尿酸在普鲁士蓝修饰电极上的电化学行为及其分析应用

+K
+
和 Fe
Ⅲ/Ⅱ
分别代表高自旋和低自旋的铁离子或亚铁离子 。
3. 2 UA 在修饰电极上的伏安特性
图 2 为 1. 0 × 10 mol/L 的 UA 在普鲁士蓝修饰玻碳电极和裸玻碳电极上的循环伏安曲线 。由图 可见 , UA 在裸电极上的氧化峰非常弱 ; 而在修饰电极上则出现一强氧化峰 。值得注意的是 , UA 在修饰 电极上的氧化电位比裸电极上降低了 37mV ,峰电流增大 13 倍 。实验结果表明 ,普鲁士蓝对 UA 的电化 [ 12 ] 学氧化具有非常强的催化作用 ,并用方波伏安法测得其半峰宽 W 1 /2为 67 mV ,根据公式 : ξ ξ W 1 / 2 = ( R T / nF ) [ 3. 53 + 3. 46 S W / ( S W + 8. 1 ) ]
sion , 2001 , 38 ( 5 ) : 1101 ～1106
3 FiliSetti2 Cozzi, Carp ita N C. A na l . B iochem. , 1991 , 197: 157 ～162 4 Abdel2 Hay M H , Barary M H , Elsayed M A , Hassan E M. A na l . L ett . , 1991 , 24: 1517 ～1530 5 Guilbgault G G, Hodapp P. A na l . L ett . , 1968 , 1: 789 ～802 6 Ferraris S P, Lew H , Elsayed N M. A na l . B iochem. , 1991 , 195: 116 ～121 7 Bhargava A K, Lal H , Pundir C S . J. B iochem. B iophys . M ethods . , 1999 , 39: 125 ～136 8 Raj C R , Ohsaka T . J. E lectroana l . Chem. , 2003 , 540: 69 ～77 9 L i Z, Feng M L , Lu J R. M icrochem ica l . J ou rna l, 1998 , 59: 278 ～283 10 Czauderna M , Kowalczyk J. J. Ch rom a tog raphy. B. , 2000 , 744: 129 ～138 11 Itaya K . J. E lectrochem. S oc . , 1982 , 129: 1498 ～1500 12 Aoki K, Tokuda K, M atsuda H , O steryoung J. J. E lectroana l . Chem. , 1986 , 207: 25 ～39
RSD ( % ) 4. 1
References
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尿酸 (UA )是人体内嘌呤的代谢终产物 。过量的尿酸是许多疾病的征兆 ,如痛风、 肾功能衰竭及先天 性高尿酸血症 荧光法 的干扰
[5] [9] [1]
。此外 ,血液中尿酸浓度过高会导致肾脏受损及心血管疾病
[6]
[2]
。因此 ,对人体体液中尿酸
[ 3, 4 ]
的定量分析无论是在药物控制方面还是在临床诊断方面都具有重要意义。检测尿酸的方法有光谱法 、 液相色谱法 、 酶方法
3 结果与讨论
3. 1 修饰电极的电化学表征
图 1为普鲁士蓝修饰电极在 0. 1 mol/L ( pH 5. 0 )的醋酸缓冲溶液中的循环伏安曲线。在 0. 2和 019 V 处有两对明显的可逆氧化还原峰 ,与文献 [ 11 ]报道的结果相符 。这两对峰可表示为如下两个反应 :
2003 2 09 2 29 收稿 ; 2004 2 04 2 19 接受 本文系国家自然科学基金 (No. 29975025) 资助项目
第 33 卷
