谷胱甘肽在多壁碳納米管-離子液體修飾碳糊電極上的間接電化學(xué)測定

黃婭婷, 黃 穎*

(福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院,福建福州 350007)

還原型谷胱甘肽(GSH)是一種富含生物活性的三肽化合物，具有清除自由基、解毒、維持細胞正常生長及增強免疫等多種生理功能。阿茲海默癥、帕金森癥及癌癥等[1 - 3]與谷胱甘肽的含量下降有關(guān)，因此其含量檢測尤為重要，現(xiàn)已發(fā)展出光譜法[4]、電泳法[5]、色譜法[6]及電化學(xué)法[7，8]。其中，電化學(xué)法因其靈敏、簡單、快速而成為谷胱甘肽檢測的重要方法。

谷胱甘肽在一般電極上過電位較高，且易發(fā)生吸附而污染電極，制約了直接電化學(xué)測定方法的應(yīng)用。基于電催化介質(zhì)間接測定谷胱甘肽的方法[9，10]存在重金屬離子污染或檢測限高等缺陷。多壁碳納米管(MWCNTs)比表面積大，電子傳導(dǎo)速率高，經(jīng)其修飾的電極能有效地改善巰基類化合物在碳材料電極上的敏感度[11]。離子液體(ILs)導(dǎo)電能力強，黏合性良好，可較大提高電子傳遞速率和電流響應(yīng)[12]。為此，本文采用多壁碳納米管-離子液體復(fù)合修飾碳糊電極(MWCNTs-ILs/CPE)，以對乙酰氨基酚(PA)為電催化介質(zhì)，實現(xiàn)對谷胱甘肽的間接電化學(xué)測定。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

CHI660d電化學(xué)工作站(上海辰華)，三電極體系：修飾電極為工作電極，Ag|AgCl|KClsat為參比電極，鉑絲電極為輔助電極。

還原型谷胱甘肽(Sigma)；對乙酰氨基酚(百靈威)；多壁碳納米管(直徑：20～40 nm，長度：1～2 μm，純度≥95%)(深圳納米技術(shù))；1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸鹽([BMIM]PF6)(美國Strem Chemicals)；磷酸鹽緩沖溶液(PBS)：pH=7.0。其他試劑均為分析純。

依士安滴眼液(株式會社ISEI，廣州百濟新特藥業(yè))。

1.2 MWCNTs分散液及電極的制備

按文獻方法[13]，將1 g MWCNTs與120 mL HNO3+H2SO4(1+1)混酸混合，超聲3 h得均勻分散溶液，離心分離，用二次水洗滌至中性，85 ℃真空干燥箱中烘干，即得含氧功能團的MWCNTs。取1 mg純化后的MWCNTs加水配制成1 mL溶液，超聲1 h分散均勻，即得MWCNTs分散液。

將石墨粉和液體石蠟以質(zhì)量比7∶3 混合，研磨均勻，壓入聚四氟乙烯管(內(nèi)徑25 mm)中，一端插入銅棒做導(dǎo)線，常溫下固化12 h即得裸碳糊電極(CPE)。按上述方法將質(zhì)量比為0.5∶7∶2.5的離子液體([BMIM]PF6)、石墨粉和液體石蠟制成離子液體修飾碳糊電極(ILs/CPE)。將ILs/CPE在稱量紙表面拋光打磨，清洗晾干，滴加10 μL MWCNTs分散液于電極表面，自然晾干，即可得多壁碳納米管-離子液體修飾碳糊電極(MWCNTs-ILs/CPE)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同電極的電化學(xué)表征

以亞鐵氰化鉀為還原探針，測定三種不同電極對1 mmol/L [Fe(CN)6]4-/3-(含0.5 mol/L KCl)溶液的循環(huán)伏安響應(yīng)(圖1)。由圖可知，[Fe(CN)6]4-/3-在MWCNTs-ILs/CPE(圖1c)上的氧化還原峰電流明顯高于ILs/CPE(圖1b)和裸CPE(圖1a)。圖1A中不同掃速下氧化峰電流Ipa和還原峰電流Ipc的比值接近于1，表明MWCNTs-ILs/CPE電極具有良好可逆性，且Ipa和Ipc對掃速(0.01～0.3 V/s)平方根v1/2均呈良好的線性關(guān)系。根據(jù)Randles-Sevcik方程計算有效表面積[14]：I=2.69×105n3/2AD1/2v1/2c。式中，n為1；D為7.6×10-6cm2/s；c為[Fe(CN)6]4-/3-的濃度(1 mmol/L)；A為電極的有效表面積。CPE、ILs/CPE和MWCNTs-ILs/CPE的Ipa-v1/2曲線斜率分別為52.38、77.89和109.2 μA/(V/s)1/2，按公式計算有效表面積分別為0.074、0.105和0.147 cm2。MWCNTs-ILs/CPE的有效表面積約是ILs-CPE的1.4倍，是CPE的2.0倍，表明修飾后電極的有效表面積有較大提高。

2.2 不同電極上對乙酰氨基酚的電化學(xué)行為

圖2a、2b分別顯示GSH在CPE和MWCNTs-ILs/CPE上在電位0～1.0 V內(nèi)均無明顯電化學(xué)響應(yīng)。在電位0～0.7 V內(nèi)，PA在MWCNTs-ILs/CPE上的峰電流響應(yīng)(圖2A-c)大于MWCNTs/CPE(圖2A-b)和ILs/CPE(圖2A-a)，表明經(jīng)離子液體和多壁碳納米管復(fù)合修飾后的電極，對PA的峰電流響應(yīng)有明顯提高。加入GSH后，PA的峰電流響應(yīng)有明顯提高，且在MWCNTs-ILs/CPE上的電流響應(yīng)(圖2e)高于CPE(圖2d)。上述實驗表明在MWCNTs-ILs/CPE上PA對GSH存在著明顯的電催化作用。

