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制作纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极及利用该电极检测雌二醇的方法

摘要

本发明公开了一种制作纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极的方法包括以下步骤:步骤1,将多壁碳纳米管在酸性溶液中进行超声处理;步骤2,将步骤1处理过的多壁碳纳米管分散在乙二醇水溶液中,经超声至分散均匀得到多壁碳纳米管溶液;步骤3,将裸玻碳电极在氧化铝粉上抛光,然后依次在无水乙醇和水中超声处理;步骤4,将步骤2得到的多壁碳纳米管溶液,滴涂在步骤3处理过的裸玻碳电极的表面并干燥,得到多壁碳纳米管修饰玻碳电极;步骤5,将步骤4处理的多壁碳纳米管修饰玻碳电极置于氯铂酸水溶液中进行恒电位沉积,获得纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极。本发明可以提高雌二醇的响应信号,提高对雌二醇检测的可靠性。

著录项

  • 公开/公告号CN104198551A

    专利类型发明专利

  • 公开/公告日2014-12-10

    原文格式PDF

  • 申请/专利权人 郑州大学;

    申请/专利号CN201410483353.1

  • 发明设计人 于岚岚;毛烨炫;屈凌波;

    申请日2014-09-22

  • 分类号G01N27/26(20060101);G01N27/36(20060101);G01N27/30(20060101);

  • 代理机构

  • 代理人

  • 地址 450001 河南省郑州市高新区科学大道100号郑州大学

  • 入库时间 2023-12-17 03:04:46

法律信息

  • 法律状态公告日

    法律状态信息

    法律状态

  • 2018-09-07

    未缴年费专利权终止 IPC(主分类):G01N27/26 授权公告日:20170308 终止日期:20170922 申请日:20140922

    专利权的终止

  • 2017-03-08

    授权

    授权

  • 2015-01-07

    实质审查的生效 IPC(主分类):G01N27/26 申请日:20140922

    实质审查的生效

  • 2014-12-10

    公开

    公开

说明书

技术领域

本发明涉及生物体内雌二醇检测技术领域,具体涉及一种制作纳米铂和多 壁碳纳米管修饰的玻碳电极及利用该电极检测雌二醇的方法。

背景技术

雌二醇(17β-estradiol)作为一种重要的自然甾体类雌激素(结构式见 图1),参与许多生理活动,并在生殖功能中起着重要作用,因此被广泛应用于 治疗中。在临床分析中,血清和尿液中雌二醇的含量是作为评估绝经期,雄激 素过多症,乳腺癌等的重要指标。近些年来,雌二醇在治疗中的使用量逐年增 加,以至于在生态环境中也能检测到。然而,雌二醇的过量使用会造成许多副 作用,低浓度(ppt~ppb)的雌二醇也会影响体液和细胞免疫系统的紊乱,导 致生殖、免疫、心血管和神经系统等的许多病变。因此,简单、快速、可靠地 检测雌二醇的含量对国土安全和卫生防护至关重要。

目前,对雌二醇的检测已有的文献报道有分光光度法,液相色谱法,气相 色谱法,免疫分析法,气相色谱-质谱联用法等。这些方法中,有的仪器价格昂 贵,操作复杂,需要复杂的前处理或者需要运用一些化学计量学算法的辅助, 多难以实现基层单位普及。而电化学方法则因其仪器简单,设备价格低,污染 小,较好的灵敏度且易于实现自动化而备受关注。但在电化学方法中,已报道 检测雌二醇的文献并不多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极及 利用该电极检测雌二醇的方法,本发明可以提高雌二醇的响应信号,提高对雌 二醇检测的可靠性。

解决上述技术问题的技术方案如下:

制作纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极的方法,其特征在于,包括以 下步骤:

步骤1,将多壁碳纳米管在酸性溶液中进行超声处理后,用水洗涤后烘干;