分析化学 ( FENX I HUAXUE) 研究简报 第 1期 2005 年 1 月 Chinese Journal of Analytical Chem istry 77 ～79
尿酸在普鲁士蓝修饰电极上的电化学行为及其分析应用
李 平 吴守国 张汉昌 马超雄
-6 -4 -6 在 2. 5 × 10 ～2. 0 × 10 mol/L 范围内呈良好的线性关系 ,相关系数为 0. 9986,检出限为 1. 1 × 10 mol/L。
该电极制作简单 ,重现性良好 ,可用于 UA 的测定 。 关键词 普鲁士蓝 ,修饰电极 ,尿酸 ,循环伏安法 ,方波伏安法
1 引 言
7 8
分析化学
第 33 卷
0. 2 V 处
0. 9 V 处 Fe
3 + /2 +
KFe
3+
+ Ⅱ [ Fe ( CN ) 6 ] + e + K
K2 Fe
Ⅲ
2+
Ⅱ [ Fe ( CN ) 6 ]
-
( 1) ( 2)
KFe
3+
[ Fe ( CN ) 6 ]
Ⅱ
Fe
3+
[ Fe ( CN ) 6 ] + e
Fig . 3 Dependence of the peak current on pH for 1. 0 × 10
-4
mol/L UA at PB / GCE
实验表明 ,普鲁士蓝在电极上沉积时间对峰电流有明显影响 。峰电流随普鲁士蓝电沉积时间延长 而升高 ,在大约 5m in时达到最大值 ; 之后 ,峰电流逐渐下降 , 这是由于越来越厚的 PB 膜将电极表面钝 化并使电子传递速度减慢 ,导致峰电流降低 。故本实验将电极修饰时间定为 5 m in。 3. 5 线性范围和检出限 为了得到较好的灵敏度和重现性 ,选择了方波伏安法对 UA 进行定量测定 。UA 的氧化峰电流与其 - 6 - 4 浓度在 2. 5 × 10 ～2. 0 × 10 mol/L 范围内呈良好线性关系 , 线性方程为 Ipa = 0. 46646C - 0197771 - 6 ( Ipa :μA , C :μmol/L ) , r = 0. 9986, 检出限为 1. 1 × 10 mol/L。同样 , 在 pH 5. 0 的醋酸缓冲溶液中 , 对
[7]
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
、
和电化学法
[8]
等。但是 ,光谱和荧光法易受样品中存在的其它发色团
[ 10 ]
;高效液相色谱法需要多步的样品预处理过程 ,并且常使用有毒试剂
; 酶方法价格昂贵 ,限制
了它的使用范围 。而电化学法则具有高灵敏度和不受有色样品干扰等优点 。本研究提出了一种新的电化 学检测 UA 的方法 ,该方法灵敏度高 ,线性范围宽 ,用于实际样品的分析 ,结果令人满意。
(中国科学技术大学化学系 ,合肥 230026)
3
摘 要 用恒电位电解法制备了普鲁士蓝修饰玻碳电极 ,研究了尿酸 (UA )在该电极上的电化学行为 ,并提出 了一种新的用于检测 UA 的方法 。在 0. 1 mol/L ( pH 5. 0 )的醋酸缓冲溶液中 , 0. 100 mol/L KCl作为支持电解 质 , UA 在普鲁士蓝修饰电极上于 0. 470 V 处产生一灵敏的氧化峰 ,方波伏安法测定其氧化峰电流与 UA 浓度
2. 3 实验方法
将三电极插入 UA 的 0. 1 mol/L ( pH 5. 0 ) 醋酸缓冲液中组成化学电池 。在 - 0. 2 ～1. 0 V 间记录
CV 图 ,并采用方波伏安法在 0. 3 ～0. 5 V 范围内定量测量 ,方波幅度 30 mV ,周期 0. 1 s,电位增量 5 mV。
10
- 4
mol/L 的 UA 的氧化峰电流随 pH 值的增大而增大 。但当
pH 值达到 4. 0 后峰电流增加缓慢 , 到 pH 5. 0 时达到最大值 ,
