納米氧化鐵修飾電位型抗壞血酸傳感器的研制

劉 芳，郭志慧，鄭行望

(1.文山學(xué)院生化系，云南 文山 663000；2.陜西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710062)

納米氧化鐵修飾電位型抗壞血酸傳感器的研制

劉 芳1，郭志慧2，鄭行望2

(1.文山學(xué)院生化系，云南 文山 663000；2.陜西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，陜西 西安 710062)

將納米氧化鐵修飾電極制備成電位型傳感器用于抗壞血酸的測定，并研究其性能、測定條件及干擾物質(zhì)的影響。結(jié)果表明：該傳感器在pH6.5的磷酸緩沖溶液中對抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)溶液的線性范圍1.0×10-6～1.0×10-3mol/L呈良好的線性關(guān)系(r＝－0.9969)，斜率為－30.2，檢出限為8.9×10-7mol/L。利用該傳感器測定橙汁和VC藥片中的抗壞血酸，獲得令人滿意的結(jié)果。

納米氧化鐵；修飾電極；電位型傳感器；抗壞血酸

抗壞血酸(VC)廣泛存在于食品和植物組織中，是維護(hù)機(jī)體正常生理功能的重要維生素之一。它參與體內(nèi)一系列代謝及氧化還原反應(yīng)，還有助于合成膠元和黏多糖等細(xì)胞間質(zhì)，在腎上腺皮質(zhì)激素的合成、體內(nèi)氧化還原中也是不可缺少的，人體缺乏抗壞血酸則會導(dǎo)致壞血病，因此對抗壞血酸的定量分析在醫(yī)藥、食品領(lǐng)域中均具有重要意義[1]。

測定抗壞血酸的常用方法有碘量法、分光光度法、化學(xué)發(fā)光法等。大多要求較高的實驗條件和操作技術(shù)，有些方法步驟煩瑣，不利于快速分析[2]。加之一些借助顏色進(jìn)行分析的方法也會由于待測樣品本身帶有顏色而影響測定的結(jié)果。近十年來，用化學(xué)修飾電極來測定抗壞血酸已引起眾多學(xué)者的關(guān)注。它們是利用修飾物對抗壞血酸的電催化氧化，抗壞血酸的濃度與電流的變化量呈線性關(guān)系來測定抗壞血酸。谷氨酸、中性紅、聚乙烯基吡啶、環(huán)糊精、苯醌和Co-Salen、金屬卟啉、DB-18-C-6、DPA、葡萄糖氧化物、溶膠凝膠、鄰菲羅啉等被用作修飾物修飾在不同的基體電極(鉑、碳、玻碳)上來測定抗壞血酸[3-11]。本實驗用經(jīng)納米氧化鐵修飾過的石墨電極制備一種新型的電位型抗壞血酸傳感器，該傳感器對抗壞血酸的濃度呈現(xiàn)能斯特線性響應(yīng)，以期為抗壞血酸的測定建立選擇性好、操作簡便的方法。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

抗壞血酸等試劑均為分析純

ZD-WC數(shù)字式電子電位差計 南京多助科技發(fā)展有限公司；85-2數(shù)顯恒溫磁力攪拌器金壇市大地自動化儀器廠；pHS-3C精密pH計 上海安亭雷磁儀器廠；甘汞電極、自制納米氧化鐵修飾電極。

實驗用水為超純水；抗壞血酸系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：準(zhǔn)確稱取1.76g抗壞血酸，以10g/L草酸溶液稀釋定容至100mL棕色容量瓶中，得到0.1mol/L的抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。用10g/L草酸溶液逐級稀釋成1.0×10-2～1.0×10-7mol/L的一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。超純水即配即用[12]。

1.2 方法

1.2.1 納米氧化鐵的制備

[13]的方法，向70mL水中加入0.01mol/L CTMAB(十六烷基三甲基溴化銨)10mL，加熱煮沸，滴加0.005mol/L硝酸鐵溶液，得棕紅色膠體，冷卻后，在pH計上，用1.5 mol/L 氨水及0.15 mol/L 氨水小心調(diào)節(jié)至pH4.0將溶膠蒸發(fā)至總體積約30mL，轉(zhuǎn)入40mL瓷坩堝中，在105～110℃蒸干，將坩堝轉(zhuǎn)入馬弗爐中，在500℃灼燒，冷卻，收集產(chǎn)品。制得的納米氧化鐵用透射電子顯微鏡(TEM) 測量(圖1)，平均粒徑為46nm。

圖1 納米氧化鐵的TEM圖Fig.1 TEM patterns of Fe2O3 nanoparticles

1.2.2 納米氧化鐵修飾電極的制備和電位的測定

將一根長約5cm的石墨電極的一端磨平拋光至鏡面，另一端連接上一段銅線，然后在超聲波清洗器中依次用無水乙醇和蒸餾水清洗數(shù)次。 再將100mg納米氧化鐵，超聲分散到10mL無水乙醇中形成納米氧化鐵的乙醇分散液[14]。最后把清洗后的電極浸泡于該分散液中，10min后取出，自然風(fēng)干，然后置于1.0×10-3mol/L的抗壞血酸溶液中活化2h。取出后用水充分沖洗，擦干，插入待測溶液中與甘汞電極構(gòu)成原電池，在不斷攪拌下于離子計上測定電池的電位值。

