一种检测L-抗坏血酸的电化学制备方法

摘要

本发明涉及一种检测L‑抗坏血酸的电化学制备方法。该方法首先制得功能化磁性碳基‑聚合物微球复合材料，利用功能化磁性碳基‑聚合物微球复合材料对电极进行修饰，得到修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt作为工作电极，然后利用循环伏安法观察抗坏血酸AA在Fe3O4/GNS/MPCE/Pt上的电化学行为，以检测L‑抗坏血酸AA的浓度。本发明检测AA的浓度范围在1×10‑6mol/L到1.4×10‑4mol/L之间，且AA浓度与氧化峰电流之间呈良好的线性关系，检出限为8.05×10‑7μmol/L，具有灵敏度高、操作简便等优点，具有广泛的应用前景。

权利要求

1.一种检测L-抗坏血酸的方法，其特征在于：以功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/GCE作为工作电极，对溶液中L-抗坏血酸的浓度进行测定，步骤如下：

1)将待测L-抗坏血酸样品加入磷酸盐缓冲溶液PBS，制得L-抗坏血酸溶液，以此作为电解液，控制电解液pH为6.0-7.0；

2)以功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/GCE作为工作电极，Ag/AgCl电极作参比电极，铂丝电极为辅助电极，置于1)所述的电解液中，电化学测试；

功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/GCE，其制备步骤如下：

1)打磨抛光玻碳电极，使其基底表面平整光洁，然后用无水乙醇、蒸馏水分别超声清洗，室温干燥，得到预处理的玻碳电极；

2)采用化学共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米粒子，并用表面活性剂十一烯酸纳NaUA对磁性纳米粒子Fe3O4进行表面改性，得到NaUA修饰的Fe3O4磁流体；

3)采用化学共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米粒子；用无皂乳液聚合法合成Fe3O4/P(St-GMA-NaUA)磁性聚合物微球；

4)采用改进的Hummer方法合成石墨烯GO，并用表面活性剂DNS-86对GO进行表面改性，然后用化学共沉淀法合成Fe3O4在石墨烯表面均匀分散的功能化磁性Fe3O4-石墨烯复合材料；

5)将NaUA修饰的Fe3O4磁流体、Fe3O4/P(St-GMA-NaUA)磁性聚合物微球、功能化磁性Fe3O4-石墨烯复合材料按1：1：1质量比混合，超声分散，混合均匀，制备功能化磁性碳基-聚合物微球Fe3O4/GNS/MPCE乳液；

6)采用直接涂膜法将磁性碳基-聚合物微球Fe3O4/GNS/MPCE乳液，用于1)所得到的已预处理的玻碳电极表面，室温干燥，制备功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/GCE。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述1)中L-抗坏血酸溶液浓度范围为1×10-

6mol/L到1.4×10-4mol/L之间；所述控制电解液pH为6.5。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述打磨抛光玻碳电极是用氧化铝悬浊液对玻碳电极进行打磨、抛光。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料，导电性良好、表面含大量羧基。

说明书

一种检测L-抗坏血酸的电化学制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种修饰电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt的电化学传感器的制备以及用该传感器对L-抗坏血酸的测定。

背景技术

[0002] L-抗坏血酸AA又称维他命C，普遍存在于日常饮食中，参与人体多种代谢反应，主要集中在肝脏和大脑，是一种维持人体健康必需的维生素，但人体自身不能合成。AA在人体中起着极其重要的的作用，可以参与人体内的多种反应。如果人体内缺乏AA会导致多种疾病，但摄入量AA过多也会给身体带来许多损害。目前AA的检测方法主要有分光光度法、荧光光度法、碘量法等，但这些方法中不是条件要求高，就是方法操作复杂。