步骤2,将步骤1处理过的多壁碳纳米管分散在乙二醇水溶液中,经超声至 分散均匀得到多壁碳纳米管溶液;

步骤3,将裸玻碳电极在氧化铝粉上抛光,然后依次在无水乙醇和水中超声 处理后,用水冲洗并吹干;

步骤4,将步骤2得到的多壁碳纳米管溶液,滴涂在步骤3处理过的裸玻碳 电极的表面并干燥,得到多壁碳纳米管修饰玻碳电极;

步骤5,将步骤4处理的多壁碳纳米管修饰玻碳电极置于氯铂酸水溶液中进 行恒电位沉积后,用水冲洗电极表面并吹干,获得纳米铂和多壁碳纳米管修饰 的玻碳电极。

优选地,步骤1中,所述多壁碳纳米管是在1∶1的浓硫酸和浓硝酸中超声 处理4-5h。

优选地,步骤2中,是将2mg的多壁碳纳米管分散在1mL的乙二醇水溶液 中。

优选地,步骤3中,是将裸玻碳电极在0.05μm的氧化铝粉上抛光,然后 依次在无水乙醇和水中超声1min。

优选地,步骤4中,是将4-12μL的多壁纳米管溶液滴涂在步骤3处理过 的裸玻碳电极的表面。

优选地,步骤5中,是将多壁碳纳米管修饰玻碳电极置于1mmol/L的氯铂 酸中进行恒电位沉积3min。

利用纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极检测雌二醇的方法,包括以下 步骤:

步骤1,将雌二醇溶液加入到含有缓冲溶液的电解池中,开路状态下搅拌富 集1-4min,电化学工作站输出0V至1V的电压加载至纳米铂和多壁碳纳米管修 饰的玻碳电极上,通过纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极对电解池中的溶 液进行循环伏安扫描;

步骤2,向等待检测样品添加雌二醇溶液后,将等待检测样品与雌二醇溶液 的混合体加入到含有缓冲溶液的电解池中,开路状态下搅拌富集1-4min,电化 学工作站输出0V至1V的电压加载至纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极上, 通过纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极对电解池中的溶液进行循环伏安扫 描。

优选地,还包括步骤3,每次检测之前和之后,均将纳米铂和多壁碳纳米管 修饰的玻碳电极置于空白的缓冲溶液中进行伏安扫描,从而使纳米铂和多壁碳 纳米管修饰的玻碳电极再生。

优选地,步骤1和步骤2中的缓冲溶液中的电解质为B-R、PBS、Tris-HCl、 柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液、KCl。

优选地,所述伏安扫描的扫速为0.1V/s。

采用了上述方案,本发明建了纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极,并 采用此电极对雌二醇的电化学行为进行了研究。碳纳米管(CNTs)具有独特的 几何结构,良好的电化学稳定性,较强的导电性,大的比表面积,一定的电催 化活性等优点,广泛地应用在电化学领域。纳米铂(platium nanoparticles, PtNPs)具有良好的电催化性质和大的比表面积,是许多领域中常用的催化剂, 如燃料电池、传感器和汽车工业。因此将二者复合在一起形成复合修饰电极将 提高雌二醇的电化学响应信号,从而提高雌二醇检测的灵敏度。通过实验证明, 本发明的方法检测雌二醇的线性范围为0.06-10μmol L-1,检出限为10nmol  L-1。因此,纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极成功地应用于实际样品的检 测,且不需要对实际样品进行复杂的前处理,因此该纳米铂和多壁碳纳米管修 饰的玻碳电极具有较好的应用潜力。

下面,结合到具体实施例和实验过程以及结论,对本发明作详细地说明。

附图说明

图1为雌二醇的结构式;

图2为不同电极在1mmol L-1K3Fe(CN)6(含0.1molL-1KCl支持电解质)溶 液中的循环伏安图(扫速:0.1V s-1.);

