L_半胱氨酸自组装电极循环伏安法测定多巴胺_陈贤光

L-半胱氨酸自组装电极循环伏安法测定多巴胺
陈贤光,张素娟,欧阳良琪,邹小勇X
(中山大学化学与化学工程学院,广州510275)
摘要:建立了痕量多巴胺(DA)电化学分析方法。

在pH7.6的0.2mol P L Na2HPO4-Na H2PO4+0.1mol P L KCl底液中,L-半胱氨酸(L-Cys)自组装金电极对多巴胺有明显的电催化氧化作用,考察了该电极作为DA传感器的实验条件。

结果表明:DA在L-Cys P Au电极上的氧化峰电流与多巴胺的浓度在一定范围内成线性关系,线性范围为6.7@10-5~4.6@10-3mol P L,检出限为8.4@10-6 mol P L,平行测定8次,相对标准偏差为3.2%,用于盐酸多巴胺注射液中DA的测定,回收率为94%~96%。

关键词:L-半胱氨酸;自组装;电催化氧化;多巴胺
中图分类号:O657.1文献标识码:A文章编号:1000-0720(2007)06-030-04
多巴胺(DA)是大脑中含量最丰富的儿茶酚胺类神经递质,调控中枢神经系统的多种生理功能,其含量的异常改变可导致一些重要的疾病如精神分裂症和帕金森氏症等[1]。

因此,对痕量DA的测定具有重要的医学意义。

目前,测定DA的方法包括分光光度法[2],离子色谱法[3],化学发光法[4]和化学修饰电极法[5~8]。

其中,化学修饰电极法由于具有仪器简单、操作方便、灵敏度高、线性范围广等优点而被广泛研究。

但应用L-半胱氨酸自组装金电极催化氧化DA测定DA的方法尚未见文献报道。

本文在pH7.6的0.2mol P L Na2HPO4-Na H2PO4+0.1mol P L KCl(PBS)底液中,L-Cys自组装金电极(L-Cys P Au)对DA存在明显的催化氧化作用,由此建立了测定痕量DA的电化学分析方法,并用于盐酸多巴胺注射液中DA的测定。

1实验部分
1.1仪器和试剂
CHI660A电化学工作站(C H Instruments,Inc. USA),三电极系统,工作电极为裸金电极(Au)和L-Cys P Au电极,参比电极为AgCl P Ag电极,辅助电极为铂丝电极。

CQ-50型超声波清洗器(上海超声波仪器厂);红外灯。

多巴胺(纯度大于99%,Sigma公司),其贮备液为0.01mol P L,使用时逐级稀释,放于冰箱中于4e保存备用;盐酸多巴胺注射液(广州明兴制药厂);L-半胱氨酸(上海博奥生物工艺有限公司,生化试剂),其自组装液为0.02mol P L,pH 4.0 NaAc-HAc缓冲液,使用当天配制;0.2mol P L Na2HPO4-Na H2PO4缓冲溶液(PBS,pH7.0,内含0.1mol P L KCl溶液)。

所用试剂均为分析纯。

水为二级水。

1.2修饰电极的制备
将金电极依次在金相砂纸和粒度为1.0、0.3、0.05L m Al2O3粉上抛光成镜面后,分别在(1+1) HNO3、无水乙醇和水中进行超声清洗,纯氮气吹干。

把干燥后的金电极放入L-C ys自组装液中,置于冰箱中在4e下自组装2h。

取出用水充分淋洗,并在红外灯下烘干5min即制得L-Cys P Au。

1.3实验方法
选取含一定量DA的底液(除非特别注明,底液皆为0.2mol P L pH7.6PB S缓冲溶液,内含0.1
X收稿日期:2006-04-26;修订日期:2006-07-08
基金项目:国家自然科学基金(20575082);广东省自然科学基金(031577);广东省科技计划(引导)(2005B30101003)和中山大学/开放式、研究性0实验(2005年度)项目资助
作者简介:陈贤光(1984-),男,在读本科生
mol P L KCl 溶液),通10min 氮气除氧后,以裸Au 和L-Cys P Au 为工作电极,在-0.6~0.6V 电位范围内,扫描速率为50mV P s,进行循环伏安法(C V)研究。