[0003] 迄今，随着在纳米技术和纳米科学方面取得大力发展，以纳米材料为基础的电化学的应用可以大力改善电化学传感器和生物传感器的灵敏性和选择性。本发明就是采取将NaUA修饰的Fe3O4磁流体、功能化磁性Fe3O4-石墨烯复合材料、Fe3O4/P(St-GMA-NaUA)磁性聚合物微球进行复合，制备出具有比表面积大、导电性良好、表面含有大量羧基等优点的功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料，将合成的功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料乳液涂在工作电极上，形成电-磁复合膜，修饰工作电极。由于该新型复合材料含有大量COO-，石墨烯作为导电介质，通过静电引力可以使溶液中的AA迅速的在电极上富集。这种新型的电-磁复合膜对AA的电化学检测，具有灵敏度高、操作简便、可以重复利用等特点，这为生物小分子的电化学检测提供了一种新思路，也拓展了磁性高分子复合微球的应用领域。

发明内容

[0004] 本发明目地在于提出一种操作简便、成本低、灵敏度好且快捷的检测L-抗坏血酸含量的电化学制备方法。

[0005] 本发明技术方案如下：

[0006] 1. 一种检测L-抗坏血酸的方法，以功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt作为工作电极，对溶液中L-抗坏血酸的浓度进行测定，步骤如下：

[0007] 1) 将待测L-抗坏血酸样品加入磷酸盐缓冲溶液PBS，制得L-抗坏血酸溶液，以此作为电解液，控制电解液PH为6.0-7.0。

[0008] 2) 以功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt作为工作电极，Ag/AgCl电极作参比电极，铂丝电极为辅助电极，置于1）所述的电解液中，电化学测试。

[0009] 所述1）中L-抗坏血酸溶液浓度范围为1×10-6 mol/L到1.4×10-4 mol/L之间；所述电解液PH为6.5。

[0010] 所述功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt，其制备步骤如下：

[0011] 1) 打磨抛光玻碳电极，使其基底表面平整光洁，然后用无水乙醇、蒸馏水分别超声清洗，室温干燥，得到预处理的玻碳电极；所述打磨抛光玻碳电极是用氧化铝悬浊液对玻碳电极进行打磨、抛光。

[0012] 2) 采用化学共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米粒子，并用表面活性剂十一烯酸纳NaUA对磁性纳米粒子Fe3O4进行表面改性，得到NaUA修饰的Fe3O4磁流体。

[0013] 所述化学共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米粒子，步骤如下：

[0014] 将NaOH溶液加入四口烧瓶中，将烧瓶置入75℃的超声震荡仪中，启动搅拌桨搅拌，并通入N2保护；继续在超声震荡下，缓慢滴加FeCl3·6H2O/FeSO4·7H2O的混合溶液，滴加结束后，反应15 min；滴加表面活性剂十一烯酸纳NaUA溶液，滴加时间10 min，同时降低搅拌速度，滴加完后，超声并慢速搅拌20 min。最后关闭超声震荡，反应2 h后，降低搅拌速度并降温到48℃，继续熟化1 h，得到NaUA-Fe3O4磁流体。

[0015] 所述NaOH溶液，浓度为4 mol/L体积为30 ml。

[0016] 所述FeCl3·6H2O，为0.01 mol。

[0017] 所述FeSO4·7H2O，为0.02 mol。

[0018] 所述十一烯酸纳NaUA，为0.001 mol。

[0019] 3) 采用无皂乳液聚合法合成Fe3O4/P(St-GMA-NaUA)磁性聚合物微球；

[0020] 所述无皂乳液聚合法合成Fe3O4/P(St-GMA-NaUA)磁性聚合物微球，步骤如下：

[0021] 称取NaUA-Fe3O4磁流体到四口烧瓶中，并通入N2进行保护，超声振荡并慢速搅拌10 min，继续滴加NaUA溶液至四口瓶中，超声且慢速搅拌10 min，接着加入苯乙烯St和甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA单体，超声振荡并慢速搅拌1 h进行预乳化。然后把四口瓶移至85℃的水浴锅中，待瓶内温度稳定后，向四口瓶内加入一半体积的KPS溶液，滴加时间1 h，滴加完全后，继续反应2 h，再将剩余的KPS溶液在1 h内滴完，接着聚合反应2 h后，最终得到棕色的磁性Fe3O4/P(St-GMA-UA)复合微球乳液。

[0022] 所述NaUA-Fe3O4磁流体，质量是0.5 g。

[0023] 所述NaUA溶液，质量是0.8 g。

[0024] 所述苯乙烯St和甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA单体，St质量是3 g，GMA质量是1 g。

