电沉积石墨烯修饰玻碳电极检测尿酸_汤洪波.pdf

第 卷 第期 年月青 岛 科 技 大 学 学 报（自然科学版）（）文章编号：（）；：电沉积石墨烯修饰玻碳电极检测尿酸汤洪波，周晓燕，王春艳，周健（宜春学院 化学与生物工程学院，江西 宜春 ）摘要：采用电沉积法制备石墨烯修饰的 电极，并通过循环伏安法研究了尿酸在 电极上的电化学行为。实验结果证明，与裸玻碳电极相比 修饰电极对尿酸的电催化氧化有明显增强作用。在 尿酸浓度范围内，修饰电极检测尿酸的峰电流与的其浓度呈线性关系，尿酸的检出限为 。采用 修饰电极对尿酸进行加标回收率检测，具体结果为 。关键词：尿酸；电沉积；修饰电极；石墨烯中图分类号：文献标志码：引用格式：汤洪波，周晓燕，王春艳，等电沉积石墨烯修饰玻碳电极检测尿酸青岛科技大学学报（自然科学版），（）：，（），（）：收稿日期：基金项目：江西省卫计委科技计划项目（）作者简介：汤洪波（），男，博士 通信联系人 ，（，）：，：；尿酸（）是嘌呤的代谢产物。健康人体内尿酸的生成量与排泄量保持平衡。当肾脏严重受损或体内嘌呤代谢紊乱时，血液中尿酸含量就会升高。另外长期摄入过多含嘌呤的食物如鱼虾、肉类、动物内脏等，也会致使体内尿酸合成量增多。痛风就是血尿酸水平过高引起的，还会引发或加重高血压、动脉粥样硬化、呼吸系统疾病、肾脏病、糖尿病等。尿酸的定量检测，对疾病的临床诊断和治疗有重大第期汤洪波等：电沉积石墨烯修饰玻碳电极检测尿酸意义。电化学分析法具有灵敏度高、检测限低、操作简单、选择性好等优点。近年来利用电化学分析法实现对尿酸的定 性和 定量 检 测 已 有 相 关 报道。等采用不同 掺杂量石墨烯修饰的 电极对尿酸进行了定量检测，在抗坏血 酸 的 干 扰 下，检 测 限 达 到 。王存等将纳米金聚对氨基苯酚多壁碳纳米管纳米复合材料修饰玻碳电极，对尿酸的检测限为 ，线性范围分别为 。电化学传感器对尿酸的检测，比 和化学滴定等方法具有更低的检测限和更高的灵敏度。石墨烯因其具有独特的二维层状结构、较大的比表面积、良好的电学性能等，已在材料、电池、污水净化等领域得到广泛应用。在电化学分析领域，石墨烯基复合材料制作的电化学传感器被越来越广泛的应用。本工作采用电化学沉积技术，将氧化石墨烯还原并附着于玻碳电极表面，实现石墨烯修饰碳电极（）的制备，并将该修饰电极用于尿酸的电化学检测。实验部分仪器与试剂电化学工作站，型，上海辰华仪器有限公司；玻碳电极、铂片电极、饱和甘汞电极，天津艾达恒晟科技发展有 限公 司；精密 计，型，上海精密科学仪器有限公司。铁氰化钾、亚铁氰化钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、氯化钾、氯化钠、尿酸、硫酸、葡萄糖、草酸、硼酸、蔗糖、尿素、柠檬酸、抗坏血酸、半胱氨酸等均为分析纯试剂，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；实验用水为超纯水。电极的制备玻碳 电 极 先 分 别 用 、和 的 粉末抛光，每次打磨结束用乙醇和二次蒸馏水超声清洗各 然后用去离子水冲洗，晾干备用。修饰电极的制备步骤，：将活化后的玻碳电极浸到 氧化石墨烯的 缓冲溶液（，）中。缓慢搅拌，在 电位范围内以 的扫速，循环伏安扫描 圈，自然晾干后即得 修饰电极。电化学测试以饱和甘汞电极为参比电极、铂片电极为辅助电极、修饰电极为工作电极，构成三电极测试体系，采用循环伏安法研究尿酸在 修饰电极上的电化学行为，所有实验都在室温条件下进行。结果与讨论电化学阻抗谱测试表征修饰电极在 （）和 （）的浓度均为 、浓度为 的混合溶液中，对 与 两电极进行电化学交流阻抗测试，比较两电极的电子传导能力差异，结果见图。电化学阻抗谱中半圆直径的大小可以表征电子传输能力大小，直径越小电子传输速率越快。在图中，电极的电化学阻抗图的高频端半圆直径小于 电极的高频端半圆直径，说明 电极比 电极有更好的电子传导能力，同时也有力地证明石墨烯已成功还原并沉积到了玻碳电极表面。图 修饰电极和 电极的电化学阻抗谱图 尿酸在不同电极上的电化学行为比较在尿 酸 浓 度 为 的 （值为 ）缓冲溶液中，采用循环伏安法考察了尿酸分别在 和 两种不同电极上的电化学行为，结果见图。由图可知，尿酸在 修饰电极上的氧化峰电流值大于尿酸在 电极上的氧化峰电流值，表明 修饰电极能增强尿酸的电催化氧化。