尿酸和肾上腺素在活化玻碳电极上的测定Word文档格式.docx

1、因此，我们希望有一种简单直接的方法来监测体液中尿酸的浓度。肾上腺素（有两个英文名称 Epinephrine 和 adrenaline）是哺乳动物中枢神经系统中一种重要的儿茶酚胺类神经递质16。许多生命现象都与血清中肾上腺素的含量有关，其也是向传出神经器官传递神经脉冲的化学递质。医学上，肾上腺素是一种常见的急救医疗药物17。因此，对肾上腺素的测定引起了研究人员的关注。尿酸和肾上腺素在人体体液中是共存的，所以，生物研究者和化学研究者对两者的同时测定很感兴趣。许多研究者发表过单独测试尿酸或肾上腺素的研究，但对两者同时测试的研究却很少。目前，我们实验室已研制出两个生物传感器，可用于肾上腺素和尿酸的同时

2、测定。这种生物传感器基于咖啡酸改进玻碳电极和自组装内消旋-2,3-二巯基丁二酸黄金电极18,19。在本论文中，肾上腺素和尿酸的直接同步测定采用电化学活化作用预处理的玻碳电极。研究发现，在预处理电极上，肾上腺素和尿酸出现两个分明的氧化峰，用于同时直接测量肾上腺素和尿酸含量的方法研究成功。2.实验用品 2.1试剂 实验使用的是收到的肾上腺素（标记）和尿酸（上海化学试剂公司，准备好尿酸储备试剂（5.010 mol L）和肾上腺素储备试剂（5.010 mol L），磷酸盐缓冲液用于控制酸碱度，通过混合磷酸二氢钠和磷酸氢二钠储备溶液备好不同 pH值的缓冲液，其他所有化学品都是分析纯级且没有经过进一步净化

3、。过程中使用二次蒸馏水。所有实验于室温（约 25）下进行。2.2 仪器 所有电化学测量使用 PG302型电化学测试仪（荷兰 ECO.CHEMIE 私人有限公司）进行，并包括一个测量电阻抗的 FRA2模块、一个 SCANGEN扫描发生器和GPES/FRA4.9版软件。采用常规三电极系统进行测量。工作电极为玻碳电极（d=3mm），对电极为铂丝，参比电极为一个银/氯化银电极。2.3 活化电极的准备 首先，裸电极分别用 0.3m 和 0.5m 的氧化铝和抛光布抛光成一个镜面，再分别用 1:1 的硝酸、二次蒸馏水，纯乙烯和水进行超声波清洗。之后，放入 0.1 mol L磷酸盐缓冲液（pH 5.0）中通电

4、+1.75V 300秒。再进行 20 次电压+0.3V到+1.3V 的扫描20。不使用时，存放于室温下水中。3.结果与讨论 3.1 电化学火花玻碳电极的特性 一组可逆物质的氧化还原行为可用来探究单电子层的包裹结构21,22，如表Fig.1，K3Fe（CN）6 在裸电极上出现一对可逆还原峰。两个峰值之间的分隔大约为76mV，峰值电流 iPa/iPc 出现概率约为 1.玻碳电极经电化学处理后，峰值消失了。这表明电化学活化电极上有一层膜，能阻止 K3Fe（CN）6 接触电极表面，从而使电极过程变得不可逆。Fig.1.CVs of 1.0 103 mol L1 Fe（CN）63/Fe（CN）64+0.

5、1 mol L1 KCl（1）and 5.0 103 mol L1 Ru（NH3）63+/Ru（NH3）64+0.1 mol L1 KCl（2）at the bare GCE（a）and the electrochemically activated electrode（b）.Scan rate,100 mV s1 为了更加了解电化学活化玻碳电极的特性，我们使用 Ru（NH3）63+/Ru（NH3）64+,与Fe（CN）63/Fe（CN）64不同，Ru（NH3）63+/Ru（NH3）64+是一种阳离子，不论是在裸电极上还是活化电极上，Ru（NH3）63+/Ru（NH3）64+几乎都不发生任何变

