏感膜，直接地，有選擇地將被測離 子的濃度( 活度) 轉(zhuǎn)換成電訊號電位，而此電位與溶液中給定離子活度的負(fù)對 數(shù)成線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上建立起來的分析方法稱為離子選擇性電極分析法。 離子選擇性電極分析法遵循能斯特( n e m s t ) 公式，在離子選擇性電極中薄 膜能使溶液中某些組分有選擇性地，不相等地滲透，這種膜稱為電化學(xué)膜。它的 重要性質(zhì)是在兩個(gè)溶液中能形成電位差。假設(shè)離子選擇性電極i 離子有選擇性響 應(yīng)，則選擇性電極膜僅允許i 離子由薄膜外部表面接觸的溶液進(jìn)入電極內(nèi)部溶液。 而內(nèi)部溶液中含有一定活度的平衡離子，當(dāng)電極浸入試樣溶液中時(shí)，由于薄膜內(nèi) 外離子活度的不同，可移動的離子將由活度高的試樣溶液向活度低的內(nèi)充溶液有 一瞬間的通量，而其它離子j 就被阻止不能通過【2 】。因離子帶有電荷，此時(shí)電極 膜兩側(cè)電荷分布不均勻，就形成了雙電層，產(chǎn)生了一定的電位差，即電極的選擇 性膜電位。 膜電位可以看成是一種濃差電位。因此，膜電位e m 與離子活度的關(guān)系，可 以用濃差電池表示： = 警t g 暑 ， 式中：o 【i 一離子i 的活度； z i 一離子i 的電荷； f 一將電荷轉(zhuǎn)化以克分子表示的法拉第常數(shù)，為9 6 4 8 7 ( c m o r l ) ； r 一氣體常數(shù)，8 3 l ( j m o l k ) ； t 一絕對溫度，2 7 3 + t ( k ) 。 因?yàn)殡x子選擇性電極的內(nèi)充溶液中離子活度q i 是固定的，故上式可表示為： = 昂等l g ( 1 - 2 ) 揚(yáng)州人學(xué)碩十學(xué)位論文 其中：當(dāng)離子活度a i - 1 時(shí)，e o 定義為電極的標(biāo)準(zhǔn)電勢；2 3 0 3i 刑z i f 值稱 為電極的理論斜率，對一價(jià)離子2 5 。c 時(shí)此值為5 9 1 6m v ，對二價(jià)離子為2 9 5 8 m v 。被測離子是陽離子時(shí)取“+ ”號；陰離子時(shí)取“一”號。即試液中陽離子濃度愈 大，電池電動勢e m 愈大，反之愈?。辉囈褐斜粶y陰離子濃度愈大，電池電動勢 e m 愈小，反之愈大。 ( 1 2 ) 為n e m s t 公式的一般形式，當(dāng)離子電極與參比電極構(gòu)成測量電池時(shí)， 可表示成： e ：戍+ 雩墜l g ( 1 3 ) 式中：島= 局一如一層。包括離子電極標(biāo)準(zhǔn)電勢島，參比電極電勢如及液接界 電勢局。而局一般由內(nèi)參比電極電勢，內(nèi)膜電勢及膜的不對稱電勢所組成。 1 1 2 離子選擇電極分析方法的特點(diǎn) 與其它分析方法相比，離子選擇電極具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 ( 1 ) 離子選擇電極是一種直接的、非破壞性的分析方法，它不受樣品的顏色，渾 濁，懸浮物或粘度的影響，用少量樣品可以實(shí)現(xiàn)測量。 ( 2 ) 離子電極分析所需設(shè)備簡單、操作方便，儀器及電極均可攜帶，適合現(xiàn)場測 定。 ( 3 ) 離子電極分析速度快，典型的單次分析只需要一到兩分鐘。因此可以應(yīng)用電 極進(jìn)行反復(fù)測量，達(dá)到減少誤差的目的。 ( 4 ) 電機(jī)輸出為電信號，不需要經(jīng)過轉(zhuǎn)化就可以直接放大及測量記錄。因此采用 電極法容易實(shí)現(xiàn)自動、連續(xù)測量及控制。 ( 5 ) 電極法的測量范圍廣，靈敏度高。 ( 6 ) 離子電極分析法還有一些獨(dú)特的長處：離子電極電位所響應(yīng)的是溶液中給定 離子的活度，而不是一般分析中離子之總濃度。 張瑞：生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究 9 1 1 3 離子選擇性電極的應(yīng)用 二十世紀(jì)八十年代末期以來，離子選擇電極分析方法r 益趨于成熟。隨著離 子電極的膜材料和制作技術(shù)的不斷改進(jìn)和革新，它的應(yīng)用范圍也不斷的擴(kuò)展。目 前，已經(jīng)制備了多種類型的離子選擇電極。如在分析無機(jī)離子方面己制成a 礦選 擇電極3 1 、z p 選擇電極4 1 、新型c 0 2 + 選擇電位傳感器【5 1 、p b 2 + 選擇電極 6 1 、a 1 3 + 選擇電極7 1 、c a 2 + 選擇電極【8 1 、t a + 選擇電極9 1 和氟化物選擇電極等；在藥物分 析方面，利用藥物電極對藥物進(jìn)行直接電位測定，如測定普魯卡因胺【1 1 1 ，諾氟沙 星【12 1 ，氧氟沙星【1 3 】。 除研制各種新型離子電極外，離子選擇性電極j 下向微型化、多功能化方向發(fā) 展，并且應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。如胡衛(wèi)軍等【1 4 】采用硫?qū)俨Ａ舾胁牧?，結(jié)合脈沖激 光沉積技術(shù)與光尋址電位傳感器的特點(diǎn)，在光尋址電位傳感器表面上沉積對鎘離 子敏感的薄膜材料，研制出一種新型的鎘離子敏感薄膜傳感器； o 。o s o l d a ：t k i n a 等 【1 5 】將葡萄糖氧化酶和己糖激酶固定到聚間苯二胺膜修飾的鉑微電極的表面來選擇 性的測定a t p ；b a l a z sc s o k a 等【1 6 1 研制了c u 2 + 選擇碳糊微電極，該選擇性微電極可 應(yīng)用于掃描電化學(xué)顯微鏡的電流和電位兩種模式。m 鋤u i lj 鋤a l a 等【1 刀制備了一種 穩(wěn)定且選擇性良好的谷氨酸氧化酶修飾鉑微電極測定人體肝臟中的丙氨酸轉(zhuǎn)氨 酶。 1 2 聚合物膜修飾電極 近十年來，電聚合高聚物包括導(dǎo)電的和非導(dǎo)電的聚合物膜更廣泛用來構(gòu)筑各 種化學(xué)和生物傳感器。功能化導(dǎo)電聚合物修飾電極在分子水平實(shí)現(xiàn)了新功能體系 的設(shè)計(jì)，而非導(dǎo)電聚合物具有強(qiáng)的抗干擾能力和快的伏安響應(yīng)，他們引起了許多 電化學(xué)研究者的廣泛關(guān)注。 目前，聚合物膜修飾電極已發(fā)展為幾大類，包括導(dǎo)電性、氧化還原性、離子 交換性和惰性的聚合物膜修飾電極。 1 0揚(yáng)州人學(xué)碩十學(xué)位論文 1 2 1 聚合物膜修飾電極上的電極反應(yīng)全過程 圖1 1 為聚合物修飾電極在含氧化還原活性物質(zhì)的溶液中，電化學(xué)響應(yīng)的模 式圖【1 8 】，它直觀地給出了在聚合物修飾電極上的電極反應(yīng)全過程：電極與修飾 膜內(nèi)電活性物之間的非均相電子移動反應(yīng)；電極修飾膜中電荷與物質(zhì)的移動； 膜內(nèi)固定的電活性物質(zhì)與溶液本體相中的氧化還原性物質(zhì)問的電子交換反應(yīng) 等。 電極崢k 一 聚合物膜 o x ( 膜) r c d ( 膜) +e 。1 +p k d ( 膜) o x ( 膜) + q 圖1 1 聚合物膜修飾電極上的電荷( 電子) 轉(zhuǎn)移過程 在圖1 1 中，o 。