随着 pH 继续增加峰电流迅速降低 。因此本实验选择缓冲溶 液的 pH 为 5. 0。峰电位随 pH 值的增大而呈线性降低 (线性 - 3 图 3 峰电流与 pH 的关系 方程为 : Ep = - 64. 79 × 10 pH + 0. 7957, r = 0. 9976 ) , 表明 有质子参与氧化过程 。由于 Ep 2 pH 斜率为 - 64. 79 mV /pH ,说 明反应过程中质子数与电子数相等 。因此 ,可以推断 UA 在该 电极上反应产物存在共轭形式 。 3. 4 电极修饰时间的影响
1. 0 ×10
- 4
mol/L 的 UA 进行平行测定 10 次 ,测得 RSD 为 3. 4% 。表明重现性较好 , 可用于实际样品
的定量分析 。 3. 6 干扰实验
第 1期
李 平等 : 尿酸在普鲁士蓝修饰电极上的电化学行为及其分析应用
79
当抗坏血酸 (AA )或多巴胺 ( DA ) 与 UA 共存时 , 使用此方法可有效地将 UA 与 AA、 DA 的氧化峰 - 4 ( 0. 2 ～0. 3 V 之间 )区分开来 , 选择性较好 。在上述最佳实验条件下 , 对于 1. 0 × 10 mol/L 的 UA , 50 2+ 倍的 AA、 DA 略有干扰 ; 此外 , 200 倍的葡萄糖 , 100 倍的尿素 , 1000 倍的 KC l、 NaC l, 200 倍的 Ca , 100 倍的 Fe 、 Fe , 10 倍的 Zn 、 Cu 、 Pb 不干扰 UA 的测定 。 3. 7 样品分析 收集 3 个不同的尿样 ,用移液管分别移取一定量尿样于 100 mL 容量瓶中 ,加入 pH 5. 0 的醋酸缓冲 溶液稀释并定容 ,按实验方法进行测定 ,结果见表 1,结果令人满意 。
2 实验部分
2. 1 仪器与试剂 LK98 微机电化学分析系统 (天津兰力科公司 ) ; 三电极系统 : 工作电极为玻碳电极 ( d = 4 mm ) , 参
比电极为饱和甘汞电极 (上海雷磁仪器公司 ) ,铂片作为对电极 。尿酸 (上海化学试剂公司 ) ; 氯化铁 (上 海化学试剂公司 ) ; 铁氰化钾 (北京化学试剂公司 ) ; HAc 2 NaAc 配成 pH 5. 0 的醋酸缓冲溶液 。所用试剂 均为分析纯 ,实验用水为二次蒸馏水 。 2. 2 修饰电极的制备 将玻碳电极 ( GCE )在金相砂纸上抛光成镜面 ,用二次蒸馏水冲洗干净 ,然后依次在 1 ∶ 1 HNO3 、 二次 蒸馏水中超声清洗 ( 3 m in /次 ) 。之后放入浓度均为 2 mmol/L 的 K3 [ Fe ( CN ) 6 ]和 FeC l3 的盐酸混合溶 液中 ( 0. 100 mol/L KC l作为支持电解质 , pH 2. 0 ) 。在 - 0. 40 V ( vs. SCE ) 恒电位电解 5 m in,取出用二 次蒸馏水将电极表面冲洗干净 ,即制得修饰电极 。
表 1 尿样中尿酸的测定结果 ( n = 5 ) Table 1 Determ ination results of uric acid in human urine samp les ( n = 5 )
样品
Samp les 1 2
3+ 2+ 2+ 2+ 2+
电极法
Electrode method (mmol/L) 2. 31 2. 97
2
- 4
( 3)
式中 ξ S W = nFES W / R T, ES W 表示方波幅度 。由计算出氧化反应的电子转移数 n = 2. 13, 可看作是 2 电子 的氧化反应过程 。 3. 3 底液 pH 值的影响及电极过程推断 底液 pH 不仅改变 UA 的氧化峰电流 , 而且改变其峰电位 (如图 3 ) 。在 pH 3. 5 ～4. 6 的醋酸缓冲溶液中 ,浓度为 1. 0 ×
相对标准 偏差
光度法
Spectrophotometry (mmol/L ) 2. 37 3. 03
样品
Samp les 3
电极法
Electrode method (mmol/L) 5. 41
RSD ( % ) 3. 2 2. 7
相对标准 偏差
光度法
Spectrophotometry (mmol/L ) 5. 68