一種磺酸化氮摻雜石墨烯修飾電極及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電化學(xué)領(lǐng)域，現(xiàn)公開(kāi)一種磺酸化氮摻雜石墨烯修飾電極。該修飾電極包括基底電極，以及附著在基底電極上的經(jīng)芘四磺酸鈉處理的氮摻雜石墨烯。該修飾電極對(duì)于尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤三種物質(zhì)在一定濃度范圍內(nèi)均具有良好的線性電化學(xué)響應(yīng)，且不存在相互干擾的問(wèn)題，可用于對(duì)UA、XA和HX進(jìn)行單獨(dú)或混合檢測(cè)，尿酸的檢測(cè)范圍為9×10-6～1×10-3mol/L，檢測(cè)限為3.30×10-7mol/L；黃嘌呤的檢測(cè)線性范圍為8×10-6～8×10-4mol/L，檢測(cè)限為8.40×10-8mol/L；次黃嘌呤的檢測(cè)線性范圍為8×10-6～2×10-4mol/L，檢測(cè)限為2.30×10-7mol/L。
【專利說(shuō)明】一種磺酸化氮摻雜石墨烯修飾電極及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學(xué)分析領(lǐng)域，具體涉及一種用于同時(shí)定量測(cè)定尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤濃度的修飾電極。

【背景技術(shù)】
[0002]尿酸(UA)是各種嘌呤代謝的產(chǎn)物，體內(nèi)尿酸的生成量和排泄量的不平衡，導(dǎo)致血尿酸升高從而引起的疾病，尿酸過(guò)高是導(dǎo)致痛風(fēng)的主要病因；黃嘌呤(XA)是嘌呤降解途徑的產(chǎn)物，在黃嘌呤氧化酶的作用下轉(zhuǎn)換為尿酸。黃嘌呤通常用作溫和的興奮劑和支氣管擴(kuò)張劑，特別是可用于治療哮喘癥狀；次黃嘌呤(HX)廣泛存在與動(dòng)植物體內(nèi)，其為咖啡因的母體可在黃嘌呤氧化酶作用下轉(zhuǎn)換為尿酸。三種物質(zhì)是反映人體健康水平的重要信號(hào)，為臨床診斷早期疾病提供重要依據(jù)，因此它們的定量分析在醫(yī)學(xué)方面有重要作用。UA、XA和HX共存于人體內(nèi)，對(duì)它們含量的測(cè)定有著十分重要的意義。
[0003]目前已經(jīng)有多種技術(shù)同時(shí)測(cè)定上訴三種嘌呤代謝產(chǎn)物，諸如酶方法，高效液相色譜(HPLC)，毛細(xì)管電泳(CE)和電化學(xué)方法等。然而缺乏穩(wěn)定性的酶方法，耗時(shí)且對(duì)樣品要求嚴(yán)格的高效液相色譜色譜法以及需要昂貴儀器的電泳法都阻礙了它們的發(fā)展。因此尋求一種簡(jiǎn)單的無(wú)酶電化學(xué)方法可是一個(gè)很好的選擇，由于其簡(jiǎn)單，快速反應(yīng)成本低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種可同時(shí)定量檢測(cè)尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤中的一種或多種的修飾電極。
[0005]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下:
一種磺酸化氮摻雜石墨烯修飾電極，所述修飾電極包括基底電極，以及附著在基底電極上的經(jīng)芘四磺酸鈉(縮寫(xiě):Pyts)處理的氮摻雜石墨烯(縮寫(xiě):NG)。
[0006]進(jìn)一步，將芘四磺酸鈉溶解后，加入氮摻雜石墨烯，混合，超聲I?50小時(shí)后，分離得到經(jīng)芘四磺酸鈉處理的石墨烯。
[0007]進(jìn)一步，所述芘四磺酸鈉與石墨烯的質(zhì)量比為(I?30):1。
[0008]上述修飾電極用于檢測(cè)尿酸。
[0009]上述修飾電極用于檢測(cè)黃嘌呤。
[0010]上述修飾電極用于檢測(cè)次黃嘌呤。
[0011]上述修飾電極用于檢測(cè)尿酸和黃嘌呤。
[0012]上述修飾電極用于檢測(cè)尿酸和次黃嘌呤。
[0013]上述修飾電極用于檢測(cè)黃嘌呤和次黃嘌呤。
[0014]上述修飾電極用于檢測(cè)尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤。
[0015]上述修飾電極特別適用于在尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤同時(shí)存在時(shí)，檢測(cè)尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤中的一種或多種。