图3为裸电极(曲线a),MWCNTs/GCE修饰电极(曲线b)和Pt/MWCNTs/GCE 修饰电极(曲线c)在5.0×10-3mol L-1Fe(CN)64-/3-(1∶1)溶液中(含0.10mol L-1KCl) 的阻抗图.频率范围:10000-0.01Hz;

图4为雌二醇在不同电极上的循环伏安图(支持电解质为0.1mol L-1PBS(pH 6.0),雌二醇浓度为1×10-5mol L-1,扫速:0.1V s-1,沉积时间:3min);

图5为雌二醇在不同pH下的循环伏安叠加图(从a到f:pH=3.0,4.0,5.0,6.0, 7.0,8.0.支持电解质:0.10mol L-1PBS;扫速:0.10V s-1.插图表示的是电位Epa和 pH的关系图);

图6为雌二醇在Pt/MWCNTs/GCE电极上不同扫速的循环伏安叠加图(从a到f: 0.050,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30V s-1.插图:峰电流ipa和扫速v的 关系图);

图7为雌二醇的标准曲线叠加图(从a到g:6×10-8mol L-1,6×10-7mol  L-1,1×10-6mol L-1,1×10-6mol L-1,5×10-6mol L-1,9×10-6mol L-1,1×10-5mol L-1.插图:峰电流和雌二醇浓度的线性关系曲线);

图8为雌二醇在Pt/MWCNTs/GCE电极上发生氧化反应的反应机理;

具体实施方式

本发明所用到的试剂及仪器如下:

多壁碳纳米管(MWCNTs,纯度>95%)购于深圳市纳米港有限公司;氯铂酸 (H2PtCl6)购于上海国药化学试剂有限公司;雌二醇(分析纯)购于阿拉丁试剂 (上海)有限公司。其它试剂均为分析纯,0.1mol L-1的磷酸缓冲溶液(PBS), 实验用水为二次蒸馏水,雌二醇的储备液(无水乙醇溶)为1mmol L-1,乙二醇 (分析纯)。

RST5000电化学工作站(苏州瑞斯特仪器有限公司);三电极体系:饱和甘 汞电极(SCE)为参比电极,Pt丝为对电极,玻碳电极(GCE)工作电极。交流 阻抗的测定条件:0.005-100kHz,交流电压幅度5mV。所有的pH值由PHS-3C 精密pH计调节(上海雷磁设备厂),每天在使用之前用标准缓冲溶液校准。样 品:鸡肉,牛肉,猪肉,牛奶,尿样(怀孕妇女的),血浆(大鼠)。

制作纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极的方法,包括以下步骤:

步骤1,将多壁碳纳米管在酸性溶液中进行超声处理后,用水洗涤后烘干; 步骤1中,所述多壁碳纳米管是在1∶1的浓硫酸和浓硝酸中超声处理4-5h。

步骤2,将步骤1处理过的多壁碳纳米管分散在乙二醇水溶液中,经超声至 分散均匀得到多壁碳纳米管溶液;步骤2中,是将2mg的多壁碳纳米管分散在 1mL的乙二醇水溶液中。

步骤3,将裸玻碳电极在氧化铝粉上抛光,然后依次在无水乙醇和水中超声 处理后,用水冲洗并吹干;步骤3中,是将裸玻碳电极在0.05μm的氧化铝粉 上抛光,然后依次在无水乙醇和水中超声1min。

步骤4,将步骤2得到的多壁碳纳米管溶液,滴涂在步骤3处理过的裸玻碳 电极的表面并干燥,得到多壁碳纳米管修饰玻碳电极;步骤4中,是将4-12 μL的多壁纳米管溶液滴涂在步骤3处理过的裸玻碳电极的表面。

步骤5,将步骤4处理的多壁碳纳米管修饰玻碳电极置于氯铂酸中进行恒电 位沉积后,用水冲洗电极表面并吹干,获得纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳 电极。步骤5中,是将多壁碳纳米管修饰玻碳电极置于1mmol/L的氯铂酸水溶 液中进行恒电位沉积3min。

