聚中性紅修飾玻碳電極的制備及應(yīng)用

屈穎娟，韓 敏，楊曉慧

（西安文理學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安710065）

谷氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種常見α氨基酸之一，大量存在于谷類蛋白質(zhì)中，動(dòng)物腦中含量也較多。谷氨酸在生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)代謝過程中占重要地位，參與動(dòng)物、植物和微生物中的許多重要化學(xué)反應(yīng)[1］。谷氨酸鈉俗稱味精，是重要的鮮味劑，對(duì)香味具有增強(qiáng)作用，廣泛用作食品調(diào)味劑[2］。味精生產(chǎn)過程中，須經(jīng)常測定谷氨酸和谷氨酸鈉的含量，以控制適宜的工藝條件，確保各工序正常有序地進(jìn)行，所以研究谷氨酸的測定方法具有重要的實(shí)際意義。

目前，谷氨酸的測定方法主要有吸收光譜法[3］、高效液相色譜法[4］、電位分析法[5］等。中性紅是一種細(xì)胞活體染色和酸堿指示劑的堿性吩嗪染料，可用作酸堿指示劑、修飾電極的修飾劑[6－8］。鑒于此，作者在此將中性紅聚合到玻碳電極表面，制備聚中性紅修飾玻碳電級(jí)并采用循環(huán)伏安法對(duì)谷氨酸在該修飾電極上的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究，擬為建立谷氨酸的電化學(xué)分析方法提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

中性紅，分析純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司；谷氨酸，分析純，上海悠祥生化試劑有限公司；食用雞精，上海太太樂食品有限公司；其它試劑均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

CHI600C型電化學(xué)工作站；三電極體系：工作電極為裸玻碳電極（GCE）或修飾玻碳電極，參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為鉑絲電極；SB5200D型超聲波清洗機(jī)；PHS－2C型酸度計(jì)。

1.2 玻碳電極的預(yù)處理

將直徑為3mm的裸玻碳電極依次用金相砂紙、氧化鋁拋光粉拋光成鏡面，然后在超聲水浴中依次用1∶1硝酸、1∶1乙醇和去離子水將電極清洗干凈，最后將該玻碳電極置于0.5mol·L－1硫酸溶液中于－0.5～1.0V電位下進(jìn)行循環(huán)掃描極化至循環(huán)伏安圖穩(wěn)定為止。

1.3 聚中性紅修飾玻碳電極的制備

將處理后的玻碳電極放入0.50mol·L－1NaNO3＋0.50mmol·L－1中性紅＋NaAc－HAc緩沖溶液（pH＝5.0）的混合體系中，控制掃描電位范圍為－0.8～0.8V，設(shè)定掃描段數(shù)為30，以100mV·s－1的掃描速率循環(huán)掃描，即可制得聚中性紅修飾玻碳電極。

2 結(jié)果與優(yōu)化

2.1 電極修飾條件的優(yōu)化

2.1.1 電位范圍、掃描速率及掃描段數(shù)的選擇

配制一定濃度的中性紅溶液進(jìn)行電極聚合。

1）在掃描速率為100mV·s－1、不同電位范圍下進(jìn)行聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電位范圍為－0.8～0.8V時(shí)的聚合效果最好。因此，選擇電位范圍為－0.8～0.8V。

2）在電位范圍為－0.8～0.8V、不同掃描速率下進(jìn)行聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，掃描速率為100mV·s－1時(shí)的聚合效果最好。因此，選擇掃描速率為100mV·s－1。

3）在電位范圍為－0.8～0.8V、掃描速率為100 mV·s－1的條件下，分別設(shè)定掃描段數(shù)為10、20、30、40進(jìn)行聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，掃描段數(shù)為30時(shí)循環(huán)伏安圖已趨于穩(wěn)定，且對(duì)谷氨酸的響應(yīng)最好，聚合效果最好。因此，選擇掃描段數(shù)為30。

2.1.2 中性紅濃度的選擇

分別在濃度為0.05mmol·L－1、0.10mmol·L－1、0.50mmol·L－1、1.0mmol·L－1的中性紅溶液中進(jìn)行電極聚合，通過循環(huán)伏安圖比較其峰電流的大小。結(jié)果表明，當(dāng)中性紅濃度為0.50mmol·L－1時(shí)峰電流最大，與文獻(xiàn)[6］結(jié)果一致。因此，選擇中性紅濃度為0.50mmol·L－1較為適宜。

2.1.3 緩沖溶液體系及其pH值的選擇

分別在PBS、NaAc－HAc、NaAc－HCl緩沖溶液中制備聚中性紅修飾玻碳電極。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在NaAc－HAc緩沖溶液中聚合得到的修飾電極性能最好。因此，選擇NaAc－HAc緩沖溶液較為適宜。

分別在pH 值為4.0、4.5、5.0、5.5、6.0的 NaAc－HAc緩沖溶液中制備聚中性紅修飾玻碳電極。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在pH＝5.0的NaAc－HAc緩沖溶液中，中性紅在玻碳電極表面的聚合效果最好。因此，選擇在pH＝5.0的NaAc－HAc緩沖溶液中制備聚中性紅修飾玻碳電極。