2 结果与讨论
2.1 修饰电极的循环伏安曲线
裸Au 电极和L -Cys P Au 电极在DA 溶液中的循环伏安曲线(C Vs)如图1所示。

可见,DA 在裸Au 电极上出现了一对准可逆的氧化还原峰,分别位于+0.262V 和+0.039V,$E p =223mV 。

而在L -Cys P Au 电极上,DA 的氧化峰负移至01150V,还原峰则正移至01079V,$E p =71m V 。

说明L -Cys P Au 电极对DA 存在明显的催化氧化作用,同时也增大DA 氧化还原反应的可逆性。

此外,在含DA 的检测底液中,L -Cys P Au 电极在-0.338V 处出现一个明显的还原峰。

由于在多巴胺的存在下,L -Cys P Au 电极上的氨基和巯基发生还原反应而产生的。

研究了扫描速率对电流影响,结果表明:DA 在L -Cys P Au 电极上的氧化还原峰电流与扫描速度的平方根在10~110mV 范围内呈良好的线性关系,因此,DA 在L -C ys P Au 电极表面的反应受扩
散控制。

图1 裸Au 电极(1)和L -Cys P Au 电极(2)在含3.3@10-4mol P L DA 的检测底液中的循环伏安曲线
Fig .1 Cyclic voltamm ograms of a bare Au electrode (1)and
a L -Cys self -assembled Au electrode (2)in 0.2mol P L pH 7.6PBS solution w ith dopamine .Scan rate was 50mV P s and the concentration of dopam ine was 3.3@10-4mol P L
2.2 自组装时间的选择
在0.5~ 3.0h 范围内,试验了自组装时间对L -Cys P Au 电极电催化性能的影响。

当自组装时间
小于2h 时,随着自组装时间的增加,氧化峰电流逐渐增加。

但当自组装时间大于2h 后,电流呈明显下降趋势。

这是因为L -Cys 在Au 电极上形成饱
和单层膜后,随着自组装时间的增加,溶液中剩余的L -Cys 分子通过氢键和静电作用力吸附在第一层L -Cys 分子上形成多层膜
[9]。

当自组装膜与
Au 电极没有牢固共价键合作用的L -C ys 分子过多时,会阻碍DA 分子与Au 电极表面的接触,从而降低DA 的氧化峰电流。

因此,本文将L -Cys 在Au 电极上的自组装时间选择为2h 。

2.3 检测底液酸度的选择
在pH 6.4~7.6范围,研究了底液的pH 对氧化还原电流的影响,结果如图2所示。

由图2可知,当pH<7.0时,L -Cys P Au 电极在空白检测底液中有一对明显的氧化还原峰。

这应该是处于第一层自组装膜外的L -Cys 分子中的巯基发生氧化还原反应产生的[9]。

在pH 6.4~7.0范围内,随着酸度的减小,这对氧化还原峰的峰电流逐渐减小。

而当pH>7.0时,L -C ys 电极在空白底液中无明显的氧化还原峰(见图2-5)。

由于该氧化峰位于012V 附近,与DA 在L -Cys 电极上的氧化峰电位很接近,对DA 的循环伏安法测定存在十分大的干扰,因此选择在弱碱性条件下对DA 进行循环伏安法测定。

进一步试验的结果表明,在pH 710~718范围内,随着检测底液碱性的增大,DA 在L -Cys 电极上的氧化峰电位逐渐负移,峰电流也逐渐增大;但增幅很小,pH 716和pH 718
对应的循环伏
图2 L -半胱氨酸自组装金电极在不同p H 底液中的循环
附安曲线
Fig .2 Cyclic voltamm ograms of the L -Cys P Au electrode in
different pH values of blank solutions pH:1-6.4;2-6.6;3-6.8;4-7.0;5-7.2
安曲线几乎重叠。

