鈷配合物/單壁碳納米管修飾電極對(duì)尿酸的檢測(cè)

張敏睿， 劉艷萍*

(武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院，湖北武漢 430073)

尿酸(UA)是核蛋白和核酸的代謝產(chǎn)物，在人體的新陳代謝中具有重要的作用[1，2]。許多疾病，如心血管疾病、痛風(fēng)、腎病等會(huì)導(dǎo)致人體體液中尿酸含量過高。因此，對(duì)人體體液中UA的定量分析無論在藥物控制方面還是在臨床診斷方面都具有重要意義。目前，檢測(cè)UA的方法有液相色譜法[3]、熒光法[4]、酶分析法[5]和電化學(xué)法[6，7]等。其中，電化學(xué)方法具有簡便、快捷、靈敏度高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，已成為一種重要的UA檢測(cè)方法。但UA在電極上的直接氧化還原反應(yīng)靈敏度較低，超電勢(shì)較大，通常采用修飾電極進(jìn)行檢測(cè)。常用的電極修飾材料有碳納米管、金屬配合物、納米粒子等。其中，碳納米管因其具有優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性能、寬的電勢(shì)窗口以及良好的生物相容性而成為修飾電極材料的研究熱點(diǎn)[8，9]。另外，金屬配合物由于其良好的電子中繼傳導(dǎo)性能也常用于修飾電極[10]。

本文采用循環(huán)伏安法將鈷配合物[Co(phen)3]2+(phen=鄰菲啰啉)電沉積在單壁碳納米管(SWCNTs)修飾的玻碳電極(GCE)表面上，制得[Co(phen)3]2+-SWCNTs/GCE，研究了UA在該修飾電極上的電化學(xué)行為，確定了氧化峰電流與UA濃度之間的線性關(guān)系，為檢測(cè)UA含量提供了一種簡單可行的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

CHI660D型電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司)，采用三電極體系：GCE(3 mm)或修飾電極為工作電極，鉑絲電極(37×0.5 mm)為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極。

單壁碳納米管購于深圳納米港有限公司，其純度大于95%，管徑小于10 nm，按文獻(xiàn)方法[11]進(jìn)行短化處理，配制成0.1 mg·mL-1的SWCNTs懸浮液備用。尿酸購自Sigma公司，鄰菲啰啉鈷配合物按照文獻(xiàn)方法[12]合成。磷酸鹽緩沖溶液(PBS)由一定比例的Na2HPO4、NaH2PO4配制而成。鄰菲啰啉、二氯化鈷、K2HPO4、KH2PO4以及其他試劑均購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，所用試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。

1.2 [Co(phen)3]2+-SWCNTs/GCE的制備

修飾前，GCE依次在1.0、0.3 μm的Al2O3拋光粉上拋光成鏡面，分別用丙酮和水各超聲清洗5 min。然后將電極置于0.5 mol·L-1H2SO4中進(jìn)行循環(huán)伏安(CV)掃描直至CV曲線穩(wěn)定。將5 μL 0.1 mg·mL-1SWCNTs懸浮液滴加在GCE表面，40 ℃烘干，即為SWCNTs/GCE，滴加一次5 μL SWCNTs懸浮液視為修飾1層SWCNTs。

把SWCNTs/GCE置于含有0.5 mmol·L-1[Co(phen)3]2+的PBS中，在-0.8～2 V之間進(jìn)行CV掃描，掃描速度為100 mV·s-1。待CV掃描結(jié)束后，將該電極用水沖洗干凈，并于PBS中浸泡10 min，使電極表面未吸附緊密的鈷配合物脫落，水沖洗干凈，此時(shí)得到[Co(phen)3]2+-SWCNTs修飾的GCE，記為[Co(phen)3]2+-SWCNTs/GCE。

2 結(jié)果與討論

2.1 尿酸在[Co(phen)3]2+-SWCNTs/GCE上的電化學(xué)行為

圖1 1 mmol·L-1UA在不同電極上的循環(huán)伏安圖Fig.1 Cyclic voltammograms of 1 mmol·L-1UA on different electrodes

采用循環(huán)伏安法研究了UA的電化學(xué)行為(圖1)。可以看出，UA在GCE、SWCNTs/GCE、[Co(phen)3]2+-GCE和[Co(phen)3]2+-SWCNTs/GCE上均只出現(xiàn)一個(gè)氧化峰，說明UA的電化學(xué)過程是一個(gè)不可逆過程。在電極上依次修飾了MWCNTs和金屬配合物后，氧化峰電流增加，峰電勢(shì)負(fù)移，說明MWCNTs和金屬配合物加速了對(duì) UA的電子傳遞速率，具有明顯的催化效應(yīng)。

