用電化學(xué)方法還原石墨烯修飾玻碳電極來同時測定鳥嘌呤和腺嘌呤

1、用電化學(xué)方法還原石墨烯修飾玻碳電極來用電化學(xué)方法還原石墨烯修飾玻碳電極來同時測定鳥嘌呤和腺嘌呤同時測定鳥嘌呤和腺嘌呤專業(yè)：無機化學(xué)摘摘 要要 在本文中在本文中,我們在電化學(xué)方法還原石墨烯氧化物（我們在電化學(xué)方法還原石墨烯氧化物（er-GO）修飾玻碳電極）修飾玻碳電極(er-GCE)基礎(chǔ)上研究了直接用電化學(xué)基礎(chǔ)上研究了直接用電化學(xué)氧化、微分脈沖伏安法氧化、微分脈沖伏安法(DPV)來測定鳥嘌呤和腺嘌呤。和來測定鳥嘌呤和腺嘌呤。和GCE、GO/GCE電極相比，這種電極相比，這種er-GCE電極顯示出了對電極顯示出了對鳥嘌呤和腺嘌呤非常好的電催化活性，使氧化電流升高，鳥嘌呤和腺嘌呤非常好的電催化活性，

2、使氧化電流升高，氧化電位負(fù)移。使用準(zhǔn)備好的氧化電位負(fù)移。使用準(zhǔn)備好的er-GCE成功的實現(xiàn)了同時成功的實現(xiàn)了同時對鳥嘌呤和腺嘌呤的測定。鳥嘌呤和腺嘌呤的檢出限對鳥嘌呤和腺嘌呤的測定。鳥嘌呤和腺嘌呤的檢出限(基基于于S / N= 3)分別為分別為1.5107mol/L和和2.0107mol/L。此外此外,這種這種er-GO/GCE顯示出了高的選擇性顯示出了高的選擇性,再生性和穩(wěn)定再生性和穩(wěn)定性性,也可以用于鳥嘌呤和腺嘌呤在熱變性小牛胸腺也可以用于鳥嘌呤和腺嘌呤在熱變性小牛胸腺DNA和和尿液中的檢測尿液中的檢測,這顯示出了其在實際樣品分析中大有前途。這顯示出了其在實際樣品分析中大有前途。實 驗1

3、石墨烯氧化物/玻碳電極的制備 通過改進(jìn)的通過改進(jìn)的Hummers法使用石墨粉作為原材料來制法使用石墨粉作為原材料來制備氧化石墨。用超聲波法將剝落的石墨氧化物變成石墨備氧化石墨。用超聲波法將剝落的石墨氧化物變成石墨烯氧化物烯氧化物(GO)，是通過，是通過JY92-IIN超聲波清潔超聲波清潔器器(寧波寧波,中中國國)工作工作40分鐘分鐘(200 W)得到的。這種均勻的得到的。這種均勻的GO（1.0mg/mL）水）水分散液是用于制備修改電極的。在修飾分散液是用于制備修改電極的。在修飾前，將裸前，將裸GCE在在濕潤的濕潤的Al2O3( 0. 05 m) 上拋光成鏡面上拋光成鏡面，然后用無水乙醇、蒸餾水

4、超聲波清洗。用微量進(jìn)樣器取然后用無水乙醇、蒸餾水超聲波清洗。用微量進(jìn)樣器取5 L石墨烯懸浮液滴加在玻碳電極表面，在紅外燈下烘干石墨烯懸浮液滴加在玻碳電極表面，在紅外燈下烘干30分鐘分鐘即制得石墨烯修飾玻碳電極。隨后即制得石墨烯修飾玻碳電極。隨后,將修飾電極放將修飾電極放在在0.1mol/L PBS(pH值為值為4.6)溶液中，電勢范圍從溶液中，電勢范圍從0.0到到-1.5 V在掃描在掃描以以0.05V/s的掃描速度循環(huán)十個周期，記錄循的掃描速度循環(huán)十個周期，記錄循環(huán)伏安圖環(huán)伏安圖。2 設(shè)備和程序 GO表面形態(tài)的特點是通過原子力顯微鏡(AFM,Agilent5500,美國)和掃描電子顯微鏡(SE