[0016]在尿酸、黃嘌呤、次黃嘌呤同時(shí)存在的情況時(shí)，尿酸的檢測(cè)范圍為9X10_6?IX Krt1l/L，檢測(cè)限為3.30X l(Tmol/L ;黃嘌呤的檢測(cè)線性范圍為8 X 1(Γ6?8 X l(T4mol/L，檢測(cè)限為8.40X10^8moI/L ;次黃嘌呤的檢測(cè)線性范圍為8X 10_6?2X 10_4mol/L，檢測(cè)限為 2.30Xl(T7mol/L。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為氮摻雜石墨烯經(jīng)芘四磺酸鈉處理后的透射電子顯微鏡圖片。
[0018]圖2為氮摻雜石墨烯經(jīng)芘四磺酸鈉處理前后的拉曼圖譜。
[0019]圖3為尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤的混合物在不同電極上的差示脈沖伏安圖，其中，a為裸玻碳電極，b為氮摻雜石墨烯修飾電極，c為Pyts-NG修飾電極。
[0020]圖4為不同濃度下的尿酸(UA)差示脈沖伏安圖。
[0021]圖5為不同濃度下的黃嘌呤(XA)差示脈沖伏安圖。
[0022]圖6為不同濃度下的次黃嘌呤(HX)差示脈沖伏安圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]本發(fā)明所述的修飾電極包括基底電極，以及附著在基底電極上的經(jīng)芘四磺酸鈉處理的石墨烯。
[0025]本發(fā)明所用的基底電極可以是本領(lǐng)域已知的作為基底電極使用的電極，如玻碳電極、玻璃電極、鉬電極、金電極等。
[0026]本發(fā)明的氮摻雜石墨烯可采用現(xiàn)有技術(shù)得到，如”Catalyst-Free Synthesis ofNitrogen-Doped Graphene via Thermal Annealing Graphite Oxide with Melamine andIts Excellent Electrocatalysis”, JCS1 NANO, 2011 年第 5 卷第 6 期，第 4350-4358 頁(yè)。
[0027]如“ Nitrogen-doped graphene as low-cost counter electrode forhigh-efficiency dye-sensitized solar ceYls”Electrochimica Acta，92 (2013) 269 -275。
[0028]本發(fā)明的制備過(guò)程如下:將氧化石墨烯與三聚氰胺在水中混合反應(yīng)，過(guò)濾，烘干，研磨。再于700-900°C保溫1-4小時(shí)，即得到氮摻雜石墨烯。所述氧化石墨烯與三聚氰胺的質(zhì)量比優(yōu)選為I: (I?30)。
[0029]氮摻雜石墨烯經(jīng)芘四磺酸鈉處理可按以下方法進(jìn)行:將芘四磺酸鈉超聲溶解，然后向溶液中加入氮摻雜石墨烯，混合超聲I?50小時(shí)后，再經(jīng)分離得到經(jīng)芘四磺酸鈉處理的石墨烯。
[0030]可以用二次蒸餾水稀釋芘四磺酸鈉，芘四磺酸鈉通過(guò)J1-JI共軛結(jié)合在氮摻雜石墨烯表面上，足夠的混合時(shí)間有利于氮摻雜石墨烯上結(jié)合的芘四磺酸鈉達(dá)到平衡。所述芘四磺酸鈉與氮摻雜石墨烯的質(zhì)量比為(I?30):1，優(yōu)選的為(I?10):1。
[0031]實(shí)施例1
(一)實(shí)驗(yàn)所使用的儀器和試劑:
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的水均為二次蒸餾水(簡(jiǎn)稱二次水)，實(shí)驗(yàn)所用的試劑均為分析純。
[0032]儀器與試劑:型號(hào)為CHI660B電化學(xué)分析儀(上海辰華儀器公司)用于示差脈沖伏安法和循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)；石英管加熱式自動(dòng)雙重純水蒸餾器(SZ-93，上海亞榮生化儀器廠)用于制備二次蒸餾水；電子天平(上海良平儀器儀表有限公司)用于稱量藥品；FE1-Tecnai G2TF20透射電子顯微鏡(美國(guó))用于形貌表征；超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；三氧化二鋁打磨粉(0.30 μ m, 0.05 μ m,上海辰華儀器試劑公司)用于處理玻碳電極(GCE)；銀/氯化銀電極(Ag/AgCl-6.0，武漢高仕睿聯(lián)科技有限公司)為參比電極；鉬柱為對(duì)電極。磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、氯化鉀(天津市凱信化學(xué)工業(yè)有限公司)，高純氮?dú)?純度為99.999%, O2 ^ 0.001%)ο