6、化，但其在活化电极上的峰值结构会升高一点。这一现象表明，相较于裸电极，Ru（NH3）63+/Ru（NH3）64+会更快到达活化电极表面，因为活化电极表面都是负电荷，能够吸引 Ru（NH3）63+/Ru（NH3）64+。因此，我们可以得出结论：电化学活化玻碳电极上但电子层的结构几乎都是羧基结构23。裸电极与电化学活化电极复阻抗曲线示于图Fig.2，两者的对比显示出电化学活化电极上的膜的作用。腹膜电极的 Rct，也就是半圆的直径，明显比裸电极大。这是因为膜阻隔了电子的移动，说明电极被活化了。.Fig.2.Electrochemical impedance spectroscopy plots me

7、asured in 5.0 103 mol L1 Fe（CN）63/Fe（CN）64+0.1 mol L1 KCl+PBS（pH 5.0）at the formal potential of 0.22 V for the bare GCE（a）and the electrochemically activated electrode（b）.The frequency range is between 0.05 and 105 Hz.3.2 肾上腺素和尿酸在电化学活化电极上的电化学反应 肾上腺素和尿酸的同步氧化示于图 Fig.3.曲线 a,b分别表示其在裸电极和活化电极上的反应。从曲线 b，我们

8、可以看到，肾上腺素和尿酸的峰值电势分别为 303 和464mV，差值为 161mV。活化电极上的峰值比裸电极上的大。与裸电极相比，肾上腺素和尿酸的氧化峰在活化电极上更高更陡，峰电流随浓度增加而增加。此外，活化电极基线远低于裸电极，更有利于测量，所以，活化电极可用于同时测定肾上腺素和尿酸。Fig.3.DPVs of the bare GCE（a）and electrochemically activated electrode（b,c）in 0.1 mol L1 PBS（pH 5.0）.（a）and（b）represent in the presence of EP（2.0 105 mol L1

9、）and UA（4.0 105 mol L1）;（c）in the absence of EP and UA.3.3 pH值对活化电极上肾上腺素和尿酸的峰电流和峰电势的影响 我们研究了磷酸盐缓冲液的 pH值对肾上腺素和尿酸的峰电流的影响。肾上腺素和尿酸的峰电流在 pH值为 5.0 时达到最大值。首先，羧基团随 pH值升高而逐渐分离，直到 pH值高于 5.0 时彻底分离 24，而且，由于-NH-存在于肾上腺素和尿酸的分子中。H的增加有利于反应的进行，当 pH值约高于 5.8时，H+的浓度下降，峰电流也迅速下降。因此，我们选择 pH5.0的磷酸盐缓冲液作为混合肾上腺素和尿酸测试的电解质。我们还进行

10、了 pH 值对峰电势的影响的研究。在 pH值为 4.0到 7.0 之间时，肾上腺素和尿酸的峰电势随 pH值的上升而迅速下降，得到线性回归方程式 EEP=0.8758 0.0902pH（EEP,V;r=0.9945）and EUA=0.8847 0.09130pH（EUA,V）;r=0.9950），表明，电子的吸收过程伴随着同等数量的质子被吸收的发生。3.4扫描频率的影响 图 Fig.4是不同扫描速率下肾上腺素和尿酸在活化电极上的循环伏安曲线图，从图中可以看出肾上腺素和尿酸的峰值氧化电势随扫描速率提升而上升，两者的峰电流也随之上升，而且在 5到 150mV s1之间时两者的峰电流分别与扫描速率呈

11、线性关系。肾上腺素的线性回归方程为 ip=0.1858+153.6941v（ip:106 A,v:V s1:r:0.9998），尿酸的线性回归方程为 ip=2.0900+132.4953v（ip:V s1,r:0.9980）。可以得出，活化电极上的肾上腺素和尿酸的氧化过程中吸附作用受到抑制。Fig.4.CVs of PBS（pH 5.0）containing 2.0 105 mol L1 EP and 5.0 105 mol L1 UA on the electrochemically activated electrode at different scan rates.The scan r

