聚L-苯丙氨酸/石墨烯修飾電極測定左旋多巴

羅 艷，孫登明

（淮北師范大學化學與材料科學學院，安徽淮北235000）

聚L-苯丙氨酸/石墨烯修飾電極測定左旋多巴

羅 艷，孫登明*

（淮北師范大學化學與材料科學學院，安徽淮北235000）

將玻碳電極(GCE)放入L-苯丙氨酸(LP)和氧化石墨烯(GO)的混合液中進行循環(huán)伏安掃描聚合，該過程中GO通過電化學還原成石墨烯(ERGO)，因而得到聚L-苯丙氨酸/石墨烯修飾電極(PLP-ERGO/GCE)，該電極對左旋多巴(LDA)具有較好的催化能力和較快的電子傳遞速率。利用循環(huán)伏安法(CV)和差分脈沖伏安法(DPV)探究了LDA在該電極上的電化學行為，LDA在電極表面的氧化還原過程受擴散控制。在最佳實驗條件下，LDA在0.478 V處產(chǎn)生一個氧化峰。采用DPV法測定LDA的線性范圍為7.50×10-6~2.50×10-4mol/L，檢出限為7.5×10-7mol/L。用于樣品中左旋多巴的測定，結(jié)果滿意。

石墨烯；L-苯丙氨酸；左旋多巴；修飾電極

0 引言

石墨烯是一種新型的碳納米材料，其厚度一般小于1 nm[1]，是最薄最堅硬的、電阻率最小的材料[2]。石墨烯是由碳原子組成六角形呈蜂巢晶格的平面薄膜[3]，每個碳原子均為sp2雜化，并貢獻剩余一個p軌道上的電子形成大π鍵，π電子可以自由移動，賦予石墨烯良好的導電性[4]。所載電荷有其特有的遷移方式，其結(jié)構(gòu)獨特，性能優(yōu)異，具有較高的比表面積[5]，較好的機械穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性[6]，并有很好的導電性[7]，是一種良好的電化學傳感材料[8]。已被用于電池、場效應(yīng)晶體管、生物傳感器[9]等領(lǐng)域。以石墨烯為基礎(chǔ)的傳感器[10]的應(yīng)用越來越廣泛，不僅可以應(yīng)用于藥物和生物小分子的分析測定，對研究分析牛血紅蛋白，活體細胞等復雜物質(zhì)也發(fā)揮著重要的作用。

左旋多巴(Levodopa,C9H11NO4)又名左多巴，為抗震顫麻痹藥，通過血腦屏障進入腦組織，經(jīng)多巴脫羧酶脫羧而轉(zhuǎn)變成多巴胺，發(fā)揮作用，適用于原發(fā)性震顫麻痹癥及非藥原性震顫麻痹綜合征[11]。左旋多巴是生物體內(nèi)一種重要的生物活性物質(zhì)，是從L-酪氨酸到兒茶酚或黑色素的生化代謝途徑過程中的重要中間產(chǎn)物[12]。目前，對左旋多巴的測定方法有高效液相色譜法[13]、可見分光光度法[14]、化學發(fā)光法[15-16]、熒光法[17]、毛細管電泳法[18]等。但存在靈敏度低，線性范圍窄，制作過程復雜等不足之處。該實驗通過簡單的方法制備了PLP-ERGO/GCE，由于PLP具有良好的催化功能，加入ERGO后，電極修飾膜的比表面積增大，催化活性位點增多，從而進一步提高了修飾電極的催化能力，并對LDA具有較好的選擇性和靈敏度，可用于LDA的測定。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

BAS100/W電化學分析系統(tǒng) (美國BAS公司)；pHS-3C型酸度計(上?？祪x儀器有限公司)；電化學實驗用三電極系統(tǒng)，玻碳電極或修飾電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲電極為對電極。

GO分散液：2 mg/mL（分散劑：水；GO粒徑：1~5 μm；厚度：0.8~1.2 nm；單層率：約99%；純度：高于99%；南京先鋒納米材料科技有限公司）；LDA貯備液：5.00×10-3mol/L，冷存避光；LP貯備液：5.0×10-3mol/L；磷酸鹽緩沖溶液(PBS)：pH2.0~ 6.0，用0.1 mol/L磷酸鹽按常規(guī)方法配制，在pH計上進行校準。