( 膜) 與d ( 膜) 分別為聚合物膜修飾中固定的電活性氧化還原 電對的氧化體和還原體，p 和q 分別為從溶液本體相向膜中擴(kuò)散的氧化還原活性 物質(zhì)( 即：基質(zhì)) 的氧化體和還原體，后l 和疋1 分別表示正方向和逆方向的電子交 換反應(yīng)速率常數(shù)。從該模式圖可知，聚合物膜修飾電極上的電極反應(yīng)全過程主要 有以下幾個(gè)過程： ( 1 ) 溶液中基質(zhì)向膜溶液界面的擴(kuò)散過程f a ； ( 2 ) 溶液中基質(zhì)跨過膜溶液界面的過程f p ； ( 3 ) 溶液中基質(zhì)在聚合物膜中的擴(kuò)散過程f 。； ( 4 ) 膜中氧化還原體間的電子轉(zhuǎn)移過程( 膜中電子擴(kuò)散) 毛； ( 5 ) 氧化還原體與溶液中基質(zhì)交叉反應(yīng)( 電催化反應(yīng)) f k ； ( 6 ) 氧化還原體在膜電極界面的異相電子轉(zhuǎn)移穗 皇皇 張瑞：生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究 1 1 1 2 2 聚合物膜修飾電極的特點(diǎn) 聚合物又稱高聚物，是由低分子化合物( 單體) 經(jīng)由化學(xué)聚合和電化學(xué)聚合 反應(yīng)而形成的?？偟膩碚f，聚合物膜修飾電極具有以下特點(diǎn)： ( 1 ) 聚合物膜修飾電極的制備方法多( 可由滴涂、旋涂、電沉積、等離子聚合、 電化學(xué)聚合等) ，再加上能發(fā)生聚合的單體種類多，所以可以制備各種功能的化學(xué) 及生物傳感器。 ( 2 ) 聚合物膜修飾電極操作簡單，容易制備。另外所制各的膜中含有更多的活性 中心( 約1 0 1 0 1 礦m 0 1 c l n _ 2 ，相當(dāng)于1 1 0 5 個(gè)) 且活性中心呈三維分布，可使 反應(yīng)在三維空間內(nèi)進(jìn)行成為可能，十分有利于電催化，因而使化學(xué)修飾電極的研 究面目一新。 ( 3 ) 聚合物膜具有良好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，與通過吸附法和共價(jià)鍵合方法制得 的傳感器相比，聚合物膜與基體電極有更強(qiáng)的結(jié)合力。因此聚合物膜修飾電極具 有更強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，有更強(qiáng)的催化能力以及其對某些分析底物有特定的選擇性預(yù) 富集作用，所以他們的應(yīng)用大大增強(qiáng)了傳感器的穩(wěn)定性、選擇性和靈敏度。 聚合物膜修飾電極比其它任何類型的修飾電極應(yīng)用更為廣泛，成為一個(gè)重要 的發(fā)展方向。 1 2 3 聚合物膜修飾電極的應(yīng)用 聚合物薄膜具有三維空間結(jié)構(gòu)的特征，可提供許多能利用的勢場，薄膜厚度 大約為1 0 1 0 0 0 1 1 1 i l ，相當(dāng)于幾百至上萬個(gè)單分子層，薄膜內(nèi)含有大量的活性基電 活性氧化還原體或化學(xué)活形體，十分有利于電催化。另一方面，聚合物膜修飾電 極有目的地在電極表面接著所選擇的化學(xué)功能團(tuán)，賦予電極某種特定的性質(zhì)，可 高選擇地進(jìn)行所期望的反應(yīng)。 近年來聚合物薄膜修飾電極的應(yīng)用尤其在電催化作用方面的應(yīng)用主要有：( 1 ) 對生物大分子，如血紅蛋白、肌紅蛋白、n a d h 等的電催化作用及分析應(yīng)用f 1 9 之3 】； 如d s h a n 等【2 0 】基于血紅素在聚( 丙烯腈丙烯酸) 修飾玻碳電極上的直接電化學(xué) 揚(yáng)州人學(xué)碩士學(xué)位論文 制成了過氧化氫傳感器；k q i a o 等【2 l 】利用非離子的聚乙二醇和二氧化鋯納米粒 子修飾電極電催化肌紅蛋白；d g l i g o r 等【2 2 j 利用聚噻吩衍生物修飾玻碳電極實(shí)現(xiàn) 了對n a d h 的電催化氧化。