12、ate（from 1 to 8,mV s1）is 5,10,30,50,80,100,120,and 150,respectively.3.5 肾上腺素和尿酸得同时测量 在最佳条件下，我们测试了混合肾上腺素和尿酸中一者浓度不变，另一者浓度发生变化时的电氧化作用。结果如图 Fig.5，图 Fig.5a测试表明，当尿酸浓度不变时，肾上腺素的峰电流随肾上腺素浓度上升而增大。尽管肾上腺素氧化后变化趋势稍有增强，但尿酸的峰值电流仍然不变。显而易见，如图 Fig.5b，保持肾上腺素浓度不变，尿酸的峰值氧化电流同样与其浓度成正比。由上述实验结果可以看出，两者峰值氧化电势明显分离。Fig.5.（a）DPVs

13、of EP with different concentrations in the presence of UA（1.0 105 mol L1）.Concentration of EP（from 1 to 6,mol L1）:5.0 106,1.0 105,2.0 105,3.0 105,4.0 105 and 5.0 105,respectively.Fig.5.（b）DPVs of UA with different concentrations in the presence of EP（5.0 106 mol L1）.Concentration of UA（from 1 to 7,m

14、ol L1）:5.0 106,1.0 105,1.5 105,2.5 105,3.5 105,4.5 105 and 5.5 105,respectively.为证明活化电极是否能用于来同时测量肾上腺素和尿酸，我们通过同时改变肾上腺素和尿酸的浓度，测试了两者的电流反应。图 Fig.6 是同时改变肾上腺素和尿酸的浓度，活化电极上差分脉冲伏安法测量结果，峰电流分别与肾上腺素和尿酸的浓度成正比，肾上腺素和尿酸的曲线在 1.0 106 到 4.0 105 段和 1.0 106 到 5.5 105 mol L1 段呈线性。肾上腺素的线性回归方程为 ipa=0.4218+1.7006c（ipa:106 A

15、,c:105 mol L1,r=0.9991），尿酸的为 ipa=0.2286+0.9490c（ipa:105 mol L1,r=0.9943）。所以，该方法可用于同时测量肾上腺素和尿酸，肾上腺素和尿酸的测量限值分别为 8.9 108 和 1.6 107 mol L1（约为声音信号比率的 3 倍）。Fig.6.DPVs of PBS（ph 5.0）containing UA and EP with different concentrations.Concentration of EP（from 1 to 9,mol-1）is 0.1 10-5，0.5 10-5，0.8 10-5，1.0 10

16、-5，1.5 10-5，2.0 10-5，2.5 10-5，3.5 10-5，and 4.5 10-5，respectively；concentraion of UA（from 1 to 9，mol-1）is 0.1 10-5，1.0 10-5，2.5 10-5，3.0 10-5，3.5 10-5，4.0 10-5，4.5 10-5，5.0 10-5，and 5.5 10-5，respectively.Inset:relationship between the anodic peak current of DPV and the concentration of EP or UA.3.6 活

17、化电极的重复性 重复性是电机的另一个重要特性。深入研究表明，活化电极表现出高灵敏度和优秀的重复能力。在 10次连续测试中，2.0 105 mol L1 肾上腺素和 4.0 105 mol L1 尿酸的电流反应没有发生变化。肾上腺素相对标准偏差为 2.3%，尿酸相对标准偏差为 3.8%。3.7干扰 我们研究了不同异物对 2.0 105 mol L1 肾上腺素和 4.0 105 mol L1 尿酸的影响。将能造成 5%相对误差的异物的最大浓度设为控制标准。测试中，肾上腺素和尿酸中异物的容忍率分别是：Cl 和 K+为 1000;NH4+：300;Mg2+为 100;甘氨酸为30;L-甘氨酸为 25;

18、L-天冬酰胺,葡萄糖和谷氨酸为 15；果糖和 AA 为 5，样品中大量的 Na+and PO43并不影响测试。3.8 实际样品分析 我们采用先进方法测量盐酸肾上腺素注射液中的肾上腺素和血清中的尿酸。3 次测量结果中，注射液中肾上腺素平均含量为 0.99 mg mL1 符合注射规范量（1.00 mg mL1）。在稀释肾上腺素注射剂（1.09 105 mol L1）中加入不同标准浓度的肾上腺素，3次测量的恢复率在 96.3%and 101.1%之间，结果列于表 1。将由西南大学医院提供的不同体积的血清（0.5；0.8和 1.0mL）与 3.0mL pH值为 5.0 的磷酸盐缓冲液用移液管倒入一系列