1.2 修飾電極的制備

玻碳電極(Ф=3 mm)的預(yù)處理按文獻[19]進行。在含有1.0 mg/mL GO，1.0×10-3mol/L LP，酸度為pH5.0的聚合底液中，以鉑絲電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極，玻碳電極為工作電極，在-2.5~2.5 V電位范圍內(nèi)，以100 mV/s掃描速率循環(huán)掃描8周。由于在較負的電位下GO能夠被電化學還原成石墨烯[20-21]，因此聚合結(jié)束后，把修飾到GCE表面的電化學還原石墨烯記作ERGO。取出電極用二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥，即制得PLP-ERGO/GCE。

1.3 實驗方法

取10 mL容量瓶，準確加入5.0 mL pH為2.0的PBS及一定量的LDA，用亞沸水定容，充分搖勻后轉(zhuǎn)移到石英電解池中。以Ag/AgCl電極為參比電極，修飾電極為工作電極，鉑絲電極為對電極。進行循環(huán)伏安掃描或示差脈沖伏安掃描，記錄電化學參數(shù)。掃描結(jié)束后，在空白底液中將電極進行循環(huán)掃描，至LDA的峰消失，即可進行下一次實驗。所有實驗均在室溫下進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 LDA的循環(huán)伏安行為

圖 1為 5.00×10-5mol/L LDA在 GCE，PLP/ GCE和PLP-ERGO/GCE上的循環(huán)伏安圖。可以看出LDA在GCE上的氧化峰電流最小，在PLP/ GCE和PLP-ERGO/GCE上峰電流增大，在PLPERGO/GCE上的峰電流最大，這說明PLP/GCE和PLP-ERGO/GCE對LDA有較明顯的催化作用，其中PLP-ERGO/GCE的催化效果最強，這可能是ERGO提供了較大的比表面積，并與PLP協(xié)同催化反應(yīng)的結(jié)果。

圖1LDA在GCE(a)，PLP/GCE(b)和PLP-ERGO/GCE (c)上的循環(huán)伏安曲線

Fig.1 CVs of LDA on GCE(a),PLP/GCE(b)and PLPERGO/GCE(c)at a scan rate of 0.05 V/s in PBS(pH2.0)

2.2 pH的影響

探究不同酸度對5.00×10-5mol/L LDA的影響。如圖2所示，隨著pH增加，LDA的峰位置均移向負電位，在pH2.0~6.0范圍內(nèi)，電位與pH呈線性關(guān)系，其線性回歸方程為E=0.6116-0.06094 pH，r=0.9956。說明LDA的氧化過程有質(zhì)子參與，LDA在pH2.0時峰電流最大，實驗選擇pH2.0作為測定LDA的最佳酸度。

2.3 掃速與峰電流，峰電位的關(guān)系

圖3是測定5.00×10-5mol/L LDA在不同掃速下的CV曲線，隨著掃描速率的增加，LDA的響應(yīng)電流逐漸增加，氧化峰移向正電位，還原峰移向負電位。掃速在0.20~0.60 V/s范圍內(nèi)，峰電流的對數(shù)與掃速的對數(shù)成線性關(guān)系，其回歸方程為：lgIa=0.5865+0.5390 lgv，r=0.9934；lgIc= 0.2098+0.62758 lgv，r=0.9992。說明LDA在修飾電極上主要受擴散控制，與文獻報道一致[12,22]。掃速在0.12~0.60 V/s范圍內(nèi)，電位與掃速的對數(shù)也呈線性關(guān)系，其回歸方程為：Epa=0.2245+ 0.06372lnv，r=0.9901；Epc=0.6275-0.03947 lnv，r=0.9903。說明，掃速增加時，LDA在修飾電極上的氧化還原反應(yīng)速率降低，電極反應(yīng)可逆性變差。

圖2 LDA在不同pH下的DPV曲線(A)和E與pH的關(guān)系曲線(B)Fig.2 DPVs of LDA with different pH(A)and the corresponding relationship curve between the peak potential and pH(B)pH 1~9:2.0,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0；Scan rate of 0.05 V/s