5、M、日立H- 9000、日本)得到的。所有的電化學(xué)實驗都是在三電極電解池下進(jìn)行的。包括CHI660D電化學(xué)工作站(Chenhua,中國),鉑電極和Ag /AgCl電極分別作為輔助電極和參比電極。修飾電極的電化學(xué)性質(zhì)是通過循環(huán)伏安法(CV)和電化學(xué)阻抗譜(EIS)來測定的。CV是在0.1mol/L氯化鉀+ 1.010-3mol/L K3Fe(CN)63-/4-溶液中測定。EIS是在0.1mol/L氯化鉀+ 5.010-3mol/LK3Fe(CN)63-/4-溶液中測定的。這時的平衡電勢是0.175 V(vs . Ag /AgCl)、擾動振幅為5mV，頻率范圍從100千赫至0.1赫茲。所有測量是在

6、室溫下進(jìn)行的(252 )。結(jié)果與討論1 1 修飾電極的特征修飾電極的特征2 2 鳥嘌呤和腺嘌呤在鳥嘌呤和腺嘌呤在er-GO/GCEer-GO/GCE電極上的電化學(xué)行電極上的電化學(xué)行為為3 3 在在GO/GCEGO/GCE上同時測定腺嘌呤和鳥嘌呤上同時測定腺嘌呤和鳥嘌呤4 4 er-GO/GCE er-GO/GCE選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性5 5 er-GO/GCE er-GO/GCE的分析應(yīng)用的分析應(yīng)用1 1 修飾電極的特征修飾電極的特征 圖1-A顯示了GO沉積在云母基質(zhì)上的AFM圖象?？梢钥闯鯣O幾乎是單層,平均厚度是1 - 1.5納米,比理論預(yù)測值大些。這種現(xiàn)象可以歸結(jié)為

7、單個石墨烯薄片在兩面都包含官能團(tuán)。圖1-B顯示了GO的SEM圖像。這個皺巴巴的,皺片狀的結(jié)構(gòu)可以提供更多的反應(yīng)位點。此外,因為在制備石墨氧化物過程中的氧化反應(yīng)，石墨烯薄片邊緣的平面也可能產(chǎn)生化學(xué)官能團(tuán),如C-OH和-COOH,有利于GO吸附在GCE電極表面上和反應(yīng)物分子的吸收。圖2-A顯示了樣品GCE,GO/GCE和er-GO/GCE在0.1mol/L氯化鉀+ 1 10-3mol/L K3Fe(CN)6溶液中的CV圖。有明確定義的樣品的CV圖,即在裸GCE電極上觀察得到氧化還原過程中可逆電子的轉(zhuǎn)移(曲線a)。然而，修飾的GO/GCE,陽極和陰極峰幾乎消失(曲線b)。在電極表面上Fe(CN)63

8、-電子轉(zhuǎn)移過程中，GO修飾電極充當(dāng)了阻擋層的角色。然而,當(dāng)GO還原成er-GO時，我們可以看到一對清晰的氧化還原峰（曲線c）。表明er-GO可以加速Fe(CN)63-電子傳遞。Fig. 1 AFM (A) and SEM (B) images of GO圖圖2-A 樣品樣品GCE,GO/GCE和和er-GO/GCE在在0.1mol/LKCl+ 1 10-3mol/L K3Fe(CN)6溶液中的溶液中的CV圖圖圖圖2-B （a）GCE、（、（b）GO/GCE、（、（c）er-GO/GCE在在510-3mol/LFe(CN)63-/4-+ 0.1 mol/LKCl頻率從頻率從0.1Hz到到100H

9、z的奈奎斯特圖的奈奎斯特圖圖圖3（a）GCE、（、（b）GO/GCE、（、（d）er-GO/GCE在在1.010-5mol/L鳥嘌呤鳥嘌呤（A）和腺嘌呤（）和腺嘌呤（B）溶液中的）溶液中的CV圖，（圖，（c）er-GO/GCE在在0.1mol/LPBS溶溶液（液（pH=6.2）在）在0.1V/s的的CV圖圖圖4 (a) GCE, (b) GO/GCE,和 (d) er-GO/GCE 在1.0 10-5 mol /L鳥嘌呤和腺嘌呤混合溶液 (1 : 1)的CV圖 ， (c) er-GO/GCE 在 0.1 mol /L PBS (pH=6.2) 在0.1 V/s的CV圖 Fig. 5 (A) 在