实施例1:

将多壁碳纳米管(MWCNTs)在1∶1浓硫酸和浓硝酸中超声4h,将黑色悬浊 液过滤,用水洗涤至中性,放入60℃烘箱中烘干。然后将2mg酸化处理的多壁 碳纳米管(MWCNTs)分散在1mL乙二醇水溶液中(乙二醇与水的比例为1∶1), 超声至分散均匀。

将裸玻碳电极在0.05μm氧化铝粉上抛光,然后依次在无水乙醇和水中超 声1分钟。用水冲洗,之后氮气吹干。将4μL的多壁碳纳米管溶液(2mg L-1) 滴涂在玻碳电极表面,红外灯下干燥。之后,用水冲洗电极表面,移除松散吸 附的MWCNTs和灰尘,将电极置于1mmol L-1的氯铂酸(H2PtCl6)水溶液中,恒 电位沉积3min(电位为-0.9V vs SCE),用水再次冲洗电极表面,氮气吹干,获 得纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极(PtNPs/MWCNTs/GCE)。

实施例2:

多壁碳纳米管(MWCNTs)在1∶1浓硫酸和浓硝酸中超声4.5h,将10μL 的多壁碳纳米管溶液(2mg L-1)滴涂在玻碳电极表面,其余工艺与实施例1相 同。

实施例3:

多壁碳纳米管(MWCNTs)在1∶1浓硫酸和浓硝酸中超声5h,将12μL的 多壁碳纳米管溶液(2mg L-1)滴涂在玻碳电极表面,其余工艺与实施例1相同。 除了以上实施方式外,对各种电极进行了如下实验:

为了深入了解每层修饰材料在电极响应中的作用,选择1mmol L-1铁氰化 钾(K3Fe(CN)6)(含0.1mol L-1KCl支持电解质)溶液作为探针来研究其在不同 电极上的电化学响应信号。如图2所示,该循环伏安叠加图比较了裸电极(GCE)、 多壁碳纳米管修饰电极(MWCNTs/GCE)、纳米铂和多壁碳纳米管修饰和玻碳 电极(Pt/MWCNTs/GCE)对铁氰化钾的响应情况。在裸电极上发现一对很好的 可逆氧化还原峰,当电极表面覆盖了多壁碳纳米管之后,氧化还原峰的峰电流 明显增加,且峰电位差变小(裸电极的峰电位差为85mV,而多壁碳纳米管的峰 电位差为70mV)。碳纳米管具有大的比表面积,可显著增加电极的有效面积, 提高峰电流。同时碳纳米管亦具有电催化活性,可有效提高氧化还原的效率。经 电沉积纳米铂之后,在碳纳米管的外部又覆盖了一层纳米铂,氧化还原峰电流 进一步增加,且降低了背景电流,这可归功于纳米铂优良的催化性质和大的比 表面积,进一步增加电极的有效面积,提高峰电流。

电极表面的修饰情况可进一步采用电化学交流阻抗谱进行表征。图3显示 了裸电极(曲线a)、多壁碳纳米管修饰电极(MWNCTs/GCE)(曲线b)、纳米 铂和多壁碳纳米管修饰和玻碳电极(PtNPs/MWCNTs/GCE)(曲线c)在5mmol  L-1的K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6(1∶1)(含0.2mol L-1的KCl溶液)的阻抗奈奎斯特 (Nyquist)图。裸电极的交流阻抗图包括高频的圆弧部分和低频的直线部分。高 频部分由动力学控制,裸电极的圆弧部分较小,说明电子转移速度较快。当电 极表面修饰有多壁碳纳米管(MWNCTs)或纳米铂和多壁碳纳米管 (PtNPs/MWCNTs)时,高频部分几乎变成直线,这说明修饰有多壁碳纳米管 (MWNCTs)或纳米铂和多壁碳纳米管(PtNPs/MWCNTs)的电极电阻较裸电 极变小。这可能是因为MWCNTs和PtNPs都具有大的比表面积,加快了反应速 率,使电极的电阻比裸电极的还要小。修饰电极的交流阻抗谱的变化也证实了 修饰材料已经附着在了电极表面。

