一种多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极的制备方法及其在测定对苯二酚中的应用

摘要

本发明用电化学聚合方法将L‑组氨酸聚合到玻碳电极上，再将多壁碳纳米管悬浮液滴涂在poly‑L‑HiS/GCE上，制备得到多壁碳纳米管/聚L‑组氨酸复合膜修饰电极(MWCNTs/poly‑L‑HiS/GCE)，在pH＝7.0的PBS缓冲溶液中，采用循环伏安法(CV)研究了对苯二酚(HQ)在修饰电极上的电化学行为，并用电化学交流阻抗法(EIS)对其性质进行了表征，讨论了扫速、pH等对对苯二酚测定的影响，优化了实验条件，最后利用差分脉冲伏安法(DPV)测定不同浓度的HQ溶液，实验结果表明，HQ在该复合电极上的响应电流明显加强，且在5.0×10‑8～8×10‑4 mol/L浓度范围内与氧化峰电流(Ipa)呈良好的线性关系，相关系数为0.998，信噪比为3时，检出限为1.0×10‑8mol/L。

权利要求

1.一种多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：①将玻碳电极抛光，然后用去离子水冲洗电极表面，再进行超声清洗，烘干备用；②将步骤①处理后玻碳电极放置在含L-组氨酸的PBS缓冲溶液中，在-1.2-2.0V电位范围内，以

50mV/s的扫速电化学扫描聚合15圈，取出晾干，制得聚L-组氨酸修饰玻碳电极；③将多壁碳纳米管悬浮液滴加在聚L-组氨酸修饰玻碳电极表面，烘干，即得多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极。

2.如权利要求1所述多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：①先将玻碳电极在砂纸上打磨，然后依次在倒有0.3μm和0.05μm的氧化铝的麂皮上抛光至镜面，然后用去离子水冲洗电极表面，再进行超声清洗2～3min，晾干备用；②将步骤①处理后玻碳电极放置在1.0×10-3mol/L的L-组氨酸的pH＝7.0的PBS缓冲溶液中，在-1.2-2.0V电位范围内，以50mV/s的扫速电化学扫描聚合15圈，取出晾干，制得聚L-组氨酸修饰玻碳电极；③取5μL 0.2mg/mL的多壁碳纳米管悬浮液滴加在聚L-组氨酸修饰玻碳电极表面，放在红外灯下烘干，即得多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极。

3.权利要求1或2的制备方法制备的多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极在测定对苯二酚中的应用。

4.如权利要求3所述的应用，其特征在于包括以下步骤：分别以多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在含有不同浓度的pH＝7.0的对苯二酚的PBS缓冲溶液中进行循环伏安扫描，记录不同浓度对苯二酚氧化峰电流值，结果表明对苯二酚浓度在5.0×10-8～8.0×10-4mol/L范围内，其浓度与氧化峰电流值具有良好的线性关系，绘制工作曲线，线性方程为I＝-0.239C-1.854，I的单位为μA，C的单位为μmol/L，线性相关系数R＝0.998，检出限为0.01μmol/L，S/N＝3；测定待测溶液的氧化峰电流值，代入线性方程I＝-0.239C-1.854，I的单位为μA，C的单位为μmol/L，计算待测溶液中对苯二酚的含量。

说明书

一种多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极的制备方法及

其在测定对苯二酚中的应用

技术领域

[0001] 本发明属于化学修饰电极技术领域，具体涉及一种多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极的制备方法及其在测定对苯二酚中的应用。

背景技术

[0002] 对苯二酚(Hydroquinone，HQ)又叫氢醌，白色针晶，见光变色，易溶于热水，能溶于冷水、乙醇及乙醚，微溶于苯，是一种重要的酚类化合物，同时也是应用广泛的化工原料，在日常生产生活中广泛应用于照相显影剂、合成染料、阻聚剂、抑制剂、橡胶防老化剂和食品抗氧化剂等。然而由于HQ的毒性较大且难以降解，能诱导造血干细胞、机体免疫细胞发生凋亡，对身体和环境都有一定的毒害。故对苯二酚的测定在生理学、医学和环境保护中都具有重要意义。目前，文献报道用于测定HQ的方法主要包括分光光度法、高效液相色谱法、薄层色谱法、毛细管电泳法、同步荧光法、电化学法等，而电化学法相对于其他几种方法具有明显的优势，如操作简单、所需成本低、灵敏度高和稳定性好等，但目前对苯二酚(HQ)在裸电极上的电化学响应较差。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种具有灵敏度高、仪器简单、分析成本低等优点的多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极的制备方法及其在测定对苯二酚中的应用。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极的制备方法，包括以下步骤：①将玻碳电极抛光，然后用去离子水冲洗电极表面，再进行超声清洗，晾干备用；②将步骤①处理后玻碳电极放置在含L-组氨酸的PBS缓冲溶液中，在-1.2-2.0V电位范围内，以50mV/s的扫速电化学扫描聚合15圈，取出晾干，制得聚L-组氨酸修饰玻碳电极；③将多壁碳纳米管悬浮液滴加在聚L-组氨酸修饰玻碳电极表面，烘干即得多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极。