10、 5.0 10-6 mol /L腺嘌呤存在時， er-GO/GCE 在0.4, 0.8, 2.0, 4.0, 8.0, 12.0,和16.0 10-6 mol/ L鳥嘌呤 (從a到g) 溶液的DPV圖，坐標(biāo)是峰電流對鳥嘌呤濃度 (B) 在 5.0 10-6 mol/ L鳥嘌呤存在時，er-GO/GCE 在0.6, 1.0, 3.0, 5.0, 7.0, 10.0, 15.0, and 20.0 10-6 mol /L腺嘌呤(從 a到h) 溶液 的DPV圖，坐標(biāo)是峰電流對腺嘌呤濃度。2 2 鳥嘌呤和腺嘌呤在鳥嘌呤和腺嘌呤在er-GO/GCEer-GO/GCE電極上的電化電極上的電化學(xué)行為學(xué)行為

11、鳥嘌呤和腺嘌呤在電極上的氧化還原行為是通過鳥嘌呤和腺嘌呤在電極上的氧化還原行為是通過CVCV圖來圖來 表征的。和鳥嘌呤在表征的。和鳥嘌呤在GO/GCEGO/GCE電極上的氧化峰相比電極上的氧化峰相比( (曲線曲線 b),er-GO/ GCE(b),er-GO/ GCE(曲線曲線c)c)的峰電勢從的峰電勢從0.754 V0.754 V降低到降低到0.717V,0.717V,峰峰電流電流1.349uA1.349uA增加到增加到4.976uA4.976uA。氧化峰電勢負(fù)移約。氧化峰電勢負(fù)移約46mV46mV。氧化。氧化峰值電流峰值電流(Ipa)(Ipa)增加約增加約4.624.62倍。腺嘌呤在不同電

12、極也是類似倍。腺嘌呤在不同電極也是類似的結(jié)果。在的結(jié)果。在er-GO/GCEer-GO/GCE上峰電流增加和峰電勢負(fù)移也許可以上峰電流增加和峰電勢負(fù)移也許可以歸因于歸因于er-GOer-GO固定在固定在GCEGCE電極表面時，表面積大電極表面時，表面積大, ,有大量的官有大量的官能團(tuán)和導(dǎo)電性能強，增加了電化學(xué)吸附位點能團(tuán)和導(dǎo)電性能強，增加了電化學(xué)吸附位點, ,吸附了大量吸附了大量的的鳥嘌呤和腺嘌呤鳥嘌呤和腺嘌呤, ,電催化能力大大提高。電催化能力大大提高。3 3 在在GO/GCEGO/GCE上同時測定腺嘌呤和鳥嘌呤上同時測定腺嘌呤和鳥嘌呤 圖圖4 4顯示了含有顯示了含有0.1mol/L PBS

13、0.1mol/L PBS（pH=6.2pH=6.2）的腺嘌呤和）的腺嘌呤和鳥嘌呤混合溶液（鳥嘌呤混合溶液（1.01.010-5mol/L10-5mol/L）在不同電極上的）在不同電極上的CVCV曲線曲線圖。在裸圖。在裸GCEGCE電極上測定時可以看到兩個小駝峰峰值分別在電極上測定時可以看到兩個小駝峰峰值分別在0.790 V0.790 V和和1.077 V(1.077 V(曲線曲線a a）。對于）。對于GO/GCE,GO/GCE,峰電流大約在峰電流大約在0.754 V0.754 V和和1.052V(1.052V(曲線曲線b)b)，均略有增加。相應(yīng)地，均略有增加。相應(yīng)地, ,對于對于er-er-G

14、O/GCEGO/GCE，峰電流大約在，峰電流大約在0.735 V0.735 V和和1.007V1.007V，不僅顯示出了，不僅顯示出了電勢負(fù)移而且電流響應(yīng)增強。陽極峰電勢擴大后的分離與敏電勢負(fù)移而且電流響應(yīng)增強。陽極峰電勢擴大后的分離與敏感性的增加實現(xiàn)了在感性的增加實現(xiàn)了在er-GO/GCEer-GO/GCE上同時測定鳥嘌呤和腺嘌呤上同時測定鳥嘌呤和腺嘌呤的可行性。的可行性。 在優(yōu)化條件下，用電化學(xué)方法在在優(yōu)化條件下，用電化學(xué)方法在er-GO/GCEer-GO/GCE上上同時測定鳥嘌呤和腺嘌呤由同時測定鳥嘌呤和腺嘌呤由DPVDPV完成。為了優(yōu)化決完成。為了優(yōu)化決定性條件，定性條件，GOGO修飾

