用电化学方法还原石墨烯修饰玻碳电极来同时测定鸟嘌呤和腺嘌呤

mol /L鸟嘌呤和腺嘌呤混合溶液 (1 : 1)的CV图 ， (c) erGO/GCE 在 0.1 mol /L PBS (pH=6.2) 在0.1 V/s的CV图
Fig. 5 (A) 在 5.0× 10-6 mol /L腺嘌呤存在时， er-GO/GCE 在0.4, 0.8, 2.0, 4.0, 8.0, 12.0,和16.0 × 10-6 mol/ L鸟嘌呤 (从a到g) 溶液的 DPV图，坐标是峰电流对鸟嘌呤浓度 (B) 在 5.0 ×10-6 mol/ L鸟嘌呤 存在时，er-GO/GCE 在0.6, 1.0, 3.0, 5.0, 7.0, 10.0, 15.0, and 20.0 × 10-6 mol /L腺嘌呤(从 a到h) 溶液 的DPV图，坐标是峰电流对腺嘌呤 浓度。
3 在GO/GCE上同时测定腺嘌呤和鸟嘌呤
图4显示了含有0.1mol/L PBS（pH=6.2）的腺嘌呤和 鸟嘌呤混合溶液（1.0×10-5mol/L）在不同电极上的CV曲线 图。在裸GCE电极上测定时可以看到两个小驼峰峰值分别在 0.790 V和1.077 V(曲线a）。对于GO/GCE,峰电流大约在 0.754 V和1.052V(曲线b)，均略有增ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ。相应地,对于erGO/GCE，峰电流大约在0.735 V和1.007V，不仅显示出了 电势负移而且电流响应增强。阳极峰电势扩大后的分离与敏 感性的增加实现了在er-GO/GCE上同时测定鸟嘌呤和腺嘌呤 的可行性。
结果与讨论
1 修饰电极的特征 2 鸟嘌呤和腺嘌呤在er-GO/GCE电极上的电化学行为
3 在GO/GCE上同时测定腺嘌呤和鸟嘌呤 4 er-GO/GCE选择性、稳定性和重现性
5 er-GO/GCE的分析应用
1 修饰电极的特征
图1-A显示了GO沉积在云母基质上的AFM图象。可以 看出GO几乎是单层,平均厚度是1 - 1.5纳米,比理论预测值 大些。这种现象可以归结为单个石墨烯薄片在两面都包含 官能团。图1-B显示了GO的SEM图像。这个皱巴巴的,皱 片状的结构可以提供更多的反应位点。此外,因为在制备 石墨氧化物过程中的氧化反应，石墨烯薄片边缘的平面也 可能产生化学官能团,如C-OH和-COOH,有利于GO吸附在 GCE电极表面上和反应物分子的吸收。图2-A显示了样品 GCE,GO/GCE和er-GO/GCE在0.1mol/L氯化钾+ 1 ×103mol/L K3Fe(CN)6溶液中的CV图。有明确定义的样品的 CV图,即在裸GCE电极上观察得到氧化还原过程中可逆电 子的转移(曲线a)。然而，修饰的GO/GCE,阳极和阴极峰 几乎消失(曲线b)。在电极表面上Fe(CN)63-电子转移过程 中，GO修饰电极充当了阻挡层的角色。然而,当GO还原 成er-GO时，我们可以看到一对清晰的氧化还原峰（曲线 c）。表明er-GO可以加速Fe(CN)63-电子传递。
用电化学方法还原石墨烯修饰玻碳电极来 同时测定鸟嘌呤和腺嘌呤
专业：无机化学
摘 要