[0025] 所述KPS溶液，浓度为0.01 mol/L，质量是0.03 g。

[0026] 4) 采用改进的Hummer方法合成石墨烯GO，并用表面活性剂DNS-86对GO进行表面改性，然后用化学共沉淀法合成Fe3O4在石墨烯表面均匀分散的功能化磁性Fe3O4-石墨烯复合材料。

[0027] 所述改进的Hummer方法，步骤如下：

[0028] 首先，在冰水浴条件下，量取0.5 g膨胀石墨粉、3 g高锰酸钾，依次缓慢加入四口烧瓶中，搅拌均匀，再依次加入36 ml质量分数为98%的浓硫酸、质量分数为85%的磷酸4 ml，同时慢速搅拌，反应1.5 h。然后缓慢升温至35℃，继续反应1.5 h。接着继续升温到60℃，恒温反应10 h，缓慢加入10 ml蒸馏水，继续反应2 h。待反应结束后，将混合物冷却至室温，并缓慢加入10 ml质量分数为30%的H2O2，反应3 h，将反应装置放于冰水浴中，向反应体系中分批加入100 ml的蒸馏水，进行初步洗涤30 min。接着，离心分离10 min，倒掉上层清液，重复洗涤至中性，分别用15%的盐酸、无水乙醇洗涤3遍，得到亮金黄色、有细腻质感的粘稠状物质。然后加入20 ml的无水乙醇，超声30 min，得到金黄色氧化石墨烯GO粘稠液。

[0029] 取1.0 g GO粘稠溶液，置于四口瓶中，加入20 ml蒸馏水，超声并慢速搅拌。再加入1.2 g质量分数为2%的烯丙氧基壬基酚丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵DNS-86溶液，继续超声且慢速搅拌2 h，最终得到棕黄色混合物，离心分离，得到棕黄色片层的GO-DNS-86。

[0030] 取1.0 g GO-DNS-86溶液加入到250 ml的四口瓶中，在N2保护下，缓慢滴加FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O的混合溶液溶液，在室温下慢速搅拌2 h。然后升温到75℃，超声振荡并加速搅拌，缓慢滴加30 ml浓度为2 mol/L的NaOH溶液，滴加结束后反应15 min，加入0.04 g的水合肼，停止超声并中速搅拌反应1 h。然后降温到48℃，降低搅拌速度继续反应2 h，然后降至室温。做相应处理，最终得到黑色固体Fe3O4-石墨烯复合材料。

[0031] 所述FeCl3·6H2O，为0.01 mol。

[0032] 所述FeSO4·7H2O，为0.02 mol。

[0033] 5) 将NaUA修饰的Fe3O4磁流体、Fe3O4/P(St-GMA-NaUA)磁性聚合物微球、功能化磁性Fe3O4-石墨烯复合材料按1：1：1质量比混合，超声分散，混合均匀，制备功能化磁性碳基-聚合物微球Fe3O4/GNS/MPCE乳液。

[0034] 6) 采用直接涂膜法将磁性碳基-聚合物微球Fe3O4/GNS/MPCE乳液，用于1）所得到的已预处理的玻碳电极表面，室温干燥，制备功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt。

[0035] 所述功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料，导电性良好、表面含大量羧基。

[0036] 2. 上述的功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt，用于电化学测试，步骤如下：

[0037] 1) 将待测L-抗坏血酸样品加入磷酸盐缓冲溶液PBS，制得L-抗坏血酸溶液，以此作为电解液，控制电解液PH为6.0-7.0。

[0038] 优选的电解液PH为6.5。

[0039] 2) 以功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt作为工作电极，Ag/AgCl电极作参比电极，铂丝电极为辅助电极，置于磷酸盐缓冲溶液电解液中，进行电化学测试。

[0040] 所述电化学测试，扫描速率为10 mV s-1到200 mV s-1之间。

附图说明

[0041] 图1为在不同PH磷酸盐缓冲溶液中，0.2 mmol/L AA的氧化峰电流。

[0042] 图2为在不同修饰电极下0.2mmol/L AA的循环伏安曲线，pH=6.5的磷酸盐缓冲溶液，扫速为100 mV s-1，a为裸Pt电极，b为Fe3O4/GNS/MPCE/Pt电极。