( 2 ) 對生物小分子，如兒茶酚類神經(jīng)遞質(zhì)等的電催化 作用并力求用于活體監(jiān)測【2 4 之6 】；如c x c h e n 等【2 4 1 利用聚( 苯胺對氨基苯酚) 制 備了兒茶酚傳感器，此共聚膜修飾電極能夠很好的催化氧化兒茶酚。( 3 ) 對其它 物質(zhì)，如亞硝酸鹽、抗壞血酸和苯酚類物質(zhì)的電催化作用【2 7 - 3 2 1 等。如x h u a i l g 等【2 7 】利用金納米粒子和聚三甲基噻吩的復(fù)合物修飾的玻碳電極可以測定亞硝酸 鹽和碘酸鹽；苯酚和磺酸鹽的復(fù)合物修飾電極可以對苯酚進(jìn)行電催化氧化；s a k u m a r 等【2 8 】電聚合直接耐曬藍(lán)到玻碳電極表面選擇性的測定抗壞血酸；m a h e r a s 等【3 1 】利用聚( 3 ，4 亞乙二氧基噻吩) 聚( 苯乙烯磺酸) 修飾電極電化學(xué)氧化苯 酚。 1 3 磷酸鹽的電分析研究現(xiàn)狀 磷元素是生命體重要的基本元素之一，參與了許多重要的生命過程。磷酸鹽 作為營養(yǎng)和能量的攜帶者，在人類的生命活動中起到十分重要的作用。人體中有 多種由磷酸根與某些有機(jī)基團(tuán)結(jié)合而構(gòu)成的物質(zhì)。它們在人的生命活動中起著重 要的作用。其中最重要的有核酸和三磷酸腺苷( a t p ) 。 生物體通過生物氧化所產(chǎn)生的能量，除一部分用于維持體溫外，大部分可以 通過磷酸化作用轉(zhuǎn)移至高能磷酸化合物a t p 中。此種伴隨放能的氧化作用而進(jìn)行 的磷酸化稱為氧化磷酸化作用。a t p 主要由a d p 磷酸化所生成，少數(shù)情況下， 可由a m p 焦磷酸化而生成( 如下所示) 。 a d p + p i + 能量+ a t p a m p + p p i + 能量a t p 因此生命有機(jī)磷和生命無機(jī)磷等含磷化合物的研究一直是化學(xué)、生物化學(xué)、 分子生物化學(xué)研究的前沿課題。含有磷酸鹽的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、生命科學(xué)、 臨床醫(yī)學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域f 3 3 】，開發(fā)新方法快速、簡便的檢測磷酸鹽， 已經(jīng)引起研究者的重視。目前，有各種關(guān)于磷酸鹽測定的方法，包括離子色譜法【3 4 張瑞：生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究 1 3 3 5 1 ，熒光法【3 6 ，3 7 1 ，分光光度法f 3 8 】，微波加熱分光光度法【3 明等。 對磷酸鹽離子選擇電極的電分析研究，目前已有很多這方面的報(bào)道。如：e k h a l e d 等【4 0 】用硫脲做為離子載體制成新型磷酸鹽絲網(wǎng)印刷選擇電極，磷酸氫鹽離 子在1 o 1 0 一1 o l o 吃m o l l 一1 濃度范圍內(nèi)呈能斯特響應(yīng)，響應(yīng)斜率為3 2 8 m v d e c ，并且電極壽命可長達(dá)4 個(gè)月；蘇賓等【4 1 】用電沉積在紫銅基體上電沉積鈷 磷合金制備成的磷酸鹽響應(yīng)電極，在1 o 1 0 一一1 o 1 0 - 2 m o l 1 濃度范圍內(nèi)呈能斯 特響應(yīng)，響應(yīng)斜率為2 1 om v d e c _ 1 ，檢測下限為9 1 0 石m 0 1 l ；r q y u 等【4 2 】報(bào)道 了基于雙核有機(jī)錫高分子膜的磷酸氫鹽離子選擇性電極，在5 o l 礦1 0 1 0 - z m 0 1 l - 1 濃度范圍內(nèi)呈能斯特響應(yīng)，響應(yīng)斜率為一3 0 11 1 1 v d e ，1 ；w l i u 等【4 3 1 基于大 環(huán)氨基化合的二茂鐵的p v c 膜電極選擇測定磷酸氫鹽，在1 o 1 0 l 。