并且尿酸在 和 上均出现微弱的还原峰，而且尿酸在 修饰电极上出现的还原峰比在 出现的还原峰更明显观察到，还能说明电沉积的还原石墨烯能加强对尿酸的电催化能力。青 岛 科 技 大 学 学 报（自然科学版）第 卷图尿酸在 与 两种电极上的循环伏安行为比较 实验条件的优化沉积圈数的影响为了考察修饰层厚度对尿酸电化学响应的影响，制备不同沉积圈数的 分别对同一浓度尿酸溶液（）进行检测比较尿酸的峰电流响应值见图。代表的电极沉积圈数分别为、。实验结果可知电极沉积圈时尿酸的峰电流响应值最大。因此实验选择沉积圈作为修饰电极最优扫描圈数。图不同沉积圈数对尿酸电化学响应的比较 不同 值的影响图为不同 值的 缓冲液作为测定底液，对 尿酸溶液的循环伏安检测曲线。在 的 值范围内，随着 值的不断增大，尿酸的氧化峰电位向负方向移动，原因是缓冲液 值增加，过电位降低了电子转移。氧化峰的正移电位还可能表明尿酸的氧化副产物通过吸附，因此需要更多的能量来去除样品中的杂质表面，引起观察到的峰值电位正移。选择 值为 时，峰电流数值最大，故选择 为 的 缓冲液作为尿酸的最佳测定电解液。峰电位与 值呈线性关系见图，其回归方程为 （），斜率接近于能斯特方程的斜率，进一步表明尿酸的氧化过程有质子的参与。尿酸是三氧基嘌呤，电催化氧化机制是分子中胺基的脱氢氧化，其电化学反应是两电子两质子过程，酸性条件有利于质子的丢失。而且电极表面的石墨烯有利电子和质子的传递，对尿酸的电催化氧化也有促进作用。图尿酸在不同 溶液中的 曲线 图响应电流与溶液 的线性关系曲线 扫描速率的比较在 尿酸溶液中，不同扫描速率条件时 修饰电极的循环伏安行为见图。实验结果表明，随扫速的增大尿酸的氧化峰电位正向移动，氧化峰电流也随之增大。在 扫速范围内，尿酸的氧化峰电流值与不同扫速的平方根呈良好的线性关系见图，线性方程为 ，。尿酸的氧化峰电流值对数值与不同扫速的对数值也呈良 好 的线 性关 系（图），线性方程 为是 ，；结果表明尿酸的电化学 氧 化 过程 受 扩散和吸 附 两 个 过 程 共 同控制。第期汤洪波等：电沉积石墨烯修饰玻碳电极检测尿酸图尿酸在不同扫速下 曲线 图响应电流与扫速的线性关系曲线 图响应电流对数值与扫速对数值的线性关系曲线 线性范围、检出限 对不同浓度尿酸响应的 曲线见图。尿酸浓度与响应电流的线性关系见图。从图 可 知，在 尿 酸 浓 度 范 围 为 时，其峰电流与浓度呈线性关系，线 性 方程为（）（），最低检出限为 （）。电极的重现性与稳定性比较用同 一根 电极对 浓度的尿酸溶液进行 次平行测试，各峰电流的相对标准偏差为 ，说明该修饰电极具有良图 对不同浓度尿酸响应的 曲线 图 尿酸浓度与响应电流的线性关系图 好的重复性。将一根 电极放置后，在相同条件下对 浓度的尿酸溶液进 行 检 测，仍 能 保 持初始响应 电流 的电催化 活 性，结 果 表 明 修 饰 电 极 具 有 较 好 的 稳定性。干扰实验本实验研究了共存物质对尿酸溶液测定的影响。在浓度为 的尿酸溶液中加入不同种类的干扰物质，在相对误差 限度内，倍的 、，倍的葡萄糖、蔗糖，倍的尿素、柠檬酸，倍的抗坏血酸、半胱氨酸对尿酸的检测不产生干扰。加标回收试验采用本实验建立的尿酸电化学分析方法检测水样和份尿样，尿样经 微孔滤膜过滤后，再用 溶液稀释 倍后再进行检测。分别向水样和尿样中加入同量的尿酸标准溶液，进行加标回收实验，其实验结果见表。尿酸的加标回收率范围为 ，实验结果表明利用该电化学方法可以准确地测定尿酸。青 岛 科 技 大 学 学 报（自然科学版）第 卷表尿酸的加标回收测定（）（）样品检测值（）加标量（）测得量（）回收率 水样 尿样 尿样 尿样 结论通过一步电沉积法成功制备了 修饰电极，探讨尿酸在该修饰电极上的电化学行为及不同因素对检测结果的影 响，与 裸 玻碳电 极相 比，对尿酸的氧化具有较好的电化学响应，灵敏度有明显的提高。在 尿酸浓度范围内，修饰电极检测尿酸的峰电流与的其浓度呈线性关系，尿酸的检出限为 。采用 修饰电极对尿酸进行加标回收率检测，具体结果为 。参考文献 ，（）：周晓燕，赵琦，王娜，等上海市松江区社区居民高尿酸血症与慢性肾病的相关性研究中华疾病控制杂志，（）：，（）：，：王存，王益平，彭莉，等 基于纳米金聚对氨基苯酚多壁碳纳米管纳米复合材料修饰电极对尿酸的灵敏检测化学传感器，（）：，（），（）：，：王雅珍，庆迎博，孟爽，等 石墨烯制备及应用研究进展 化学世界，（）：，（）：，：，：，：，（）：，（）：（责任编辑林琳）