2.2 [Co(phen)3]2+-SWCNTs/GCE的制備

2.2.1SWCNTs用量的影響采用CV法研究了SWCNTs用量對(duì)UA氧化峰電流的影響。當(dāng)?shù)渭?5 μL 0.1 mg·mL-1SWCNTs懸浮液從一次增加到三次時(shí)，UA的氧化峰電流隨SWCNTs量的增加而逐漸增加，這是由于碳納米管的大比表面積和強(qiáng)吸附能力，增加了電極表面的活性點(diǎn)，并使UA容易在電極表面富集，最終導(dǎo)致氧化峰電流的增加。但當(dāng)?shù)渭覵WCNTs懸浮液四次時(shí)，UA氧化峰電流反而降低。這可能是因?yàn)殡姌O表面的膜增厚,會(huì)對(duì)UA的傳質(zhì)及其與電極之間的電子交換起到了阻礙作用。因此，后續(xù)研究中選擇滴加0.1 mg·mL-1SWCNTs懸浮液三次。

2.2.2聚合圈數(shù)的影響采用循環(huán)伏安法研究了電極上配合物的量對(duì)UA氧化峰電流的影響，實(shí)驗(yàn)顯示，配合物的量由電沉積時(shí)的循環(huán)圈數(shù)來控制，循環(huán)圈數(shù)為20時(shí)，UA具有最高的氧化峰電流。這是因?yàn)檠h(huán)圈數(shù)較少時(shí)，電極表面未完全被配合物所覆蓋，使修飾電極的催化性能較低；而當(dāng)循環(huán)圈數(shù)較多時(shí)，修飾膜過厚，阻礙了電子的傳遞。因此，采用20圈作為電沉積最佳循環(huán)圈數(shù)。

圖2 (A) UA在不同pH的PBS中的微分脈沖伏安圖；(B) UA氧化峰電勢(shì)與pH之間的關(guān)系曲線 Fig.2 (A) Differential pulse voltammograms of UA in different pH solutions；(B) The relationship between peak potentials of UA and pH

2.3 底液pH值的影響

在pH為1～7的范圍內(nèi)，采用微分脈沖伏安法(DPV)考察了底液pH變化對(duì)UA響應(yīng)的影響(圖2A)。結(jié)果表明，UA氧化峰電勢(shì)隨pH值增加逐漸負(fù)移，且呈線性關(guān)系(圖2B)，說明 UA 的氧化過程有 H+參與。在pH為6時(shí)，UA的氧化峰電流最大，因此選擇pH=6的PBS作為支持電解液。

2.4 計(jì)時(shí)安培法檢測(cè)UA

圖3 UA在pH=6的PBS中的計(jì)時(shí)安培曲線(E= 0.59 V)；插圖為氧化電流與UA濃度的線性關(guān)系曲線Fig.3 Amperometric response curves of UA with successive addition of different concentration(E= 0.59 V);Inset:linear relationship between amperometric response and UA concentration

在最佳條件下，采用計(jì)時(shí)安培法測(cè)定不同濃度UA的電流響應(yīng)，見圖3。結(jié)果表明，UA濃度在1～249 μmol·L-1范圍內(nèi)，氧化峰電流與UA濃度之間存在良好的線性關(guān)系，線性方程為：I(μA)=0.037c(μmol·L-1)-0.062(R2=0.9999)，檢出限(S/N=3)為1 μmol·L-1。用同一支電極對(duì)UA溶液平行測(cè)定10次，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.02%，說明該修飾電極具有良好的重現(xiàn)性。

2.5 干擾實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際樣品中，抗壞血酸、葡萄糖以及一些無機(jī)離子等往往與尿酸共存。結(jié)果表明，溶液中存在100倍抗壞血酸、葡萄糖、多巴胺，以及Ca2+、Zn2+、Cu2+、Na+、K+存在下，對(duì)UA的測(cè)定幾乎沒有干擾。

2.6 穩(wěn)定性

用循環(huán)伏安法比較了同一修飾電極在第一天以及放置一段時(shí)間后對(duì)UA的檢測(cè)。在相同條件下，修飾電極放置第10 d后UA的氧化峰電流為原始的96.3%，第20 d后為原始的95.7%。該結(jié)果表明，[Co(phen)3]2+-SWCNTs/GCE具有良好的穩(wěn)定性。

2.7 回收率實(shí)驗(yàn)

采用計(jì)時(shí)安培法在水樣中均未檢測(cè)到UA，分別向5份水樣中加入18 μmol·L-1UA標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1。UA 的加標(biāo)回收率在 98%～102% 之間，表明該方法準(zhǔn)確可靠。

表1 UA 的回收率測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)論

本文制備了[Co(phen)3]2+和SWCNTs修飾的玻碳電極([Co(phen)3]2+-SWCNTs/GCE)，考察了尿酸在該電極上的電化學(xué)行為。結(jié)果表明，修飾電極對(duì)尿酸具有良好的電催化作用，而且該修飾電極的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好，表明該修飾電極可用于尿酸的定量分析。