基于Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極的電化學發(fā)光分析法測定脯氨酸

高紅方，王玉鳳，漆紅蘭

（陜西省生命分析化學重點實驗室，陜西師范大學化學化工學院，陜西西安710062）

基于Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極的電化學發(fā)光分析法測定脯氨酸

高紅方，王玉鳳，漆紅蘭*

（陜西省生命分析化學重點實驗室，陜西師范大學化學化工學院，陜西西安710062）

利用滴涂法和靜電吸附作用制備了Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion修飾的玻碳電極，基于脯氨酸對Ru(bpy)32+電化學發(fā)光的信號增強作用，建立了測定脯氨酸的電化學發(fā)光分析新方法。實驗結果表明，在pH9.5的碳酸鹽介質中，電化學發(fā)光強度與脯氨酸濃度在2.0×10－10～1.0×10－8mol/L范圍內呈良好的線性關系，檢出限為3.7×10－11mol/L(S/N=3)。

電化學發(fā)光；脯氨酸；Ru(bpy)32+；修飾電極

0 引言

脯氨酸 (proline，Pro)是一種氨基酸類藥物，研究表明人體體液中Pro含量變化與多種疾病如骨病[1]、癌癥[2－3]、慢性尿毒癥[4]等有關。建立靈敏、快速檢測脯氨酸的分析方法具有重要意義。文獻報道的測定Pro的方法有質譜法[5]、液相色譜法[6]、化學發(fā)光法[7]等。這些方法有些操作復雜，有些靈敏度不高。電化學發(fā)光分析方法具有操作簡單，靈敏度高，檢測速度快等優(yōu)點[8]。在前期工作[9]的基礎上，以玻碳電極作為基底電極，利用滴涂法和靜電吸附作用制備了Ru(bpy)32+/ AuNPs/Nafion/GCE修飾電極?；赑ro對Ru(bpy)32+電化學發(fā)光行為的增強作用，建立簡單、靈敏的檢測脯氨酸的電化學發(fā)光分析方法。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

氯化三(2,2'－聯吡啶)釕(II)六水合物（Ru(bpy)3Cl2，Ru(bpy)32+）、Nafion（perfluoinated ionexchange resin）和脯氨酸 （Pro）均購自Sigma-Aldrich；氯金酸、檸檬酸鈉、鐵氰化鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉和氯化鉀均購自國藥集團化學試劑有限公司。 實驗所用溶液均用Millipore Milli Q water (＜18 M/cm)水配制。

CHI 600B電化學工作站 （上海辰華儀器公司，上海，中國）；發(fā)光測量系統(tǒng)為MPI－E型電致化學發(fā)光分析系統(tǒng)(西安邁瑞分析儀器有限公司,中國)，超聲波清洗器 （昆山市超聲儀器有限公司）。三電極系統(tǒng)包括玻碳電極（Φ=2 mm）或者修飾電極為工作電極，鉑片電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極。

1.2 修飾電極的制備和電化學發(fā)光測量脯氨酸

Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極制備參考文獻[9]。在1 mL含不同濃度脯氨酸的0.1 mol/L碳酸鹽緩沖溶液(pH=9.5)中，利用線性單掃描伏安法，以掃描速率0.05 V/s在0~1.4 V電位范圍內掃描，記錄電化學發(fā)光-電位曲線；或者利用階躍脈沖技術，初始電壓為0 V，最高電壓為1.10 V，脈沖時間為30 s，記錄電化學發(fā)光-時間曲線。 光電倍增管（PMT）負高壓設置為600 V。以電化學發(fā)光強度為分析信號，進行脯氨酸的檢測。

2 結果與討論

2.1 Pro增強Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極的電化學發(fā)光行為

根據文獻[9]，利用滴涂法和靜電吸附作用制備了Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion修飾的玻碳電極。制備的金納米粒子的透射電鏡圖如圖1所示。從電鏡可以觀察到，金納米粒子表面光滑，分布均勻，粒徑在12 nm左右。

圖1 金納米粒子的電鏡圖Fig.1 TEM image of AuNPs

圖2為Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極在含有 8.0×10-10mol/L Pro的0.1 mol/L碳酸鹽緩沖液中的電化學發(fā)光-電位曲線圖。從圖2可以看出，在沒有Pro的緩沖溶液中，Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極在 1.1 V左右產生弱的電化學發(fā)光信號（1241）；加入8.0×10-10mol/L Pro后，在1.1 V處的電化學發(fā)光強度增加到4263。說明 Pro在堿性介質中能夠增強Ru(bpy)32+的電化學發(fā)光，可用于測定Pro。