0 x1 0 - 1 m o l l 1 濃度范圍內(nèi)呈能斯特響應(yīng)，響應(yīng)斜率為2 9 8m v d e c ；d x i a o 等【刪利用鈷作 為基體制成磷酸鹽的選擇性電極，在1 0 1 0 一一1 0 1 0 _ 2 m 0 1 l _ 1 濃度范圍內(nèi)呈能 斯特響應(yīng)，響應(yīng)斜率為5 5 om v d e c ；f 鼬v l e h a l l a 等【4 5 】利用尿素或硫脲鍵合杯芳烴 的載體制成離子選擇性測定磷酸鹽，磷酸氫鹽在5 o 1 0 一1 o 1 0 - 1m o l l - 1 濃度 范圍內(nèi)呈能斯特響應(yīng)，響應(yīng)斜率分別為一3 3 0 和一2 8 0m v d e c - 1 。 1 4 嘌呤類化合物的電分析研究現(xiàn)狀 嘌呤是一種重要的雙環(huán)雜原子化合物，和嘧啶是組成遺傳物質(zhì)一核酸的重要 堿基，本身由嘧啶環(huán)和瞇唑環(huán)縮合而成，最初由e m i l f i s c h e r 命名。嘌呤是細(xì)胞中 核物質(zhì)的組成元素，在正常情況下，從飲食攝入的嘌呤和人體自身代謝生成的嘌 呤會以尿酸的形式通過腎臟從尿中排出，“入”與“出”處于動態(tài)平衡中。一旦這種 平衡被破壞，就引起痛風(fēng)。痛風(fēng)的營養(yǎng)治療就要把好飲食關(guān)，使嘌呤的攝入量盡 量降低，低嘌呤膳食在痛風(fēng)的治療中極其重要。因此，研究嘌呤堿基的分離和測 定在生化、醫(yī)學(xué)、藥物和食品行業(yè)中都具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。 d n a 是遺傳信息的儲存和攜帶者，是核酸的重要組成部分，它決定生物物種 的遺傳特征。鳥嘌呤( g ) ，氨基嘌呤( a ) ，胞嘧啶( c ) 和胸腺嘧啶( t ) 四種 堿基是d n a 的重要組成部分。目前，已有許多方法用于測定核酸中的嘌呤，包 1 4揚(yáng)州人學(xué)碩十學(xué)位論文 括高效液相色譜法【4 6 。4 9 1 ，毛細(xì)管電泳法【5 0 - 5 5 1 ，膠束電動色譜法【5 6 】，化學(xué)發(fā)光法【5 7 1 。 嘌呤類化合物的電化學(xué)分析研究已有很多相關(guān)報(bào)道。如：z h w a n g 等【5 8 j 利用 b 環(huán)糊精包裹碳納米管修飾電極同時(shí)測定氨基嘌呤和鳥嘌呤，其檢測限分別為0 1 和0 2m g m l - 1 ；h y l i u 等【5 9 1 制備了聚硫瑾金納米粒子多壁碳納米管修飾玻碳電 極，利用此電極同時(shí)測定了d n a 中的氨基嘌呤和鳥嘌呤，其檢測限分別為1 1 0 塏 和8 1 0 。9 m o l l 一；h yc h e n 等【刪利用預(yù)處理玻碳電極同時(shí)測定氨基嘌呤和鳥嘌 呤，其檢測限為3 0 1 0 培m o l l ；p a m f 撕a l s 等【6 1 】利用滴汞電極在銅的存在下， 采用吸附溶出伏安法超痕量的測定了氨基嘌呤，其檢測限達(dá)到3 o 1 0 以1m 0 1 l 。 1 5 多巴胺、抗壞血酸和尿酸的電分析研究現(xiàn)狀 多巴胺是非常重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，也是重要的激素物質(zhì)，在人體的心血 管系統(tǒng)等組織系統(tǒng)中有廣泛的調(diào)節(jié)作用，抗壞血酸是維持人體健康必需的維生素， 尿酸是人體內(nèi)嘌呤代謝的最終產(chǎn)物。