圖3 LDA在不同掃速下的CV圖Fig.3 Cyclic voltammetric curves for LDA with different scan ratesfrom 1 to 15:0.02,0.04,0.06,0.08,0.10,0.12,0.14,0.16, 0.18,0.20,0.24,0.28,0.32,0.36,0.40

圖4 測定LDA的DPV曲線Fig.4 DPVs of different concenations of LDA(from 1 to 13:7.50×10-6,1.00×10-5,2.50×10-5,3.00×10-5,3.50×10-5, 4.00×10-5,4.50×10-5,5.00×10-5,7.50×10-5,1.00×10-4, 1.50×10-4,2.00×10-4,2.50×10-4mol/L)

2.4 LDA的定量分析

采用DPV法對LDA進行測定，儀器參數(shù)設(shè)置如下，電位增量：5 mV；脈沖幅度:50 mV;脈沖寬度:40 ms;脈沖間隔:200 ms；靜置時間:1min。實驗結(jié)果見圖4。定量分析的線性范圍、回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限見表1。

2.5 精密度和穩(wěn)定性

對5.00×10-5mol/L LDA進行20次平行實驗，RSD分別為3.2%，表明用PLP-ERGO/GCE電極測定時具有良好的重現(xiàn)性。將該電極在室溫下放置15 d，相同條件下再次測定時，峰電位和峰電流仍較為穩(wěn)定，這表明PLP-ERGO/GCE的穩(wěn)定性良好。

表1 測定LDA的線性范圍、回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限Tab.1 Linear ranges,regression equations,correlation coefficients and detection limits for determination of LDA on PLP-ERGO/GCE

2.6 干擾實驗

對濃度為5.00×10-5mol/L LDA溶液進行測定，測定允許誤差控制在±5%之間，測定結(jié)果表明，共存物質(zhì)的允許量 （mg）為：NH4+、Na+、K+、Ba2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Co2+、Pb2+、Cr3+、Al3+、HCO3-、NO3-、Cl-、CO32-、SO42-、淀粉、L-精氨酸、L-蘇氨酸、L-組氨酸、L-纈氨酸、葡萄糖、抗壞血酸、尿酸(≥1.0 mg，未做最高限)對測定無干擾；多巴胺 (0.1 mg)、Ag+(0.1 mg)、Cu2+(0.1 mg)、C2O42-(0.1mg)、葉酸(0.1mg)、檸檬酸(0.5mg)不干擾測定。

2.7 樣品分析

按上述實驗方法對左旋多巴片樣品進行分析，同時在樣品中加入左旋多巴標準溶液進行回收實驗，測定結(jié)果見表2：

3 結(jié)論

表2 樣品中LDA的分析結(jié)果Tab.2 Analytical results of LDA in samples(n=5)

該實驗通過簡單的方法制備了PLP-ERGO/ GCE，并用于研究LDA的電化學行為。實驗表明，LDA在PLP-ERGO/GCE上產(chǎn)生較靈敏的響應(yīng)信號。LDA在電極表面的氧化過程主要受擴散控制。采用DPV技術(shù)，建立了對LDA定量分析的新方法，對樣品中的LDA進行測定，結(jié)果令人滿意。

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Determination of levodopa based on a poly(L-phenylalanine)-graphene modified elecreode

Luo Yan,Sun Deng-ming*
（School of Chemistry and Materials Science,Huaibei Normal University,Huaibei 235000,China）

The poly(L-phenylalanine)-graphene modified glassy carbon electrode was fabricated using cyclic voltammetry.In this process,graphene oxide was electrochemically reduced.The modified electrode has the fast electron transfer rate and good electrocatalytic ability for levodopa.The electrochemical behavior of levodopa was studied by cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry and the oxidation reduction of levodopa was controlled by diffusion.Under optimal experiment conditions,the sensitive oxidation peak of levodopa was at 0.478 V.The calibration curves for levodopa were obtained in the range of 7.50×10-6~2.50×10-4mol/L by differential pulse voltammetry with the detection limit of 7.5×10-7mol/L.This method had been successfully applied to the determination of levodopa in the sample with satisfactory results.

graphene;L-phenylalanine;levodopa;modified electrode

安徽省高校省級自然科學研究重點基金（KJ2011A255資助項目）

*通信聯(lián)系人，E-mail：sundengming@126.com