利用膨胀石墨电极的制备用于色氨酸电化学检测的研究【摘要】以化学氧化法制备了膨胀石墨，再以石蜡作为粘合剂制备了膨胀石墨电极，该电极兼备电化学传感器和富集待测物分子，缩短传质过程时间的特点。优化了测定条件，在此根底上建立了一种直接测定色氨酸的电分析方法。结果说明：在0.020.12l/l范围内，电极响应与色氨酸浓度呈良好的线性关系，检出限为2.0107l/l，rsd为2.4%。该电极具有良好的选择性，除酪氨酸外，浓度高达5.0l/l(色氨酸浓度的100倍)的其它8种氨基酸在电极上均没有可测的响应。用该电极测定了医用氨基酸注射液中色氨酸的含量，结果与标称值相符。对色氨酸在膨胀石墨电极外表的富集原因和反响机理进展了初步讨论。【关键词】膨胀石墨电极色氨酸差分脉冲伏安法选择性1引言氨基酸的分析测试一直是人们研究较多的课题。检测氨基酸的传统方法主要有光谱法包括紫外可见光谱、荧光、化学发光等，然而大多数氨基酸在紫外可见光谱区的吸收极弱，自身又无荧光，不能直接进展检测，通常需要衍生化处理进步检测的灵敏度和选择性1。近年来，电化学法检测电活性氨基酸以其简单、灵敏、无污染等特点越来越受到人们的关注26。膨胀石墨既有优良导电性和吸附性，又有良好的化学稳定性7，其用于电化学法检测电活性氨基酸却还未见报道。本实验根据文献8制备了无硫膨胀石墨，以固体石蜡作为粘合剂制成膨胀石墨电极，该电极可用于色氨酸trp的直接电化学检测。应用差分脉冲溶出伏安dpa技术，成功地实现了trp的选择性检测，并具有较低的检出限和良好的重现性。用该电极测定氨基酸注射液中trp含量，结果与标称值相符。2实验局部2.1仪器与试剂色氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、谷氨酸、缬氨酸、丙氨酸、组氨酸中国医药集团上海化学试剂公司；酪氨酸、胱氨酸和半胱氨酸上海润捷化学试剂；复方氨基酸注射液(18aa)(批准文号：国药准字h19993589，四川科伦药业股份。其它化学试剂均为分析纯。所用水为18.3超纯水。2.2膨胀石墨电极的制备根据文献8，以化学氧化法制备膨胀石墨。准确称取膨胀石墨与固体石蜡质量比为23于烧杯中，微热至石蜡全熔熔点为5662，同时搅拌使两者混合均匀。冷却至室温后，将混合物填入长7205i.d.的玻璃管一端，填充深度为0.5，插入=2的铜丝实现电路连接。将电极截面抛光，用去离子水冲净后待用。重新抛光可使电极外表更新。2.3实验方法结果与讨论3.1膨胀石墨电极的电化学窗口分别以膨胀石墨电极和碳糊电极为工作电极，在1.21.6vvs.se的电化学窗范围内，在支持电解质溶液kl，ph2.0中进展v扫描。由图1可知，膨胀石墨为工作电极时，由支持电解质引起的背景电流与用碳糊为工作电极相比，几乎可以忽略不计，这说明膨胀石墨非常合适在实验所选用的条件下作工作电极。同时，这两种电极的电位窗上限1.6v都高于水的分解电位1.2v，这也说明用膨胀石墨电极进展电化学检测时，水不会发生分解而干扰氨基酸的检测。3.2色氨酸在膨胀石墨电极上的电化学响应3.2.1石蜡含量对峰电流的影响考察trp在不同含量石蜡的电极上的电化学响应，石蜡含量为40%时，基线噪音孝峰电流最大。所以，实验选用含40%石蜡的膨胀石墨电极为工作电极。3.2.2电解液的类型及ph值对峰电流的影响考察了trp在不同电解液邻苯二甲酸氢钾、hl、h2s4、kl、kn3中的电化学响应，当用kl作支持电解质时，得到的trp氧化峰的峰形好，峰电流也较大。同时考察了不同浓度的kl溶液，其浓度对峰电流影响不大，因此，本实验选用0.1l/lkl作为电解液。图1膨胀石墨电极(a)和碳糊电极(b)的循环伏安图略fig.1ylivltagrasfexpandedgraphite(a)andarbnpaste(b)电解液(eletrlyte):0.1l/lkl(ph=2.0);扫描速度(sanrate):100v/s。图2色氨酸氧化峰电流与ph的关系图略fig.2elatinshipbeteenxidatinpeakurrentftryptphan(trp)andphvalue3.2.3色氨酸的氧化峰电流与富集电位和富集时间的关系将膨胀石墨电极置于上述一样溶液中，分别在0.4、0.3、0.2、0.1、0.0、0.1和0.v的电位下富集80s。当富集电位为0.1v时，峰电流到达最大值，如图3所示。故实验选择富集电位为0.1v。图3色氨酸氧化峰电流与富集电位的关系图略fig.3elatinshipbeteenxidatinpeakurrentftrpandenrihentptential将膨胀石墨电极置于含50l/ltrp的klph=2.0溶液中，在0.1v时分别富集20、40、60、80、100、120和200s。结果说明。当富集时间80s时，trp的氧化峰电流随着富集时间的增加而迅速增大，随后trp在电极外表的吸附趋于饱和，峰电流根本不变。所以本实验选择富集时间为80s。3.3膨胀石墨电极的分析性能实验结果说明，当trp的浓度在0.020.12l/l时，其氧化峰电流与其浓度之间有良好的线性关系，线性回归方程为y=2.204+168.66x，r为0.9928，检出限为2.0107l/ls/n=3。电极立即检测与放置2个月后再进展检测的结果相比拟，trp的氧化峰电位和峰电流均无明显变化，说明该电极的稳定性良好。平行测定50l/ltrp溶液8次，rsd为2.4%，说明电极具有良好的重现性。