因此，測定多巴胺、抗壞血酸和尿酸有著十 分重要的意義。電分析方法測定這三種物質(zhì)的有關(guān)報(bào)道已有很多。特別是化學(xué)修 飾電極被研制來提高測定的選擇性【6 2 7 1 。 聚合物膜修飾電極作為重要的化學(xué)修飾電極之一，越來越多的被應(yīng)用于有選 擇性的測定多巴胺、抗壞血酸和尿酸。例如：l z h a n g 等【6 8 】利用聚苯胺聚氨基苯 磺酸復(fù)合膜修飾玻碳電極同時(shí)測定了抗壞血酸和尿酸；l q l i n 等【6 9 】將埃文斯藍(lán) 電聚合到玻碳電極表面，利用此修飾電極同時(shí)測定了多巴胺、抗壞血酸和尿酸三 種物質(zhì)，取得了良好的結(jié)果；a l l i u 等【7 0 】制得聚鈣羧酸指示劑修飾玻碳電極， 同時(shí)分離并測定了抗壞血酸、尿酸和腎上腺素；s a h 腿a r 掣7 1 j 利用聚( 4 一氨基 1 1 偶氮苯3 ，4 二磺酸) 修飾電極選擇性的測定了多巴胺；a h l i n 等【7 2 】利用 聚丙烯酸多壁碳納米管復(fù)合物修飾玻碳電極在抗壞血酸存在的條件下，同時(shí)測定 了多巴胺和尿酸；p r r o y 等【7 3 】通過聚( n ，n 二甲基苯胺) 修飾玻碳電極實(shí)現(xiàn) 了對尿酸和抗壞血酸的同時(shí)檢測；h y - a o 等【7 4 】通過電化學(xué)聚合得到聚鉻黑t 修 飾玻碳電極，利用此修飾電極同時(shí)分離并測定了多巴胺、抗壞血酸和尿酸。 張瑞：生命體中重要代謝產(chǎn)物電化學(xué)檢測的研究 1 5 1 6 本論文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn) 一、采用電聚合的方法首次將酸性鉻藍(lán)k 聚合到玻碳電極表面制得聚酸性鉻藍(lán)k 膜修飾玻碳電極。運(yùn)用多種手段對聚酸性鉻藍(lán)k 膜修飾玻碳電極進(jìn)行了表征和研 究。該修飾電極對多巴胺、抗壞血酸和尿酸有明顯的電催化作用，并可以用于同 時(shí)測定這三種物質(zhì)。此方法可用于測定針劑中的多巴胺，v c 片中的抗壞血酸和 尿樣中的尿酸。 二、通過循環(huán)伏安法將氨基磺酸電化學(xué)聚合到玻碳電極表面制得聚氨基磺酸修飾 電極。研究了氨基嘌呤在該修飾電極上的伏安行為，建立了測定氨基嘌呤的新方 法。本方法可以準(zhǔn)確的測定維生素b 4 片中氨基嘌呤的含量。 三、利用鈷膜修飾碳纖維微電極作為離子選擇性電極建立了一種測定磷酸二氫根 的新方法，磷酸二氫根的濃度的負(fù)對數(shù)與電位呈能斯特響應(yīng)，該電極有良好的重 現(xiàn)性，穩(wěn)定性和選擇性。 四、首次制備了摻雜磷酸鈷微米粒子的溶膠凝膠膜修飾玻碳電極。該電極對磷 酸根離子有選擇性的電位響應(yīng)，用于土壤中磷酸根的測定取得了令人滿意的結(jié)果。 該修飾電極制備簡單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好。 