19、 10mL量瓶中，并用水稀释至标点位置。将 10mL试液的一等份放入电化学电池中，并测量峰电流。根据三次测量和计算，血清中尿酸含量为 4.03 104 mol L1（6.8 mg/100 mL），处于生理血清水平范围内。结果如表 2，可以看出，此方法可有效测量实际样品中的肾上腺素和尿酸。4.结论 在本论文中，采用差分脉冲伏安法，使用电化学活化玻碳电极同时对肾上腺素和尿酸进行测量，肾上腺素和尿酸的氧化峰明显分开，这在目前发表的论文中少有报告。与其他方法14,17,18,2527相比，制作活化电极更加简单，方便，成本更低，而且，电化学活化玻碳电极表现出极好的精确性、专一性、重复性，并对测量肾上腺素

20、和尿酸有较低的测量限值。最后，活化电极在同时测试肾上腺素和尿酸方面展现出极大的便利性，可用于实际样品测试中并取得满意结果。鸣谢 本项目由中国国家自然科学基金会（No.20575054）和重庆市城市科学基金会（No.CSTC-2004BA4024,No.CSTC-2006BB0342）提供支持，本文所有作者在此表示衷心感谢。参 考 文 献：1 R.J.Taylor,A.A.Humffray,J.Electroanal.Chem.42（1973）347.2 W.J.Blaedel,R.A.Jenkins,Anal.Chem.47（1975）1337.3 R.C.Engstrom,Anal.Chem

21、.54（1982）2310.4 R.C.Engstrom,V.A.Strasser,Anal.Chem.56（1984）136.5 G.E.Cabaniss,A.A.Diamantis,J.W.R.Murphy,et al.,J.Am.Chem.Soc.107（1985）1845.6 I.F.Hu,D.H.Karwelk,J.Kuwana1,J.Electroanal.Chem.188（1985）59.7 H.Dai,K.K.Shiu,J.Electroanal.Chem.419（1996）7.8 H.Y.Gu,A.M.Yu,H.Y.Chen,Anal.Lett.34（2001）2361.9

22、J.Mattusch,K.H.Hallmeier,K.Stulik,et al.,Electroanalysis 1（1989）405.10 J.Wang,M.S.Lin,Anal.Chem.60（1988）499.11 L.J.Kepley,A.J.Bard,Anal.Chem.60（1988）1459.12 H.Kaur,B.Halliwell,Chem.Biol.Interact.73（1990）235.13 L.Z.Zheng,S.G.Wu,X.Q.Lin,et al.,Electroanalysis 13（2001）1351.14 S.Kang,K.K.Shiu,Electroana

23、lysis 13（2001）1319.15 E.Miland,A.J.M.Ordieres,P.T.Blanco,et al.,Talanta 43（1996）785.16 P.Hernandez,O.Sanchez,F.Paton,et al.,Talanta 46（1998）985.17 T.N.Deftereos,A.C.Calokerinos,C.E.Efstathiou,Analyst 118（1993）627.18 N.B.Li,L.M.Niu,H.Q.Luo,Microchim.Acta 153（2006）37.19 W.Ren,H.Q.Luo,N.B.Li,Biosens.Bi

24、oelectron.21（2006）1086.20 H.S.Wang,H.X.Ju,H.Y.Chen,Electroanalysis 13（2001）1105.21 C.Miller,P.Cuendet,M.Gratzel,J.Phys.Chem.95（1991）877.22 M.D.Porter,T.B.Bright,D.L.Allara,et al.,J.Am.Chem.Soc.109（1987）3559.23 S.J.Dong,G.L.Che,Y.W.Xie,Chemically Modified Electrodes,Science Publishing Company,Beijing,2003,p.162.24 T.Katayama,E.I.Takai,R.Kariyama,et al.,Anal.Biochem.88（1978）382.25 Y.Q.Zhang,W.D.Shen,R.A.Gu,et al.,Anal.Chim.Acta 369（1998）123.26 S.Q.Wang,X.Q.Lin,Electroanalysis 16（2004）1734.27 Z.H.Wang,D.Zhang,Y.Zhang,et al.,Anal.Lett.35（2002）1453.