[0033](二)制備過(guò)程
(I)氧化石墨烯的制備過(guò)程:將2g石墨粉末放入250mL的燒杯中，加入Ig NaN0jP46mL98%H2S04后在冰水浴中充分?jǐn)嚢琛＞徛尤?g高錳酸鉀于上述溶液中，保持整個(gè)體系的溫度為20°C攪拌5分鐘。繼而去掉冰水浴加熱到35°C，攪拌30分鐘。隨后加入92mL的二次水，加熱至沸(溫度為98°C )下攪拌15分鐘，加入80mL的3%的雙氧水(此時(shí)溶液應(yīng)該接近棕色，說(shuō)明石墨被氧化)。將上述溶液在7200轉(zhuǎn)/分鐘下離心30分鐘。依次用5%HC1和二次水清洗離心所得的粉末直到上層懸浮液約為中性。把上述清洗得到的粉末再次分散到水中并且超聲30分鐘(超聲剝離)。抽真空過(guò)濾完黑色殘留物后，濾液為一種均一的懸浮液(此懸浮液為氧化石墨烯在水中的分散液)。將上述得到的懸浮液在10000轉(zhuǎn)/分鐘下離心，得到黑色的固體即氧化石墨烯。
[0034](2)氮摻雜石墨烯制備:將一定量的氧化石墨烯與三聚氰胺按質(zhì)量比1:30加水超聲反應(yīng)2小時(shí)，過(guò)濾、烘干，將其置于石英池內(nèi)，置于管式爐內(nèi)升溫至800°C反應(yīng)兩小時(shí)，取出備用。
[0035](3)將1mg芘四磺酸鈉加入ImL 二次蒸餾水中，超聲至完全溶解后，將Img氮摻雜石墨烯加入上述溶液中，持續(xù)超聲6h。離心分離(lOOOOrpm, 20min)除去上清液,沉淀再加入適量二次水，超聲lOmin，離心分離除去上清液，重復(fù)3?5次，最終沉淀即為經(jīng)芘四磺酸鈉處理的氮摻雜石墨烯(以下用Pyts-NG表示)，Pyts-NG的透射電子顯微鏡圖片如圖1所示，將Pyts-NG加入至二次水中配制成濃度約為0.5mg/mL的分散液，備用。圖2是經(jīng)芘四磺酸鈉處理前后氮摻雜石墨烯的拉曼圖譜(a表示經(jīng)芘四磺酸鈉處理的氮摻雜石墨烯，b表示未處理的氮摻雜石墨烯)，與未處理的氮摻雜石墨烯相比，經(jīng)芘四磺酸鈉功能化的氮摻雜石墨烯材料在大約1361CHT1處的D帶和1587CHT1處的G帶其ID/Ie明顯增加，說(shuō)明芘四磺酸鈉對(duì)氮摻雜石墨烯有一定的作用。
[0036](4)上述所得Pyts-NG的分散液4 μ L滴涂到已經(jīng)處理過(guò)的裸玻碳電極表面，在室溫情況下晾干，再滴加0.1%的naf1n溶液用于固定，再次晾干，備用。
[0037](三)性能測(cè)試
分別以裸玻碳電極和修飾電極為工作電極，以鉬柱為對(duì)電極，以Ag/AgCl為參比電極的三電極體系在CHI660B電化學(xué)工作站上，在O?1.4 V電位范圍內(nèi)，在4mL含有0.1mmol/L UA,0.lmmol/L XA和0.lmmol/L HX的0.lmol/L磷酸緩沖液(pH=7.9)中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，得到差示脈沖伏安對(duì)比圖，如圖3所示。
[0038]從圖3 (a)中可看出裸GCE在UA、XA和HX的混合溶液中的氧化峰是不明顯的，只用氮摻雜石墨烯修飾的電極(圖3(b))的電流則太小，檢測(cè)靈敏度非常低，難以將三者檢測(cè)出，而在圖3 (c)中Pyts-NG/GCE修飾電極可以將UA、XA和HX的氧化峰很好的分開(kāi)，且電流足夠大，UA、XA和HX的氧化峰電位分別位于0.268V、0.678 V和1.03V，說(shuō)明修飾電極在檢測(cè)UA、XA和HX時(shí)，不存在相互干擾。
[0039]尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤的定量檢測(cè):
a.用微量移液槍分別將一定量的UA、XA、HX溶液準(zhǔn)確移入含有4mL0.lmol/L磷酸鹽緩沖液(pH=7.9)電解池中，以Pyts-NG/GCE修飾電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉬柱為對(duì)電極；實(shí)驗(yàn)在CHI660B電化學(xué)工作站上進(jìn)行，其附屬的計(jì)算機(jī)軟件供作實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理；在O?1.4 V電位范圍內(nèi)進(jìn)行差示脈沖掃描，記錄穩(wěn)定的差示脈沖伏安圖；