[0043] 图3为AA的工作曲线。

[0044] 图4为不同AA浓度在Fe3O4/GNS/MPCE/Pt电极上的循环伏安曲线，其中，pH为6.5的磷酸盐缓冲溶液，扫描速率为100 mV s-1，此外a为1μmol/L,b为5μmol/L,c为10μmol/L,d为20μmol/L,e为40μmol/L,f为60μmol/L,g为80μmol/L,h为100μmol/L,i为20μmol/L,j为140 μmol/L。

具体实施方式

[0045] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步阐述。

[0046] 实施例1

[0047] 一种检测L-抗坏血酸AA的电化学制备方法，以功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt作为工作电极，对溶液中L-抗坏血酸的浓度进行测定，步骤如下：

[0048] 1) 将待测L-抗坏血酸样品加入磷酸盐缓冲溶液PBS，制得L-抗坏血酸溶液，以此作为电解液，控制电解液PH为6.0。

[0049] 2) 以功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt作为工作电极，Ag/AgCl电极作参比电极，铂丝电极为辅助电极，置于1）所述的电解液中，以扫速为100 mV s-1电化学测试。

[0050] 所述1）中L-抗坏血酸溶液浓度范围为1×10-6 mol/L到1.4×10-4 mol/L之间；所述电解液PH为6.5。

[0051] 由图3可以看出，AA浓度与氧化峰电流之间呈良好的线性关系，检出限8.05×10-7 μmol/L，具有灵敏度高、操作简便、可以重复利用等优点，具有广泛的应用前景。

[0052] 实施例2

[0053] 实施例1所述功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt，其制备步骤如下：

[0054] 1) 打磨抛光玻碳电极，使其基底表面平整光洁，然后用无水乙醇、蒸馏水分别超声清洗，室温干燥，得到预处理的玻碳电极；所述打磨抛光玻碳电极是用氧化铝悬浊液对玻碳电极进行打磨、抛光。

[0055] 2) 采用化学共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米粒子，并用表面活性剂十一烯酸纳NaUA对磁性纳米粒子Fe3O4进行表面改性，得到NaUA修饰的Fe3O4磁流体。

[0056] 所述化学共沉淀法合成Fe3O4磁性纳米粒子，步骤如下：

[0057] 将NaOH溶液加入四口烧瓶中，将烧瓶置入75℃的超声震荡仪中，启动搅拌桨搅拌，并通入N2保护；继续在超声震荡下，缓慢滴加FeCl3·6H2O/FeSO4·7H2O的混合溶液，滴加结束后，反应15 min；滴加表面活性剂十一烯酸纳NaUA溶液，滴加时间10 min，同时降低搅拌速度，滴加完后，超声并慢速搅拌20 min。最后关闭超声震荡，反应2 h后，降低搅拌速度并降温到48℃，继续熟化1 h，得到NaUA-Fe3O4磁流体。

[0058] 所述NaOH溶液，浓度为4 mol/L体积为60 ml。

[0059] 所述FeCl3·6H2O，为0.02 mol。

[0060] 所述FeSO4·7H2O，为0.04 mol。

[0061] 所述十一烯酸纳NaUA，为0.002 mol。

[0062] 3) 采用无皂乳液聚合法合成Fe3O4/P(St-GMA-NaUA)磁性聚合物微球。

[0063] 所述无皂乳液聚合法合成Fe3O4/P(St-GMA-NaUA)磁性聚合物微球，步骤如下：

[0064] 称取NaUA-Fe3O4磁流体到四口烧瓶中，并通入N2进行保护，超声振荡并慢速搅拌10 min，继续滴加NaUA溶液至四口瓶中，超声且慢速搅拌10 min，接着加入苯乙烯St和甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA单体，超声振荡并慢速搅拌1 h进行预乳化。然后把四口瓶移至85℃的水浴锅中，待瓶内温度稳定后，向四口瓶内加入体积一半的KPS溶液，滴加时间1 h，滴加完全后，继续反应2 h，再将剩余的KPS溶液在1 h内滴完，接着聚合反应2 h后，最终得到棕色的磁性Fe3O4/P(St-GMA-UA)复合微球乳液。

