半胱胺修飾金電極分離多巴胺和抗壞血酸

湯波，許光日，許明錄，張?jiān)Ｆ?/p>

(河南科技學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003）

多巴胺(DA）是腦內(nèi)獨(dú)立存在的神經(jīng)遞質(zhì)，其在紋狀體內(nèi)的含量占全腦的70%以上，腦內(nèi)多巴胺神經(jīng)功能失調(diào)是精神分裂癥和帕金森氏癥的最主要原因.此外，多巴胺為擬腎上腺素藥，具有興奮心臟、增加腎血流量的功能，用于心源性先血性及感染性休克治療.因此對(duì)其測(cè)定方法的研究，無論是在生理功能研究方面還是在臨床應(yīng)用方面都具有重要的實(shí)際意義[1].抗壞血酸(AA）是維護(hù)機(jī)體正常生理功能的重要維生素之一，廣泛存在于蔬菜和水果中，人體不能自身合成.抗壞血酸參與機(jī)體氧化、還原等復(fù)雜代謝過程，能促進(jìn)生長和抗體的形成增強(qiáng)免疫活性，所以對(duì)抗壞血酸的檢測(cè)也相當(dāng)重要.抗壞血酸和多巴胺共同存在于人體內(nèi)，進(jìn)行電化學(xué)測(cè)定時(shí)，會(huì)相互干擾[2].在裸電極上掃描測(cè)定的結(jié)果顯示，DA和AA的峰電位幾乎重合，這就對(duì)分別測(cè)定AA和DA的工作造成了麻煩，要實(shí)現(xiàn)對(duì)DA和AA的分離，才能對(duì)DA或AA進(jìn)行精確的電化學(xué)研究.

自組裝膜修飾電極的研究是當(dāng)前電化學(xué)和電分析化學(xué)領(lǐng)域的熱門課題之一.自組裝膜是分子通過化學(xué)鍵相互作用自發(fā)在固/液或氣/固界面形成的一種熱力學(xué)穩(wěn)定和能量最低的有序膜，具有明晰的微結(jié)構(gòu)且穩(wěn)定性好.按其形成分子層的層數(shù)分類可分為：自組裝單層膜、自組裝雙層膜和自組裝多層膜.自組裝單層膜具有離子（或分子）識(shí)別和呈現(xiàn)選擇性的功能[3-6].這種單分子層膜在其它離子共存下能選擇性的識(shí)別某一指定的離子，因而呈現(xiàn)特定的電極響應(yīng).半胱胺分子中含有巰基，能與Au、Ag等配位形成穩(wěn)定的半胱胺自組裝單分子膜修飾電極，對(duì)抗壞血酸 （AA）及多巴胺（DA）都有明顯的催化作用.本文將半胱胺自組裝于金電極表面形成穩(wěn)定的單分子修飾層，發(fā)現(xiàn)該自組裝單分子膜修飾金電極對(duì)多巴胺和抗壞血酸有明顯的分離作用，二者共同存在于同一緩沖溶液中時(shí)，用示差脈沖法的掃描結(jié)果顯示，二者峰電位差達(dá)220mV，已達(dá)到完全分離.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)用這種方法對(duì)多巴胺和抗壞血酸進(jìn)行測(cè)定簡單、準(zhǔn)確、快速，而且靈敏度高.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

CHI430A電化學(xué)分析儀器（上海辰華儀器公司）；超聲波清洗器；三電極系統(tǒng)：半胱胺自組裝膜修飾金工作電極，鉑絲對(duì)電極，Ag/AgCl參比電極；多巴胺（MERCK-schuchardt）；抗壞血酸（ACROSORGANICS New Jersey）；無水乙醇；不同pH的緩沖溶液.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1 mmol/L多巴胺標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取0.0096 g多巴胺，用緩沖溶液溶解定容于50 mL容量瓶中；同法配制1mmol/L抗壞血酸溶液和多巴胺的混合溶液.金電極依次用0.05μmα-Al2O3拋光粉拋光，依次用蒸餾水、乙醇溶液和二次水超聲清洗 5min，用二次水沖洗.在1.0mol/L的H2SO4溶液中極化，掃描電壓0～1.5 V.置于空氣中晾干后立即浸泡20mmol/L的半胱胺水溶液中12 h.每次自組裝前均用上述方法處理以更新電極，即得到半胱胺自組裝膜修飾金電極[5].電位掃描范圍為：-0.2～0.8 V，從-0.2 V開始掃描，掃描速度為100mV/s，記錄CV曲線.示差脈沖條件，脈沖電位50mV，脈沖持續(xù)50ms，脈沖周期0.2 s.