b.將黃嘌呤和次黃嘌呤的濃度分別固定在5X10_5mol/L和5X 10_5mol/L，改變尿酸的濃度，隨著濃度的增大，氧化峰電流增加，可得尿酸濃度與尿酸氧化峰電流的線性關(guān)系曲線，如圖4所示，修飾電極對(duì)UA的檢測(cè)線性范圍為9X10_6?1.0X10_3 mol/L，線性方程分別為 Ipa= 0.2116-0.0292c (Ipa氧化峰電流，μ A ;c濃度，mol/L ； R = -0.9925)，檢出限為 3.3X10〃 mol/L。
[0040]c.將尿酸和次黃嘌呤的濃度分別固定在5X 10_5mol/L和IX 10_4mol/L，改變黃嘌呤的濃度，隨著濃度的增大，氧化峰電流增加，可得黃嘌呤濃度與黃嘌呤氧化峰電流的線性關(guān)系曲線，如圖5所示，修飾電極對(duì)XA的檢測(cè)線性范圍為8X10_6?1.5X10_4mol/L，2.0X10_4?8X10_4mol/L線性方程為線性方程分別為Ipa1= 0.07951-0.0231c (Ipa1氧化峰電流，yA;c 濃度，mol/L ； R = -0.9916) ；Ipa2= _3.544-0.0310c (Ipa2 氧化峰電流，yA;c 濃度，mol/L ； R = -0.9989)檢出限為 8.40 X 1(T8 mol/L。
[0041]d.將尿酸和黃嘌呤的濃度分別固定在5X 10_5mOl/L和5X 10_5mOl/L，改變次黃嘌呤的濃度，隨著濃度的增大，氧化峰電流增加，可得次黃嘌呤濃度與次黃嘌呤氧化峰電流的線性關(guān)系曲線，如圖6所示，修飾電極對(duì)HX的檢測(cè)線性范圍為8X10_6?2X10_4mol/L，線性方程為 Ipa= -0.1591-0.02836c (Ipa 氧化峰電流，μ A ；c 濃度，mol/L ； R = 0.9958)，檢出限為 2.30 X l(T7mol/L。
[0042]從以上可以得出，本發(fā)明的Pyts-NG/GCE修飾電極對(duì)于UA、XA和HX三種物質(zhì)在一定濃度范圍內(nèi)均具有良好的線性電化學(xué)響應(yīng)，且不存在相互干擾的問(wèn)題，可用于對(duì)UA、XA和HX進(jìn)行單獨(dú)或混合檢測(cè)。
[0043]e.將未知濃度的UA、XA和HX的混合液樣品加入電解池中，以Pyts-NG/GCE修飾電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉬柱為對(duì)電極；實(shí)驗(yàn)在CHI660B電化學(xué)綜合測(cè)試儀上進(jìn)行，其附屬的計(jì)算機(jī)軟件供作實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理；在0?1.4 V電位范圍內(nèi)進(jìn)行差示脈沖掃描，在UA、XA和HX對(duì)應(yīng)的氧化峰電位處分別測(cè)得UA、XA和HX的Ipa值；將所測(cè)得的Ipa值分別代入上述所得的線性方程中，計(jì)算得到尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤的濃度。
[0044]最后應(yīng)說(shuō)明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磺酸化氮摻雜石墨烯修飾電極，所述修飾電極包括基底電極，以及附著在基底電極上的經(jīng)芘四磺酸鈉處理的氮摻雜石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的修飾電極，其特征在于:將芘四磺酸鈉超聲溶解后，加入氮摻雜石墨烯，混合，超聲I?50小時(shí)后，分離得到經(jīng)芘四磺酸鈉處理的氮摻雜石墨烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的修飾電極，其特征在于:混合超聲時(shí)，所述芘四磺酸鈉與石墨烯的質(zhì)量比為(I?30):1。
4.權(quán)利要求1?3任一所述修飾電極用于檢測(cè)尿酸。
5.權(quán)利要求1?3任一所述修飾電極用于檢測(cè)黃嘌呤。
6.權(quán)利要求1?3任一所述修飾電極用于檢測(cè)次黃嘌呤。
7.權(quán)利要求1?3任一所述修飾電極用于檢測(cè)尿酸和黃嘌呤。
8.權(quán)利要求1?3任一所述修飾電極用于檢測(cè)尿酸和次黃嘌呤。
9.權(quán)利要求1?3任一所述修飾電極用于檢測(cè)黃嘌呤和次黃嘌呤。
10.權(quán)利要求1?3任一所述修飾電極用于檢測(cè)尿酸、黃嘌呤和次黃嘌呤。
【文檔編號(hào)】G01N27/327GK104280440SQ201410531017
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】周喜斌, 羅愛(ài), 連茜雯, 顏凱旺, 張東霞, 盧小泉 申請(qǐng)人:西北師范大學(xué)