3.4其它氨基酸对色氨酸测定的干扰当trp浓度为5105l/l时，按一样的实验方法，对100倍浓度的苯丙氨酸、赖氨酸、谷氨酸、缬氨酸、丙氨酸、组氨酸、酪氨酸、胱氨酸、半胱氨酸进展测定，除酪氨酸tyr有电化学响应外，其余氨基酸均无响应。但在实验条件下，两倍浓度的tyr不影响trp的测定图4。可见该电极具有较好的选择性，对于一般样品可直接测定其中trp的含量。图4色氨酸(a)和酪氨酸(b)在膨胀石墨电极上的dpa图略fig.4differentialpulsestrippingvltagrasftrp(a)andtyr(b)trp:5.0105l/l;tyr:1104l/l；电位增量(ptentialinreent)：0.01v；脉冲幅度(pulseaplitude)：0.1v；脉冲宽度(pulseidth):1.0s；脉冲间隔(pulseinterval)：0.2s；平衡时间(equilibriutie)：10s；其它条件同图3(thernditinsarethesaeasinfig.3)。3.5实际样品的测定膨胀石墨电极为工作电极，采用选定的实验方法对复方氨基酸注射液中的trp稀释后trp的含量为3.14g/l做加标回收实验，结果见表1。表1复方氨基酸注射液中色氨酸的加标回收实验结果略tablereveryftrpinpundainaidinjetinsaples3.6电极反响机理的讨论实验所用电极是膨胀石墨和固体石蜡的混合物。文献9报道了液体石蜡对trp和tyr均有萃取富集作用，但未见有关用固体石蜡对氨基酸选择性富集的报道。图5a是仅用膨胀石墨萃取前和萃取5、15和90in后trp的紫外光谱图。由图5知，trp在最大吸收波长217n处的吸光度随萃取时间而降低，萃取90in后，吸光度降低了83.1%，说明膨胀石墨对trp有很强的萃取富集作用。图5trp(a)和tyr(b)被膨胀石墨萃取不同时间的紫外光谱图略fig.5uvspetraftrp(a)andtyr(b)extratedbyexpandedgraphiteatdifferenttietrp：0.05l/l；tyr：0.05l/l;膨胀石墨用量(theauntfexpandedgraphite)：0.1088g;萃取富集时间(extratingtie)14：0，5，15，90in。而仅用固体石蜡萃取150in后，trp的紫外光谱图和萃取前完全重合，这说明固体石蜡对trp的富集作用与膨胀石墨相比很校同时研究了膨胀石墨对tyr萃取前后的紫外光谱图，如图5b。萃取90in后，tyr在最大吸收波长222n处的吸光度仅下降了28.2%,说明膨胀石墨对tyr的萃取富集效果远弱于其对trp的。紫外光谱结果也是3.4节dpa实验现象的一个有力证据。膨胀石墨电极作电化学传感器，更为显著的特点是能富集trp正离子，缩短传质过程时间。trp在电极外表的富集可能是3种效应的协同作用：第一种是静电吸引效应，由于富集电位0.1v，最正确ph值为2.0，在此ph下，trp呈正离子形式，电极和trp正离子之间存在静电吸引；第二种是吸附效应，比外表积的测定结果证实，膨胀石墨的比外表积为41.382/g，远大于石墨粉的比外表积(3.362/g),大的比外表积使得膨胀石墨电极具有强的吸附效应；第三种是氢键效应，制备膨胀石墨过程中，使用了hn3和kn4等强氧化剂，可能将含氧基团(如h、h等)引到膨胀石墨上，这一假定也从天然鳞片石墨和膨胀石墨的红外光谱图得到了证实(见图6)。天然鳞片石墨在3434处有很弱的水吸收峰，这可能是来自样品和用于压片的kbr晶体中微量水分；而膨胀石墨在3444和1636的吸收峰均显著增强。因为两者进展红外实验时的条件完全一样，因此h吸收峰增强可归咎于制备膨胀石墨过程中引入的含氧基团羟基，使trp通过氢键效应富集到电极外表。所以trp在电极外表的富集是静电吸引、吸附效应和氢键效应的协同作用结果。图6天然鳞片石墨(a)和膨胀石墨(b)的红外光谱图略fig.6irspetrafnaturalgraphiteflakes(a)andexpandedgraphite(b)制备膨胀石墨过程中引入含氧基团还可以通过xrd结果来说明图略。与天然鳞片石墨相比，膨胀石墨衍射峰位置不变2=26.2，但强度降低，这说明天然鳞片石墨经氧化插层后，由于含氧基团的插入，使其晶体构造在一定程度上被破坏，结晶度有所下降，导致膨胀石墨的衍射峰强度降低。在dpa实验条件下，富集于电极外表的trp发生电化学氧化，反响过程如下:图7trp在膨胀石墨电极上的v图略fig.7ylivltagrasftrpnexpandedgraphiteeletrde1.第一圈(thefirstyle);2.第二圈(thesendyle);3.第三圈(thethirdyle)。(1)(2)(3)【参考文献】1lathepj,rikpg.anal.he.,1973,45:190619102henl,hk.sensrsandatuatrsb,2022,130:4184243ensafiaa,hajianr.analhiata,2022,580:2362434fangb,eiy,lig,anggf,zhang.talanta,2022,72:130213065saeedshahrkhian,leilaftuhi.senrsandatuatrsb,2022,123:9429497issler.j.persures,2022,156:142150