2.1.4 支持電解質(zhì)及其濃度的選擇

分別在NaNO3、Na2SO4、KCl溶液中進(jìn)行電極聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)支持電解質(zhì)為NaNO3溶液時(shí)，中性紅在電極上的聚合效果較好。

在濃度為0.1～1.5mol·L－1的 NaNO3溶液中進(jìn)行電極聚合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在0.5mol·L－1的NaNO3溶液中的聚合效果最好。因此，選擇0.5mol·L－1的NaNO3溶液為支持電解質(zhì)。

2.2 修飾電極測定谷氨酸

2.2.1 修飾電極測定谷氨酸條件的選擇

1）掃描速率的選擇

固定谷氨酸濃度為1.0×10－5mol·L－1，在10～200mV·s－1的掃描速率范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)伏安測定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)掃描速率為100mV·s－1時(shí)，峰電流最大。因此，選擇掃描速率為100mV·s－1。

2）底液及其濃度、pH值的選擇

分別用0.10mol·L－1的PBS、Na2SO4、KCl溶液作為測試底液，在電位范圍為－0.8～0V、掃描速率為100mV·s－1的條件下進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)滓簽镻BS緩沖溶液時(shí)，峰電流最大。因此，選擇PBS緩沖溶液作為測試底液。

同時(shí)對(duì)PBS緩沖溶液的濃度和pH值進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以濃度為0.10mol·L－1、pH＝4.0的PBS緩沖溶液作為測試底液時(shí)，峰電流最大。因此，選擇濃度為0.10mol·L－1、pH＝4.0的PBS緩沖溶液作為測試底液。

2.2.2 電極修飾前后對(duì)谷氨酸的伏安響應(yīng)

分別用未修飾電極與修飾電極對(duì)谷氨酸進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，結(jié)果如圖1所示。

圖1 谷氨酸在未修飾電極和修飾電極上的循環(huán)伏安圖Fig.1 The CV curves of glutamic acid at unmodified electrode and modified electrode

由圖1可看出，聚中性紅修飾玻碳電極對(duì)谷氨酸有明顯的伏安響應(yīng)。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)不同濃度的谷氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定。結(jié)果表明：谷氨酸濃度（c）在5.0×10－6～2.0×10－4mol·L－1范圍內(nèi)與峰電流（ip）呈良好線性關(guān)系，回歸方程為ip＝9.6238c＋6.8727，相關(guān)系數(shù)為0.9993，檢出限（S／N＝3）為2.0×10－6mol·L－1。

2.2.4 樣品測定

準(zhǔn)確稱取食用雞精0.20g，配制成100mL樣品溶液。在電位范圍為－0.8～0V、掃描速率為100 mV·s－1、掃描段數(shù)為2的條件下，進(jìn)行循環(huán)伏安測定，計(jì)算回收率，結(jié)果見表1 。

由表1 可知，回收率在99.2%～103.0%之間，說明該方法具有可行性，且準(zhǔn)確度較高。

3 結(jié)論

制備了聚中性紅修飾玻碳電極，并采用循環(huán)伏安法對(duì)谷氨酸在該修飾電極上的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究，據(jù)此建立了谷氨酸的電化學(xué)分析方法。結(jié)果表明，與裸玻碳電極相比，谷氨酸在修飾電極上產(chǎn)生一對(duì)氧化還原峰，谷氨酸在5.0×10－6～2.0×10－4mol·L－1濃度范圍內(nèi)與峰電流呈良好的線性關(guān)系，檢出限（S／N＝3）為2.0×10－6mol·L－1。該法可用于食用味精中谷氨酸的含量測定。

表1 樣品測定結(jié)果Tab.1 Determination results for samples

[1]武海云，蔣根靈，李慶林.天麻素通過抑制細(xì)胞凋亡保護(hù)谷氨酸誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞損傷[J］.中國臨床藥理學(xué)與治療學(xué)，2012，17（12）：1361－1367.

[2]http：／／www.wiki8.com／guansuan＿31325.

[3]趙進(jìn)輝，劉木華，吁芳，等.鴨肉中谷氨酸含量的可見－近紅外光譜測定研究[J］.核農(nóng)學(xué)報(bào)，2011，25（3）：529－533.

[4]HAN H，MIYOSHI Y，UENO K，et al.Simultaneous determination of D－aspartic acid and D－glutamic acid in rat tissues and physiological fluids using a multi－loop two－dimensional HPLC procedure[J］.Journal of Chromatography B，2011，879（29）：3196－3202.

[5]孫士青，史建國，朱思榮，等.酶電極法測定谷氨酸片中谷氨酸含量[J］.山東科學(xué)，2007，20（4）：33－36.

[6]張秋靈，鄒華，常文貴.聚中性紅修飾電極測定維生素C的方法研究[J］.飲料工業(yè)，2007，10（11）：33－36，40.

[7]鄭蘭梅，周躍明，梁喜珍，等.聚中性紅／納米二氧化硅復(fù)合修飾電極直接測定抗壞血酸[J］.分析試驗(yàn)室，2012，31（4）：28－31.

[8]顧玲，張苗，賀亞梅.聚中性紅／Ni2＋修飾碳糊電極對(duì)葡萄糖的電催化氧化研究[J］.化學(xué)研究與應(yīng)用，2013，25（6）：812－817.