2 結(jié)果與分析

2.1 DA在半胱胺修飾電極和裸電極上的電化學(xué)行為

DA峰電位如圖1，ΔEp=104mV，修飾電極上峰電流比裸電極上峰電流明顯增大，在pH 2.0緩沖溶液中，半胱胺修飾金電極對(duì)多巴胺具有電催化作用.

2.2 AA在半胱胺修飾電極上的電化學(xué)行為

AA峰在半胱胺修飾金電極上的電位比裸電極負(fù)移，ΔEp=280mV.峰電流比在裸金電極上峰電流明顯增加，表明在pH=2.0緩沖溶液中，半胱胺修飾金電極對(duì)AA的電化學(xué)氧化具有明顯電催化作用（見圖 2）.

圖1 1.0mmol/LDA緩沖液（pH 2.0）在裸金電極（a）和半胱胺修飾電極（b）上示差脈沖

圖2 1.0mmol/LAA在半胱胺修飾金電極（a）和裸金電極（b）上的示差脈沖（pH 2.0）

導(dǎo)致峰電位負(fù)移的催化作用可從微觀角度闡述：AA的離子參加電化學(xué)反應(yīng)，修飾電極上攜帶許多表面具有正電荷的功能基團(tuán)（如-NH2等），這些親水的富氧基團(tuán)增強(qiáng)了對(duì)AA的靜電排斥力，導(dǎo)致AA的峰電位負(fù)移.同樣，這種催化作用也降低了出現(xiàn)峰電位的電壓門檻，而且大大加強(qiáng)了峰電流，使測(cè)量工作變得更加容易.

2.3 pH對(duì)半胱胺修飾電極分離DA和AA的影響

配制1×10-4mol/LDA和1×10-3mol/LAA混合的不同pH值緩沖溶液.pH=4.0時(shí)，DA、AA在半胱胺修飾電極上的循環(huán)伏安圖如圖3所示.DA和AA的氧化峰電位重疊，DA的陽極峰電位為0.47 V，AA的陽極峰電位為0.30 V，但AA的陽極峰電流受到抑制.在電化學(xué)反應(yīng)中，峰電位與pH是密切相關(guān)的.隨著PH的增加，DA和AA的峰電位都逐漸負(fù)移.這與氧化過程去質(zhì)子的步驟有關(guān)，高的pH有利于反應(yīng)的進(jìn)行，但是DA和AA的峰電位差隨著pH的升高而降低[7].在pH=7.0時(shí)DA的峰電位為0.20 V而AA的峰電位為0.18 V，二者峰電位差很微小，幾乎重疊在一起，不能達(dá)到分離效果.在pH=4.0的情況下，雖然DA和AA的陽極電位差達(dá)到了170mV，由于AA的電流受到抑制，并不能得到完全分離的圖形如圖3.圖4為pH=2.0時(shí)DA和AA在裸電極（圖4曲線b）半胱胺修飾電極上（圖4曲線a）的示差脈沖圖.DA峰電位為0.46 V，AA峰電位為0.24 V，二者峰電位差：ΔEp=220mV，已經(jīng)達(dá)到了完全分離.

圖3 1.0mmol/LDA，AA在半胱胺修飾電極上的CV圖，掃速：100 m V/s

圖4 1.0 mmol/L DA和1.0mmol/LAA在半胱胺修飾電極PBS（pH 2.0）中的示差脈沖

半胱胺修飾金電極對(duì)DA和AA進(jìn)行分離的微觀原理如下：

式（1）中 R－Ph—（—OH）2為 DA，R—Ph－（＝O）2為多巴胺醌，式（2）中 AH2為 AA.由上面兩式可知，式（2）為不可逆反應(yīng)，AA在電位為0.24 V時(shí)發(fā)生了氧化反應(yīng)，在電位達(dá)到0.46 V時(shí)DA發(fā)生氧化反應(yīng).AA和DA就這樣先后發(fā)生反應(yīng)，而且互不影響，宏觀上就得到了完全分離的峰.

綜合以上實(shí)驗(yàn)得知，pH=2.0的0.1mol/L緩沖溶液是半胱胺修飾金電極分離DA和AA的最佳pH條件.峰位差能達(dá)到220mV，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)完全分離.因此，測(cè)定DA和AA的最佳pH值是2.0.

3 結(jié)論

半胱胺修飾金電極對(duì)pH=2.0的AA與DA磷酸鹽緩沖液反復(fù)進(jìn)行測(cè)定20次，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.4%和2.8%，電極重現(xiàn)性好，對(duì)DA和AA有明顯的催化作用.修飾電極放置在空氣中兩星期后，自組裝膜被空氣中氧氣氧化，對(duì)AA的催化作用降低，但對(duì)AA及DA仍能分離.綜上所述，半胱胺修飾金電極能很好的分離DA和AA，且有很好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性.

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