15、數(shù)量的影響、溶液的修飾數(shù)量的影響、溶液的pHpH值影響值影響被優(yōu)先考慮。實驗證明被優(yōu)先考慮。實驗證明, ,當(dāng)當(dāng)GOGO分散液在分散液在GCEGCE電極上電極上的體積，從的體積，從1 1到到5 5微升時和從微升時和從5 5到到9 9微升時，鳥嘌呤微升時，鳥嘌呤和腺嘌呤在和腺嘌呤在er-GO/GCEer-GO/GCE的氧化電流分別增加和降低。的氧化電流分別增加和降低。另外另外, ,研究還表明研究還表明, ,當(dāng)溶液的當(dāng)溶液的pHpH值從值從4.64.6變化到變化到6.26.2時，鳥嘌呤和腺嘌呤的氧化峰電流增加時，鳥嘌呤和腺嘌呤的氧化峰電流增加, ,從從6.26.2到到8.78.7時，氧化峰電流降低。

16、因此，分別選用時，氧化峰電流降低。因此，分別選用GOGO的修的修飾體積為飾體積為5 5毫升、溶液毫升、溶液pHpH值為值為6.26.2作為優(yōu)化條件。作為優(yōu)化條件。4 er-GO/GCE選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性 同時測定鳥嘌呤和腺嘌呤時主要的干擾物質(zhì)來自生物體液中共存同時測定鳥嘌呤和腺嘌呤時主要的干擾物質(zhì)來自生物體液中共存的物質(zhì)的物質(zhì), ,這可能導(dǎo)致新的伏安峰或與現(xiàn)有的峰重疊。我們對一些可能的無這可能導(dǎo)致新的伏安峰或與現(xiàn)有的峰重疊。我們對一些可能的無機離子和有機化合物進(jìn)行了測試并評估它們的干擾水平。結(jié)果表明機離子和有機化合物進(jìn)行了測試并評估它們的干擾水平。結(jié)果表明,50,50倍倍濃度的濃度的Ca2

17、+,Mg2+,Fe3+,Zn2+Ca2+,Mg2+,Fe3+,Zn2+、Cu2+,Cl-,Cu2+,Cl-,抗壞血酸、尿液酸、多巴胺、抗壞血酸、尿液酸、多巴胺、葡萄糖、和葡萄糖、和1010倍的退熱凈倍的退熱凈, ,人血清白蛋白人血清白蛋白, ,血紅蛋白對鳥嘌呤和腺嘌呤信號血紅蛋白對鳥嘌呤和腺嘌呤信號的檢測沒有明顯的影響，偏差低于的檢測沒有明顯的影響，偏差低于5%5%。er-GO/GCEer-GO/GCE穩(wěn)定性和重現(xiàn)性的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性的評估是在評估是在1.01.010-5mol/L10-5mol/L的鳥嘌呤和的鳥嘌呤和1.0 1.0 10-5mol/L10-5mol/L的腺嘌呤溶液中進(jìn)的腺嘌呤溶

18、液中進(jìn)行的。經(jīng)過行的。經(jīng)過7 7天成功的掃描檢測，鳥嘌呤和腺嘌呤溶液在新制的天成功的掃描檢測，鳥嘌呤和腺嘌呤溶液在新制的er-er-GO/GCEGO/GCE上的氧化峰電流有一個相對標(biāo)準(zhǔn)偏差上的氧化峰電流有一個相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)(RSD)分別為分別為2.42%2.42%和和2.75%2.75%。如將新制的。如將新制的er-GO/GCEer-GO/GCE儲存在儲存在44下下7 7天，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為天，標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.87%3.87%和和4.06%4.06%。表明這種準(zhǔn)備好的。表明這種準(zhǔn)備好的er-GO/GCEer-GO/GCE具有良好的穩(wěn)定性和重具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。此外現(xiàn)性。此外, ,在在PBSPBS溶液中連續(xù)掃描三個周期溶液中連續(xù)掃描三個周期, ,結(jié)果顯示結(jié)果顯示er-GO/GCEer-GO/GCE很容很容易再生并為下一個測量使用易再生并為下一個測量使用, ,再生再生er-GO/GCEer-GO/GCE在相同的溶液中測量在相同的溶液中測量1515次，次，RSDRSD值約值