1 7 參考文獻(xiàn) 【1 】李啟隆，吃分析化學(xué)，北京，北京師范大學(xué)出版社，1 9 9 7 2 】杜寶中，環(huán)境監(jiān)測中的吃化學(xué)分析法，北京，化學(xué)工業(yè)出版社環(huán)境科學(xué)與工 程出版中心，2 0 0 3 【3 w n g e o m a e ，w j 舢g r o a t s a k u l ，n m o r a k o t ， w a e u i l g m a i 仃e p i r o m ，t t l m t l 】l a l l i n e ws i l v e rs e l e c t i v ee l e c t r o d ef - a b r i c a t e d舶mb e r 億o t h j a z 0 1 e c a l i x 【4 a r e n e ：s p e c i a t i o na n a l y s i so fs i l v e rn a n o p a n i c l e s ，& 珊o ，：彳c 砌班b ，2 0 0 8 ， 1 3 4 ，3 7 7 4 】h a a r i ( kn o v e lp v cm e m b 啪e - b a l s e dt h o r o ni o ns e l e c t i v ee l e c t r o d ea i l di t s 印p l i c a t i o n ：d e t e m l i n a t i o no fz i r c o l l i u l n ，勱腸，z 細(xì)，2 0 0 8 ，7 6 ，4 0 1 6揚(yáng)州人學(xué)碩士學(xué)位論文 【5 】p k 啪碼yb s l l i m ，an o v e lc o b a l t ( i i ) - s e l e c t i v ep o t e n t i o m e t r i cs e n s o rb a s e do n p ( 4 - n b u t y l p h e n y l a z o ) c a l i x 4 】a r e r l e ，死腸門脅，2 0 0 9 ，7 7 ，l0 5 7 6 x gl i ，x l m a ，m r h u a l l g ，l e a d ( i i ) i o n - s e l e c t i v ee l e c t r o d eb a s e do n p o l y 鋤i n o a n t l l r a q u i n o n ep a i t i c l e s 州mi n t r i n s i cc o n d u c t i v i t ) r ，死腸門脅，2 0 0 9 ，7 8 ， 4 9 8 【7 】vk g u p t a r n g o y a l l ，a k j a i n ，r a s h a r m a ，a l u 】【1 1 i m u l n ( i i i ) s e l e c t i v e p v cm e m b r a n es e n s o rb a s e do nas c h i f fb a s e c o m p l e xo f ，- b i s ( s a l i c y l i d e n e ) 一1 ，2 - c y c l o h e x a i l e d i a m i n e ，e 沱c 舳c 砌咒f c 口彳c 脅，2 0 0 9 ，5 4 ，3 2 18 8 】黃載福，徐偉，郭斌，新型鈣離子選擇電極測定血清中總鈣，分析化學(xué)， 1 9 9 3 ，2 1 ，1 0 5 8 9 a c l c o n c e i 9 a o ，m m c s a n t o s ，m l s s i m o e sg o n 9 a l v e s ，a d 印t a t i o no f ac o m m e r c i a li o ns e l e c t i v en u o r i d ee l e c t r o d et 0at u b u l a rc o j 舒l r a t i o nf o r a n a l y s i sb yf l o wm e t h o d o l o g i e s ，勱腸，z 細(xì)，2 0 0 8 ，7 6 ，l0 7 10 】a a a b d e lg a b e r ，n e