[0005] 优选的，所述多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极的制备方法包括以下步骤：①先将玻碳电极在砂纸上打磨，然后依次在倒有0.3μm和0.05μm的氧化铝的麂皮上抛光至镜面，然后用去离子水冲洗电极表面，再进行超声清洗2～3min，晾干备用；②将步骤①处理后玻碳电极放置在1.0×10-3mol/L的L-组氨酸的pH＝7.0的PBS缓冲溶液中，在-1.2-2.0V电位范围内，以50mV/s的扫速电化学扫描聚合15圈，取出晾干，制得聚L-组氨酸修饰玻碳电极；③取5μL 0.2mg/mL的多壁碳纳米管悬浮液滴加在聚L-组氨酸修饰玻碳电极表面，放在红外灯下烘干，即得多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极。

[0006] 多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极在测定对苯二酚中的应用包括以下步骤：分别以多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，在含有不同浓度的pH＝7.0的对苯二酚的PBS缓冲溶液中进行循环伏安扫描，记录不同浓度对苯二酚氧化峰电流值，结果表明对苯二酚浓度在5.0×10-8～8.0×10-4mol/L范围内，其浓度与氧化峰电流值具有良好的线性关系，绘制工作曲线，线性方程为I＝-0.239C-1.854，I的单位为μA，C的单位为μmol/L，线性相关系数R＝0.998，检出限为
0.01μmol/L，S/N＝3；测定待测溶液的氧化峰电流值，代入线性方程I＝-0.239C-1.854，I的单位为μA，C的单位为μmol/L，计算待测溶液中对苯二酚的含量。

[0007] 本发明产生的有益效果是：L-组氨酸通过电化学聚合能形成均匀稳定的聚合物薄膜，该聚合膜具有加速电化学反应的电子转移速率和增加电极有效表面积的优点。而多壁碳纳米管(MWCNTs)是一种新型的碳结构材料，具有纳米材料的大比表面积，卓越的导电性、好的生物相容性、良好的机械强度和表面带有较多活性基团的特性。对苯二酚(Hydroquinone，HQ)在多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极上的响应电流明显加强，且在5.0×10-8～8×10-4mol/L浓度范围内与氧化峰电流(Ipa)呈良好的线性关系，相关系数为
0.998，信噪比为3时，检出限为1.0×10-8mol/L，在电化学传感领域应用广泛。

附图说明

[0008] 图1为不同电极的交流阻抗图；

[0009] 图2为不同修饰电极测定HQ的循环伏安图；

[0010] 图3为不同浓度下对苯二酚的DPV图；

[0011] 图4为HQ浓度与氧化峰电流的线性相关图。

具体实施方式

[0012] 以下实施例中所用的仪器与试剂

[0013] CHI660D电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)；电子天平(上海越平科学仪器有限公司)；KQ2200E型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；XK96-B快速混匀器(姜堰市新康医疗器械有限公司)；三电极体系：多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极(直径3.0mm)为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂丝电极为辅助电极。

[0014] 对苯二酚(HQ)：分析纯，阿拉丁(上海)试剂有限公司；MWCNTs：中国科学院成都有机化学有限公司；L-组氨酸(1×10-3mol/L的L-组氨酸溶液置于冰箱内(低于4℃)储藏备用)；铁氰化钾溶液：浓度为1mmol/L铁氰化钾和浓度为0.1mol/L氯化钾的混合液，新鲜配制；PBS缓冲溶液：用0.1mol/L的磷酸二氢钠、磷酸氢二钠和氯化钾混合溶液配制，所用其他试剂均为分析纯；实验均在室温下进行。

[0015] 实施例1

[0016] 多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极的制备方法包括以下步骤：①先将玻碳电极有效直径3mm)在砂纸上打磨，然后依次在倒有0.3μm和0.05μm的氧化铝的麂皮上抛光至镜面，然后用去离子水冲洗电极表面，再进行超声清洗2～3min，晾干备用；②将步骤①处理后玻碳电极放置在1.0×10-3mol/L的L-组氨酸的pH＝7.0的PBS缓冲溶液中，在-1.2-2.0V电位范围内，以50mV/s的扫速电化学扫描聚合15圈(30段)，取出晾干，制得聚L-组氨酸修饰玻碳电极(poly-L-HiS/GCE)；③先将多壁碳纳米管加入蒸馏水，超声处理2h，制成1mg/mL的MWCNTs黑色悬浮液(原液)，然后用微量进样器取400μL MWCNTs黑色悬浮液于2mL的样品管中，用蒸馏水稀释至刻度即得0.2mg/mL的多壁碳纳米管悬浮液；用移液枪吸取5μL 0.2mg/mL的多壁碳纳米管悬浮液滴加在聚L-组氨酸修饰玻碳电极表面，放在红外灯下烘干，即得多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极(poly-L-HiS/MWCNTs/GCE)。