圖2 Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極在0.1 mol/L碳酸鹽緩沖液（pH=9.5）溶液(a)和含8.0×10-10mol/L Pro的0.1 mol/L碳酸鹽緩沖液(pH=9.5)中的電化學發(fā)光-電位曲線圖(b)Fig.2 ECL intensity-potential profiles obtained at Ru (bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE electrode in 0.1 mol/L carbonate buffer(pH9.5)(a)and 0.1 mol/L carbonate buffer (pH9.5)containing 8.0×10-10mol/L Pro

2.2 條件優(yōu)化

實驗中首先考察電位和溶液pH對電化學發(fā)光強度的影響，結果如圖3和4所示。從圖3可以看出，在1.0 V～1.1V之間增加施加電壓，電化學發(fā)光信號隨之增強；當電壓大于1.1 V后，電化學發(fā)光強度趨于平穩(wěn)，實驗選擇施加電位為1.1 V。

圖3 施加電壓對電化學發(fā)光強度的影響曲線Fig.3 The dependence of ECL intensity of Ru(bpy)32+/ AuNPs/Nafion/GCE on applied potential for the detection of 5×10-9mol/L Pro

圖4 pH對電化學發(fā)光強度的影響曲線Fig.4 The dependence of ECL intensity of Ru(bpy)32+/ AuNPs/Nafion/GCE on pH.I0is the ECL peak in the absence of Pro(a),ISis the ECL peak in the presence of 1×10-9mol/L Pro(b),(c)ΔI=IS-I0

根據相關文獻的報道[10]，緩沖溶液的pH對電化學發(fā)光檢測過程有著重要影響。為獲得最佳檢測效果，該研究也對pH進行優(yōu)化。在pH6.9~ pH10.1范圍內，在選定的電位下，考察介質pH對5×10-9mol/L脯氨酸-Ru(bpy)32+電化學發(fā)光強度的影響。實驗結果如圖4所示。結果表明，在pH6.9~pH9.4范圍內脯氨酸-Ru(bpy)32+的電化學發(fā)光強度隨pH增大而增大，在pH9.4~pH10.1范圍內脯氨酸Ru(bpy)32+的電化學發(fā)光強度基本不隨pH的變化而變化。因此，實驗選擇pH=9.5的0.1 mol/L碳酸鹽緩沖液為測定的緩沖條件。

2.3 工作曲線與檢出限

在優(yōu)化的實驗條件下，采用階躍脈沖技術對脯氨酸進行測定。圖5為修飾電極在不同濃度Pro中的電化學發(fā)光-時間曲線。從圖5可以看出，隨著加入Pro濃度的增加，修飾電極的電化學發(fā)光強度隨之增加；電化學發(fā)光強度的變化值ΔI與脯氨酸的濃度在2.0×10-10~1.0×10-8mol/L范圍內呈現良好的線性關系（如圖5內插圖）。線性回歸方程為ΔI=1247c+2779（c的單位為nmol/L，相關系數r=0.9939）。脯氨酸的檢出限為3.7×10-11mol/L(S/N=3)。該Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極可以通過電化學發(fā)光強度的變化實現對脯氨酸的靈敏檢測。

圖5 Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極在不同濃度Pro中的電化學發(fā)光-時間曲線內插圖：脯氨酸的校準曲線Fig.5 ECL intensity vs time profiles of the Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE for different concentrations of Pro.Insert, the calibration curve of Pro.Concentrations of Pro:2.0×10-10mol/L(a),5.0×10-10mol/L(b),1.0×10-9mol/L(c), 2.0×10-9mol/L(d),5.0×10-9mol/L(e),7.0×10-9mol/L(f),9.0×10-9mol/L(g)and 1.0×10-8mol/L(h)

3 結論

基于脯氨酸對Ru(bpy)32+電化學發(fā)光強度的增強作用，利用Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE修飾電極，建立了一種高靈敏檢測脯氨酸的電化學發(fā)光分析新方法。實驗結果表明，該方法測定脯氨酸具有較高的靈敏度和較低的檢出限。

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Electrogenerated chemiluminescence determination of proline using Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion modified electrode

Gao Hong-fang,Wang Yu-feng,Qi Hong-lan*
(School of Chemistry and Chemical Engineering,Shaanxi Normal University,Xi’an 710062,China)

The Ru(bpy)32+/AuNPs/Nafion/GCE modified electrode was fabricated and applied to detect proline by electrogenerated chemiluminescence (ECL)method.A sensitive ECL method was developed for determination of proline in the linear range of 2.0×10－10～1.0×10－8mol/L in pH9.5 carbonate buffer solution.The detection limit was 3.7×10－11mol/L.

ECL;proline;Ru(bpy)32+;modified electrode

國家自然科學基金資助（No 21375084）

*通信聯系人,E－mail:honglanqi＠snnu.edu.cn