圖2 不同條件下的循環(huán)伏安(CV)圖Fig.2 CVs of different conditionsCVs of 20 μmol/L GSH at CPE (a) and MWCNTs-ILs/CPE (b);10 μmol/L PA at CPE (c);10 μmol/L PA with 20 μmol/L GSH at CPE (d) and MWCNTs-ILs/CPE (e),respectively.scan rate:0.05 V/s.Inset A:CVs of 10 μmol/L PA at ILs-CPE(a),MWCNTs-CPE(b) and MWCNTs-ILs/CPE (c).

2.3 電化學(xué)動力學(xué)參數(shù)

2.3.1電荷傳遞系數(shù)α對三種不同濃度的谷胱甘肽溶液進行塔菲爾(Tafel)曲線測定(圖略)，結(jié)果表明GSH的logI與Ep呈良好的線性關(guān)系。完全不可逆擴散控制過程方程[15]：Ep=(blogv)/2+constant。式中b表示Tafel斜率，根據(jù)n(1-α)F/2.303RT(T=298 K，n為電子轉(zhuǎn)移數(shù)，α為電荷傳遞系數(shù)，F(xiàn)=96487 C/mol)可求得α。假定該反應(yīng)中GSH的n為2，可得α=0.96。

2.3.2電催化氧化表觀速率常數(shù)kh和擴散系數(shù)D0運用計時電流法在只含10 μmol/L PA(圖3a)和不同GSH濃度下(圖3b-f)對MWCNTs-ILs/CPE進行測試。表觀速率常數(shù)kh根據(jù)計時電流公式:IC/IL=π1/2γ1/2=π1/2(khcbt)1/2計算[16]。式中cb表示GSH濃度。通過繪制GSH加入前后的電流比值(IC/IL)隨時間平方根(t1/2)變化曲線，由曲線平均斜率可得表觀速率常數(shù)kh=1.31×10-4cm3/(mol·s)。

通過Cottrell’s方程[17]：I=nFAD0c0/(π1/2D01/2t1/2)。式中n為電子轉(zhuǎn)移數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，c0是GSH的濃度，可計算得D0，繪制不同濃度GSH時電流扣除背景電流(只含PA)之后的峰電流(I)隨時間平方根倒數(shù)(t-1/2)的變化曲線，由I-t-1/2曲線斜率可得擴散系數(shù)D0為7.55×10-6cm2/s。

2.4 線性范圍和檢測限

最優(yōu)實驗條件下，采用MWCNTs-ILs/CPE測得GSH在不同濃度時的示差脈沖伏安(DPV)曲線(圖4)。該催化氧化峰電流(Ipa)與GSH濃度(c)在7.50×10-7～1.00×10-4mol/L范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系，線性回歸方程為：Ipa(μA)=0.0381c(μmol/L)+4.05,R2=0.9993，檢測限為1.65×10-7mol/L。

圖3 計時電流法及IC/IL-t1/2和I -t-1/2 曲線Fig.3 Chronoamperograms,plot of IC/IL-t1/2 and I -t-1/2curve a-f:0,50,100,150,200,300 μmol/L GSH with 10 μmol/L PA;Inset:plots of IC/IL-t1/2 curves and plots of I -t-1/2 curves after background subtracted (a-e:50-300 μmol/L).

圖4 不同濃度GSH的示差脈沖伏安曲線及工作曲線Fig.4 DPV curves of GSH at different concentrations and linear calibration curvea-i:0,0.75,1,2,5,7.5,10,50,100 μmol/L GSH;Inset:linear calibration curve.

2.5 共存物質(zhì)干擾實驗

2.6 重現(xiàn)性和穩(wěn)定性

用同一批次5支電極平行測定10-5mol/L的GSH，其峰電流的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為3.14%；用同一電極平行測定7次，峰電流的RSD為4.18%。將該修飾電極置于冰箱中4 ℃保存一個月后測定，峰電流基本保持不變，說明此修飾電極具有良好的重現(xiàn)性與穩(wěn)定性。

2.7 樣品測定

在相同實驗條件下對市售依士安滴眼液(Tathion Eye Drops，65.1 mmol/L)中GSH含量進行測定。對樣品進行定量分析和回收率實驗，結(jié)果如表1所示。表明該方法準(zhǔn)確可靠。

表1 樣品的測定結(jié)果

3 結(jié)論

本文采用新型的多壁碳納米管-離子液體修飾碳糊電極(MWCNTs-ILs/CPE)，以對乙酰氨基酚(PA)為電催化媒介，建立了對谷胱甘肽(GSH)進行間接測定的電化學(xué)分析方法。通過計時電流法等獲得了電催化氧化表觀速率常數(shù)kh及擴散系數(shù)D0等。在優(yōu)化的條件下，采用DPV的方法測得電催化氧化峰電流與GSH濃度之間在7.50×10-7～1.00×10-4mol/L范圍呈良好線性關(guān)系，檢出限(S/N=3)為1.65×10-7mol/L。利用該方法對實際樣品中GSH進行了測定，測定值與標(biāo)準(zhǔn)值誤差小于5%，結(jié)果可靠。