在本文中,我们在电化学方法还原石墨烯氧化物（erGO）修饰玻碳电极(er-GCE)基础上研究了直接用电化学 氧化、微分脉冲伏安法(DPV)来测定鸟嘌呤和腺嘌呤。和 GCE、GO/GCE电极相比，这种er-GCE电极显示出了对 鸟嘌呤和腺嘌呤非常好的电催化活性，使氧化电流升高， 氧化电位负移。使用准备好的er-GCE成功的实现了同时 对鸟嘌呤和腺嘌呤的测定。鸟嘌呤和腺嘌呤的检出限(基 于S / N= 3)分别为1.5×10－7mol/L和2.0×10－7mol/L。 此外,这种er-GO/GCE显示出了高的选择性,再生性和稳定 性,也可以用于鸟嘌呤和腺嘌呤在热变性小牛胸腺DNA和 尿液中的检测,这显示出了其在实际样品分析中大有前途。
Fig. 1 AFM (A) and SEM (B) images of GO
图2-A 样品GCE,GO/GCE和er-GO/GCE在0.1mol/LKCl+ 1 ×10-3mol/L K3Fe(CN)6溶液中的CV图 图2-B （a）GCE、（b）GO/GCE、（c）er-GO/GCE在5×103mol/LFe(CN)63-/4-+ 0.1 mol/LKCl频率从0.1Hz到100Hz的奈奎斯特图
实 验
1 石墨烯氧化物/玻碳电极的制备 通过改进的Hummers法使用石墨粉作为原材料来制 备氧化石墨。用超声波法将剥落的石墨氧化物变成石墨 烯氧化物(GO)，是通过JY92-IIN超声波清洁器(宁波,中 国)工作40分钟(200 W)得到的。这种均匀的GO （1.0mg/mL）水分散液是用于制备修改电极的。在修饰 前，将裸GCE在湿润的Al2O3( 0. 05 μm) 上抛光成镜面， 然后用无水乙醇、蒸馏水超声波清洗。用微量进样器取5 μL石墨烯悬浮液滴加在玻碳电极表面，在红外灯下烘干 30分钟即制得石墨烯修饰玻碳电极。随后,将修饰电极放 在0.1mol/L PBS(pH值为4.6)溶液中，电势范围从0.0到1.5 V在扫描以0.05V/s的扫描速度循环十个周期，记录循 环伏安图。
4 er-GO/GCE选择性、稳定性和重现性
同时测定鸟嘌呤和腺嘌呤时主要的干扰物质来自生物体液中共存 的物质,这可能导致新的伏安峰或与现有的峰重叠。我们对一些可能的无 机离子和有机化合物进行了测试并评估它们的干扰水平。结果表明,50倍 浓度的Ca2+,Mg2+,Fe3+,Zn2+、Cu2+,Cl-,抗坏血酸、尿液酸、多巴胺、 葡萄糖、和10倍的退热净,人血清白蛋白,血红蛋白对鸟嘌呤和腺嘌呤信号 的检测没有明显的影响，偏差低于±5%。er-GO/GCE稳定性和重现性的 评估是在1.0×10-5mol/L的鸟嘌呤和1.0 ×10-5mol/L的腺嘌呤溶液中进 行的。经过7天成功的扫描检测，鸟嘌呤和腺嘌呤溶液在新制的erGO/GCE上的氧化峰电流有一个相对标准偏差(RSD)分别为2.42%和 2.75%。如将新制的er-GO/GCE储存在4℃下7天，标准偏差分别为 3.87%和4.06%。表明这种准备好的er-GO/GCE具有良好的稳定性和重 现性。此外,在PBS溶液中连续扫描三个周期,结果显示er-GO/GCE很容 易再生并为下一个测量使用,再生er-GO/GCE在相同的溶液中测量15次， RSD值约2.7%。
图3（a）GCE、（b）GO/GCE、（d）er-GO/GCE在1.0×10-5mol/L鸟嘌呤 （A）和腺嘌呤（B）溶液中的CV图，（c）er-GO/GCE在0.1mol/LPBS溶 液（pH=6.2）在0.1V/s的CV图
图4 (a) GCE, (b) GO/GCE,和 (d) er-GO/GCE 在1.0 ×10-5