将各种电极对雌二醇的电化学氧化特征进行了以下实验及分析:

将不同电极浸入雌二醇浓度为1×10-5mol L-1的磷酸缓冲溶液(0.1mol L-1, pH6.0)中,结果见图4。雌二醇在裸电极上的响应信号十分微弱,这是由于雌 二醇并不能很好的吸附在电极表面,且裸电极的有效面积很小,以至于单独的 裸电极对雌二醇响应信号并不好。当多壁碳纳米管修饰在电极表面时,碳纳米 管与碳纳米管之间的空隙有利于雌二醇更好的吸附在电极上,碳纳米管较大的 比表面积显著增加了电极的有效面积,从而使雌二醇的响应信号大幅度提高, 大约是裸电极的24倍。而Pt/MWCNTs/GCE电极对雌二醇的响应信号又有了进一 步的提高,纳米铂不仅具有大的比表面积,能有效富集雌二醇,同时具有优良 的电催化性质,和多壁碳纳米管复合组成的复合电极对雌二醇的电化学响应信 号大约是裸电极的38倍。从图中可知,雌二醇的在电极上的响应只有一个氧化 峰没有还原峰,因此雌二醇的电化学反应是不可逆反应。

通过上述方法得到的电极,本发明利用纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳 电极检测雌二醇的方法,包括以下步骤:

步骤1,将雌二醇溶液加入到含有缓冲溶液的电解池中,开路状态下搅拌富 集1-4min,电化学工作站输出0V至1V的电压加载至纳米铂和多壁碳纳米管修 饰的玻碳电极上,通过纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极对电解池中的溶 液进行循环伏安扫描。骤1中的缓冲溶液中的电解质为B-R、PBS、Tris-HCl、 柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液、KCl。步骤1中,伏安扫描的扫速为0.1V/s。

步骤2,向等待检测样品添加雌二醇溶液后,将等待检测样品与雌二醇溶液 的混合体加入到含有缓冲溶液的电解池中,开路状态下搅拌富集1-4min,电化 学工作站输出0V至1V的电压加载至纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极上, 通过纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极对电解池中的溶液进行循环伏安扫 描。步骤2中的缓冲溶液中的电解质为B-R、PBS、Tris-HCl、柠檬酸-柠檬酸钠 缓冲溶液、KCl。步骤2中,伏安扫描的扫速为0.1V/s。

步骤3,每次检测之前和之后,均将纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极 置于空白的缓冲溶液中进行伏安扫描,从而使纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻 碳电极再生。

实施例1:

步骤1,取1mmol L-1雌二醇溶液加入到含有5mLPBS(磷酸缓冲溶液)的电 解池中,开路状态下搅拌富集180s,由电化学工作站输出0V至1V(vs.SCE) 的电压加载至纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极上,进行循环伏安扫描(扫 速为0.10V s-1),每次测量之前和之后,都在空白的PBS中相同的电位范围内扫 3圈,从而使电极再生。每次检测之前和之后,均将纳米铂和多壁碳纳米管修饰 的玻碳电极置于空白的PBS中相同的电位范围进行伏安扫描3圈,从而使纳米 铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极再生。所有的电化学实验均在室温条件下进 行(大约25℃)。