[0065] 所述NaUA-Fe3O4磁流体，质量是1.0 g。

[0066] 所述NaUA溶液，质量是1.6 g。

[0067] 所述苯乙烯St和甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA单体，St质量是6 g，GMA质量是2 g。

[0068] 所述KPS溶液，浓度为0.01 mol/L，质量是0.06 g。

[0069] 4) 采用改进的Hummer方法合成石墨烯GO，并用表面活性剂DNS-86对GO进行表面改性，然后用化学共沉淀法合成Fe3O4在石墨烯表面均匀分散的功能化磁性Fe3O4-石墨烯复合材料。

[0070] 所述改进的Hummer方法，步骤如下：

[0071] 首先，在冰水浴条件下，量取0.5 g膨胀石墨粉、3 g高锰酸钾，依次缓慢加入四口烧瓶中，搅拌均匀，再依次加入36 ml、质量分数为98%的浓硫酸、质量分数为85%的磷酸4 ml，同时慢速搅拌，反应1.5 h。然后缓慢升温至35℃，继续反应1.5 h。接着继续升温到60℃，恒温反应10 h，缓慢加入10 ml蒸馏水，继续反应2 h。待反应结束后，将混合物冷却至室温，并缓慢加入10 ml质量分数为30%的H2O2，反应3 h，将反应装置放于冰水浴中，向反应体系中分批加入100 ml的蒸馏水，进行初步洗涤30 min。接着，离心分离10 min，倒掉上层清液，重复洗涤至中性，分别用15%的盐酸、无水乙醇洗涤3遍，得到亮金黄色、有细腻质感的粘稠状物质。然后加入20 ml的无水乙醇，超声30 min，得到金黄色氧化石墨烯GO粘稠液。

[0072] 取2.0 g GO粘稠溶液，置于四口瓶中，加入40 ml蒸馏水，超声并慢速搅拌。再加入2.4 g质量分数为2%的烯丙氧基壬基酚丙醇聚氧乙烯(10)醚硫酸铵DNS-86溶液，继续超声且慢速搅拌2 h，最终得到棕黄色混合物，离心分离，得到棕黄色片层的GO-DNS-86。

[0073] 取2.0 g GO-DNS-86溶液加入到250 ml的四口瓶中，在N2保护下，缓慢滴加FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O的混合溶液溶液，在室温下慢速搅拌2 h。然后升温到75℃，超声振荡并加速搅拌，缓慢滴加60 ml浓度为2 mol/L的NaOH溶液，滴加结束后反应15 min，加入0.08 g的水合肼，停止超声并中速搅拌反应1 h。然后降温到48℃，降低搅拌速度继续反应2 h，然后降至室温。做相应处理，最终得到黑色固体Fe3O4-石墨烯复合材料。

[0074] 所述FeCl3·6H2O，为0.02 mol。

[0075] 所述FeSO4·7H2O，为0.04 mol。

[0076] 5) 将NaUA修饰的Fe3O4磁流体、Fe3O4/P(St-GMA-NaUA)磁性聚合物微球、功能化磁性Fe3O4-石墨烯复合材料按1：1：1质量比混合，超声分散，混合均匀，制备功能化磁性碳基-聚合物微球Fe3O4/GNS/MPCE乳液。

[0077] 6) 采用直接涂膜法将磁性碳基-聚合物微球Fe3O4/GNS/MPCE乳液，用于1）所得到的已预处理的玻碳电极表面，室温干燥，制备功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料修饰的玻碳电极Fe3O4/GNS/MPCE/Pt。

[0078] 所述功能化磁性碳基-聚合物微球复合材料，导电性良好、表面含大量羧基。

[0079] 实施例3

[0080] 按照实施例1所述的方法，所不同的是磷酸盐缓冲溶液电解液PH为6.5，其它处理方式均相同。

[0081] 实施例4

[0082] 按照实施例1所述的方法，所不同的是磷酸盐缓冲溶液电解液PH为7.0，其它处理方式均相同。