[0017] MWCNTs(多壁碳纳米管)修饰电极的制备

[0018] 先将多壁碳纳米管加入蒸馏水，超声处理2h，制成1mg/mL的MWCNTs黑色悬浮液(原液)，然后用微量进样器取400μL MWCNTs黑色悬浮液于2mL的样品管中，用蒸馏水稀释至刻度即得0.2mg/mL的多壁碳纳米管悬浮液。用移液枪取5μL 0.2mg/mL的MWCNTs悬浮液，小心滴涂在处理好的玻碳电极表面的中心位置，然后放在红外灯下烘干，即制得多壁碳纳米管修饰电极(MWCNTs/GCE)。

[0019] 交流阻抗的分析

[0020] 在1mmol/L Fe(CN)63-/4-、0.1mol/L KCl混合溶液中，分别对不同修饰电极的阻抗进行研究(图1)。由图1可以看出，与玻碳电极裸电极(曲线a)相比，在聚L-组氨酸修饰电极(曲线b)上的阻抗稍有减少，而MWCNTs修饰玻碳电极(曲线c)上的阻抗明显减少，poly-L-HiS-MWCNTs复合电极(曲线d)上的阻抗也比裸电极要小。由此可见，复合电极阻抗小，具有较好导电性，使电极表面电子的转移速率得到明显提高。

[0021] 不同电极测定HQ的CV电化学行为表征

[0022] 在含有50μmol/L的HQ的0.1mol/L PBS 7.0的缓冲溶液中，研究了对苯二酚在不同电极上的电化学行为(图2)。由图2(a：GCE，b：poly-L-HiS/GCE，c：MWCNTs//GCE，d：poly-L-HiS/MWCNTs/GCE e：poly-L-HiS/MWCNTs/GCE复合电极)可知：在相同的测定条件下，poly-L-HiS/GCE复合电极的氧化还原电位差为41mV，相比裸电极GCE(电位差为53mV)有所减小，说明电极的可逆性增强，氧化还原峰电流(Ipc＝7.629×10-6，Ipa＝-6.587×10-6)相对于GCE(Ipc＝2.832×10-6，Ipa＝-2.419×10-6)也有所增加，表明poly-L-HiS膜具有增大电极表面积和促进电子转移的功能。虽然MWCNTs/GCE的氧化还原电位差大于GCE，但其峰电流(Ipc＝1.632×10-5，Ipa＝-1.221×10-5)大约是裸电极的6倍，这是因为MWCNTs具有优良的导电性，可以加速电子转移。poly-L-HiS/MWCNTs/GCE复合电极相比其他三个电极，不仅其氧化峰和还原峰电流(Ipc＝5.128×10-5，Ipa＝-4.421×10-5)显著增强，相比裸电极提高了约18倍，且峰形尖锐对称，氧化还原电位差为45mV。由此可见，由于聚L-组氨酸和多壁碳纳米管的共同作用，使电极表面性质得到改善，提供了较多的反应位点，增大了电极的有效反应面积，并加快了对苯二酚与电极表面的电子传递速率，有效地提高了分析灵敏度。

[0023] 线性范围和检出限

[0024] 用pH＝7.0的PBS缓冲溶液配制一系列不同浓度(0.01，0.05，0.08，0.1，0.5，0.8，1，5，8，10，50，80，100，500，800μmol/L，a-o)的HQ溶液，浓度范围为0.01～800μmol/L，以poly-L-HiS/MWCNTs/GCE复合电极作为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，采用差分脉冲法(DPV)考察对苯二酚峰电流与其浓度的关系。在扫速为100mV/s的条件下，poly-L-HiS/MWCNTs/GCE在不同浓度的对苯二酚溶液中的DPV图如图3所示。由图3可以看出，HQ的氧化峰电流随着其溶液浓度的增大而逐渐增大，且其氧化峰电位位置基本不变。

[0025] 以浓度c为横坐标，以HQ的氧化峰电流为纵坐标作线性相关图，如图4所示。由图4-8 -4可以看出，当浓度c在5.0×10 ～8.0×10 mol/L范围内，HQ的氧化峰电流与浓度呈现出良好的线性关系，其线性方程为I(μA)＝-0.239c(μmol/L)-1.854，线性相关系数R＝0.998，由实验结果可知，该电极对HQ的检出限为0.01μmol/L(S/N＝3)。

[0026] 本发明是以多壁碳纳米管/聚L-组氨酸修饰玻碳电极制成电化学传感器实现对对苯二酚(HQ)的灵敏测定。基于L-组氨酸修饰电极上L-组氨酸的羧基(-COO-)的氧原子和氨基(-NH2)的氮原子与对苯二酚形成了氢键作用，产生氢键吸附，故对对苯二酚的检测显示较好的选择性和灵敏度。又结合poly-L-HiS膜和MWCNTs均具有增加电极有效面积和加速电子转移的功能，故此电极对于对苯二酚的测定具有良好的电催化性能以及良好的导电性能，表现为其氧化峰电流相对于裸玻碳电极、聚L-组氨酸修饰电极和多壁碳纳米管修饰电极显著提高。实验结果表明，该电化学传感器制备简单，成本低，响应快，且具有较好的重现性和稳定性，所建立的分析方法具有高的灵敏度和宽的线性范围，此电极在对对苯二酚的检测方面有较好的应用前景。