步骤2,将鸡肉置于100mL烧杯中,加50mL无水乙醇,用保鲜膜密封烧杯 口,超声2h,过滤,取其清液,放冰箱储存(4℃)待用;向含鸡肉清液中加入 6μ mol L-1的雌二醇标准溶液后,将含鸡肉清液与雌二醇溶液的混合体加入到含 有PBS的电解池中,开路状态下搅拌富集180s,由电化学工作站输出0V至1V (vs.SCE)的电压加载至纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极上,进行循环 伏安扫描(扫速为0.10V s-1),每次测量之前和之后,都在空白的PBS中相同的 电位范围内扫3圈,从而使电极再生。每次检测之前和之后,均将纳米铂和多 壁碳纳米管修饰的玻碳电极置于空白的PBS中相同的电位范围进行伏安扫描3 圈,从而使纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极再生。所有的电化学实验均 在室温条件下进行(大约25℃)。

实施例2:

除了样品选用牛肉外,对牛肉的前处理过程和其它过程与实施例1均相同。

实施例3:

除了样品选用猪肉外,对猪肉的前处理过程和其它过程与实施例1均相同。

实施例4:

除了样品选用牛奶,以及牛奶的前处理过程与实施例1不相同外,其余过 程与实施例1均相同。牛奶的前处理过程为:取1mL牛奶与4mL乙腈混合后, 4000r/min离心10min后,取上清液于离心管中,50℃下氮气吹干至体积小于 0.1mL后加水5mL溶液,放冰箱储存(4℃)待用。

实施例5:

除了样品选用尿样,以及尿样的前处理过程与实施例1不相同外,其余过 程与实施例1均相同。尿样的前处理过程为:过滤取其清液,放冰箱储存(4℃) 待用。

实施例6:

除了样品选用血清(血清不需要前处理),其余过程与实施例1均相同。

本发明的方法不局限于上述实施方式,例如,在实际的实施过程中,其开 路状态下搅拌富集的时间还可以选择为1min、2min、4min。缓冲溶液还可以选 择B-R、Tris-HCl(三羟甲基氨基甲烷)、柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液、KCl(氯 化钾)。

本发明的方法除了以上实施方式外,还进行了如下分析或实验:

1、支持电解质和pH的影响

采用循环伏安法进一步研究了不同支持电解质和溶液pH对雌二醇测定的 影响(扫速为0.1Vs-1)。所选用的支持电解质包括B-R、PBS、Tris-HCl、柠 檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液(每种缓冲溶液的浓度均为0.1mol L-1,pH7.0)和KCl, 根据峰形和峰电流大小,最终优先选择PBS作为支持电解质。

溶液酸度对雌二醇的电极响应具有重要影响。图5为雌二醇(1×10-5mol L-1) 于不同pH值下在纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极上响应的叠加图(pH 3.0-8.0)。从图中可以看出,随着pH的增加,氧化峰的峰电位向负方向移动, 根据峰形和峰电流大小比较,最终确定pH6.0为该实验的最优pH值。峰电位 与pH的关系成良好的线性相关,方程(图5的插图)为Epa(V)=0.973-0.059pH(r =0.9881)。dEpa/dpH的斜率为0.059V pH-1,这与理论值0.059V pH-1相同,说 明雌二醇在该电极上参与反应的H+和电子数相同。

2、滴涂量和电沉积时间的影响

随着电极修饰材料滴涂量的增加(4μL到12μL),即将多壁碳纳米管溶 液滴涂在裸玻碳电极的表面上,雌二醇的峰电流逐渐增加,到10μL时趋于稳 定,因此选择10μL作为最佳滴涂量。滴涂量的增加引起碳纳米管的量也逐渐 增加,从而使电极的活化面积增加,并逐渐趋于稳定。本实验亦对纳米铂的电 沉积时间进行了优化。随着电沉积时间的增加(1min到4min),纳米铂数量 增多,体积变大,响应信号也随之变大。到3min时,峰电流趋于稳定,因此电 沉积3min作为该实验的最佳电沉积时间。