2 设备和程序 GO表面形态的特点是通过原子力显微镜(AFM,Agilent5500, 美国)和扫描电子显微镜(SEM、日立H- 9000、日本)得到的。 所有的电化学实验都是在三电极电解池下进行的。包括 CHI660D电化学工作站(Chenhua,中国),铂电极和Ag /AgCl电极 分别作为辅助电极和参比电极。修饰电极的电化学性质是通 过循环伏安法(CV)和电化学阻抗谱(EIS)来测定的。CV是在 0.1mol/L氯化钾+ 1.0×10-3mol/L K3Fe(CN)63-/4-溶液中测定。 EIS是在0.1mol/L氯化钾+ 5.0×10-3mol/LK3Fe(CN)63--/4-溶液 中测定的。这时的平衡电势是0.175 V(vs . Ag /AgCl)、扰动振 幅为5mV，频率范围从100千赫至0.1赫兹。所有测量是在室 温下进行的(25±2 ℃)。
5 er-GO/GCE的分析应用
通过er-GO/GCE测定包含在热变性小牛胸腺 DNA(5mg/mL)中的鸟嘌呤和腺嘌呤。氧化鸟嘌呤和腺嘌 呤对应的两个氧化峰可以在DPV中清楚地观察到。鸟嘌呤 和腺嘌呤的浓度是通过标准加入法来确定的。腺嘌呤和鸟 嘌呤在热变性小牛胸腺DNA含量的理论值和计算值分别为 22.6%和28.5%(摩尔比,mol%)。这个值(G + C)/(A + T)计 算为0.793,这与标准值0.77相一致。此外,为了进一步确认 这种方法的实用性,er-GO/ GCE也被应用于鸟嘌呤和腺嘌 呤在尿液中的测定。所有的样品都确定在同等条件下的5 倍。结果列在表2中，可以看出回收率是可观的。鸟嘌呤 和腺嘌呤回收率分别是98.0-104.0%和98.0-102.0%，这 也表明这种方法的适用性和可靠性。
在优化条件下，用电化学方法在er-GO/GCE上 同时测定鸟嘌呤和腺嘌呤由DPV完成。为了优化决 定性条件，GO修饰数量的影响、溶液的pH值影响 被优先考虑。实验证明,当GO分散液在GCE电极上 的体积，从1到5微升时和从5到9微升时，鸟嘌呤 和腺嘌呤在er-GO/GCE的氧化电流分别增加和降低。 另外,研究还表明,当溶液的pH值从4.6变化到6.2 时，鸟嘌呤和腺嘌呤的氧化峰电流增加,从6.2到 8.7时，氧化峰电流降低。因此，分别选用GO的修 饰体积为5毫升、溶液pH值为6.2作为优化条件。
2 鸟嘌呤和腺嘌呤在er-GO/GCE电极上的电化 学行为
鸟嘌呤和腺嘌呤在电极上的氧化还原行为是通过CV图来 表征的。和鸟嘌呤在GO/GCE电极上的氧化峰相比(曲线 b),er-GO/ GCE(曲线c)的峰电势从0.754 V降低到0.717V,峰 电流1.349uA增加到4.976uA。氧化峰电势负移约46mV。氧化 峰值电流(Ipa)增加约4.62倍。腺嘌呤在不同电极也是类似 的结果。在er-GO/GCE上峰电流增加和峰电势负移也许可以 归因于er-GO固定在GCE电极表面时，表面积大,有大量的官 能团和导电性能强，增加了电化学吸附位点,吸附了大量的 鸟嘌呤和腺嘌呤,电催化能力大大提高。
结 论
总之，在基于石墨烯修饰GCE电极上一个简单和环保 的对鸟嘌呤与腺嘌呤的敏感性检测的电化学传感器制造出 来了。在er-GO/GCE上观察到，鸟嘌呤和腺嘌呤的氧化峰 电流明显增加，氧化峰电位负移。在优化实验参数后,通 过DPV在er-GO/GCE上同时测定鸟嘌呤和腺嘌呤得到， 检出限(S/N=3),分别是1.5× 10-7M和2.0×10-7M.此外,这 个er-GO/GCE也表现出高的选择性、重现性和稳定性,成 功地用于鸟嘌呤和腺嘌呤在热变性小牛胸腺DNA和尿液中 的检测，显示了其在实际样品分析中大有前途。
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