2 結(jié)果與分析

2.1 實驗條件的選擇

2.1.1 活化液的濃度以及活化時間的影響

制備好的納米氧化鐵修飾電極必須在一定濃度的抗壞血酸溶液中浸泡使其活化一定的時間才具有膜電極的特性。實驗表明：以1.0×10-3mol/L活化液，活化2～3h為宜?；罨簼舛冗^低或活化時間過短，導(dǎo)致形成的敏感膜不能提供足夠的響應(yīng)位點；而高濃度的活化液或長時間活化可能形成較厚的敏感膜，不利于待測離子的響應(yīng)。

2.1.2 pH值對測定的影響

緩沖體系的pH值對抗壞血酸在納米氧化鐵修飾電極上的氧化還原性質(zhì)有一定影響。固定抗壞血酸溶液的濃度為1.0×10-3mol/L，在pH4～7的范圍內(nèi)，考察不同溶液酸度對抗壞血酸響應(yīng)的影響。結(jié)果表明：在pH6～7范圍內(nèi)，重現(xiàn)性最好。由于抗壞血酸在偏酸性溶液中有較好的穩(wěn)定性，因此本實驗選pH6.0作為抗壞血酸傳感器的工作值。

2.1.3 離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的選擇

分別用KCl、KNO3和K2SO4對離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑(ISAB)作選擇，實驗表明：使用0.1mol/L KNO3溶液作離子調(diào)節(jié)劑時，電位最穩(wěn)定，線性范圍最寬。并且KNO3對液接電位的穩(wěn)定作用好，有利于低濃度的測定，故選用0.1mol/L KNO3作為ISAB。

2.2 電極的響應(yīng)特性

取抗壞血酸系列標(biāo)準(zhǔn)溶液于最佳實驗條件下分別測定其電極電位，以電極電勢為縱坐標(biāo)，以抗壞血酸濃度對數(shù)值(lgC)為橫坐標(biāo)做回歸曲線，結(jié)果表明，修飾電極對1.0×10-6～1.0×10-3mol/L的抗壞血酸有靈敏的線性響應(yīng)，回歸方程為E=147－30.2 lgC(r＝－0.9969)，斜率為－30.2，檢出限為8.9×10-7mol/L抗壞血酸。

2.3 電極的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性

將電極從1.0×10-4mol/L溶液中往復(fù)3次轉(zhuǎn)移至1.0×10-3mol/L溶液中，測得值的平均偏差相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為6.38%和1.71%。電極浸入1.0×10-3mol/L標(biāo)液中2h，電位漂移的最大值為1.8 mV。由此可見，電極的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性較好。

2.4 電極的響應(yīng)時間和使用壽命

該電極在1.0×10-3～1.0×10-4mol/L抗壞血酸溶液中響應(yīng)時間小于2min；在1.0×10-5～1.0×10-6mol/L抗壞血酸溶液中響應(yīng)時間小于4min。

新制作的電極每次使用之后，要用蒸餾水反復(fù)沖洗，并于4℃條件下懸于pH6.0的磷酸緩沖液上方保存?zhèn)溆谩０创朔ū４娴碾姌O，經(jīng)使用20d后其響應(yīng)信號基本不變。使用過程中從低濃度測到高濃度溶液，并且盡量少測定高濃度溶液，這樣可延長電極的使用壽命。

2.5 電極對共存物的選擇性

表1 溶液中共存物的選擇性系數(shù)Table 1 Selectivity coefficient of coexisting species in solutions

采用混合溶液法[15]，考察該傳感器對共存物的選擇性系數(shù)，結(jié)果見表1。由表1可見，除半胱氨酸外，其他物質(zhì)基本不干擾測定，所以建立的傳感器具有較高的選擇性。半胱氨酸對測定產(chǎn)生干擾的主要原因是：半胱氨酸本身能與納米氧化鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)。從而使電極無法正常指示抗壞血酸濃度。在實際樣品測定中，有干擾的物質(zhì)含量極微，對結(jié)果無明顯影響。

2.6 樣品測定

按上述的最佳實驗條件，利用校準(zhǔn)曲線法，分別測定了橙汁和VC藥片中抗壞血酸的含量，結(jié)果如表2所示。

表2 樣品中抗壞血酸的測定結(jié)果(n=3)Table 2 Determination results of ascorbic acid in samples

3 結(jié) 論

本實驗對用納米氧化鐵修飾電極測定抗壞血酸方法的各種實驗條件進(jìn)行研究，主要包括對修飾電極制備的研究、測定抗壞血酸最佳結(jié)果的實驗條件選擇等，并在選定的實驗條件下，對VC藥片和橙汁飲料中抗壞血酸的含量進(jìn)行測定。此方法操作方便，具有快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點。

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Development of Nano-Fe2O3-modified Potentiometric Sensor for Ascorbic Acid

LIU Fang1，GUO Zhi-hui2，ZHENG Xing-wang2
(1. Department of Bio-chemistry, Wenshan University, Wenshan 663000, China；2. College of Chemistry and Materials Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China)

Nano-Fe2O3-modified graphite electrode was prepared and used as a new potentiometric sensor for the detection of ascorbic acid. The properties, determination conditions and factors of this potentiometric sensor were explored. Results indicated that the linear range of this sensor in phosphate buffer solution with pH 6.5 ranged from 1.0 × 10-6to 1.0 × 10-3mol/L(r= －0.9969) with－30.2 mV/pC slope and 8.9 × 10-7mol/L detection limit. This sensor has been used for determining ascorbic acid in orange juice and vitamin C tablets with satisfactory results.

Nano-Fe2O3；modified electrode；potentiometric sensor；ascorbic acid

O657.1

B

1002-6630(2011)06-0311-03

2010-05-25

劉芳(1981—)，女，講師，碩士，研究方向為電化學(xué)分析。E-mail：flyd7125315@126.com