3、扫速和富集时间的影响

为了更好的研究雌二醇在电极上的反应机理,对其不同扫速的变化进行了 测定。图6为扫速从0.05V s-1到0.30V s-1的叠加图。从图6的插图中可以看 出,氧化峰电流与扫速成很好的线性关系,回归方程为Ipa(μA)=21.29+ 244.5v(V s-1)(r=0.9953)。该结果说明雌二醇在PtNPs/MWCNTs/GCE修饰电 极上的电化学反应为吸附控制。富集时间从1min增加到4min,电流逐渐增加并 在3min时趋向稳定,最终选择3min为最优富集时间。

4、标准曲线的建立

差示脉冲伏安法(Differential pulse voltammetry,DPV)具有相对较高 的灵敏度,因此采用该方法建立标准曲线。首先对DPV相关参数进行了优化, 最终优化结果:电位增量8mV,脉冲幅度70mV,脉冲周期100ms,脉冲宽度30ms。 在一个相对较宽的浓度范围内采用Pt/MWCNTs/GCE电极对雌二醇进行检测(0.01 -20.0μmol L-1),最终确定线性范围为0.06-10.0μmol L-1,相关的线性 回归方程(见图7)为Ipa=0.531+5.54c(Ipa,μA;c,μmol L-1;r=0.9993)。 根据LOD=3.3σB/b方程,σB代表空白的标准偏差,b代表标准曲线方程的斜率, 计算得出检出限为10.0nmol L-1

5、雌二醇在电极上反应的一些动力学参数

由前面的循环伏安图可以发现,雌二醇在该修饰电极上的反应为完全不可 逆反应,因此可以根据Laviron理论对于完全不可逆反应的公式计算反应中电 子转移数:

Epa=E0-RTαnFlnRTksαnF+RTαnFlnv

Epa是阳极峰电位,E0是标准阳极峰电位,n是电子转移数,α是转移系数, F是法拉第常数,T是温度,ks是表观速率常数,v是扫速。根据扫速影响实验 得到Epa与ln v的线性关系,其方程经计算为Epa(V)=0.724+0.0301n v(V s-1), 从而可以求得αn=1.17。通常情况下令α=0.5[17],即可求得n=2,所以,雌 二醇在PtNPs/MWCNTs/GCE修饰电极上的反应是2电子2质子反应,这与之前的 报道[18]吻合,反应机理可以用以下过程表示(见图8)。

6、干扰实验及重现性

雌二醇的浓度为5μ molL-1,发现尿酸(UA)、抗坏血酸(AA)、Cu2+、Fe3+的峰电位与雌二醇相距较远,可以很好的分开,因此UA和AA可认为对雌二醇 无干扰;200倍的葡萄糖,硫酸锌,氯化铵对雌二醇无干扰(电流变化小于10%)。 而雌三醇、雌酮作为与雌二醇共同存在的激素,由于它们产生的峰电位相同, 不能将其分开,但是却可以测定三者的总量,检测总雌激素含量也具有一定意 义。

以3μmolL-1的雌二醇为标准,检测该修饰电极重复5次的相对标准偏差 RSD=3.9%;将电极分别修饰3次进行检测,RSD=3.7%。

实际应用

采用修饰电极对实际样品进行了检测,包括鸡肉,牛肉,猪肉,牛奶,尿 样(怀孕妇女的)。运用标准加入法判断该方法的准确度,测量结果在表1中列 出。在测量时,没有加雌二醇标准溶液时无电化学响应信号,说明该样品中不 含雌二醇,或者雌二醇含量过低以至于无法检出。当加入6μmol L-1的雌二醇标 准溶液时,可以看到明显的氧化峰,回收率在95%-105%之间,表明该方法用于 雌二醇的实际样品检测中具有一定的可靠性。

结论:

本发明通过在玻碳电极表面修饰多壁碳纳米管和纳米铂构建成电化学传感 器,建立了检测雌二醇的电化学方法,并同时研究了雌二醇在电极表面发生电 化学反应的可能的机理。该传感器成功地应用于实际样品的检测,且不需要对 实际样品进行复杂的前处理,因此该纳米铂和多壁碳纳米管修饰的玻碳电极具 有较好的应用潜力。

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