考虑检测底液的碱性过大会降低L-C ys P Au电极的稳定性,进而减低循环伏安法检测DA的重现性,故选择pH716作为检测底液的酸度。

2.4校正曲线、检出限和重现性、稳定性
采用CV法对DA进行定量分析。

结果表明, DA在L-Cys P Au电极上的氧化峰电流与DA的浓度在一定范围内成线性关系,线性范围为6.7@10-5 ~4.6@10-3mol P L,对应的一元线性回归方程为:
i pa P L A=0.2739+1.0728c(mmol P L),相关系数r=
0.9972。

由3D P k法计算得到,该方法对DA的检出限为8.4@10-6mol P L。

对1.0@10-3mol P L DA平行测定8次,其RSD P%为3.2,说明该方法的重现性较好。

并将所得L-Cys P Au电极在冰箱中在4e下存放,连续测定7d,每天测定3次。

结果表明,在一个星期内L-Cys P Au电极对DA的电流响应维持在初始值的90%以上,说明L-C ys P Au电极具有良好的稳定性。

2.5干扰试验
DA和抗坏血酸(AA)共存于体液中,因此在测定体液中DA时,必须考虑AA的干扰。

通常,它们在空白玻碳电极上电化学响应信号相互重叠,难以区分,不能分别测定。

本文测定了等浓度的DA和AA混合液的循环伏安曲线(CVs)和差示脉冲伏安曲线(DPVs),如图3所示。

由图3可见,在C Vs和DPVs中,DA的氧化峰与AA的氧化峰均可以得到足够大的分离,其电位差分别为385和400 mV。

因此可以应用CVs和DPVs在DA和AA共存液中,对DA进行定量分析。

进一步的试验结果表明,在相对误差?5%以内,3倍的AA不影响313 @10-4mol P L DA的循环伏安法测定。

此外,对于3.3@10-4mol P L多巴胺,在相对误差?5%内,下列共存物质的允许存在量(以倍数计)为:K+、Na+、NO3-、Cl-(1000,未做最高限),Sr2+、Ca2+、Mg2+(500),草酸、葡萄糖、ED-TA(250),Ac-、柠檬酸、甘氨酸(100),Cu2+、Fe2+、Al3+(10),尿酸、L-半胱氨酸(5)。

图3等浓度的DA和AA混合液在L-Cys P Au电极上的CVs(a)和DPVs(b)
Fig.3C yclic voltam mograms(a)and differential pulse voltammograms(b)in mixed D A and
A A w ith the same concentration on the L-Cys self-assembled Au electrode
其他测试条件同图1
2.6样品分析
把一支盐酸多巴胺注射液转移至50mL棕色容量瓶并稀释定容,接着量取其中5.0mL定容于50mL容量瓶,定容时均用空白底液作稀释液。

取其中6.0mL所得溶液倒入电解池中,按本实验方法,用标准加入法分别测定3个样品,每个样品平行测定5次,结果见表1。

表1注射液样品中DA的测定结果(n=5)
Tab.1Determination results of DA in injection samples(n=5)
样品编号标示值Q P(mg P mL)实测值Q P(mg P m L)RSD P%加标量Q P(mg P mL)回收量Q P(mg P mL)回收率P%
1 2 310
10
10
9.5
9.6
9.6
3.6
4.1
2.9
5.0
5.0
5.0
4.7
4.8
4.7
94
96
94参考文献
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Determination of dopamine by cyclic voltammetry on a L-cysteine self-assembled modified gold electrode
C HEN Xian-guang,Z HANG Su-juan,OUY ANG Liang-qi and Z OUXiao-yong*(Department of Che mistry and Che-mical Engineering,Sun Ya-t Sen University,Guangzhou510275),Fenxi Shiyanshi,2007,26(4):30~33 Abstract:A ne w method is described for the determination of dopamine(DA)by cyclic voltammetry based on its cata-lytic oxidation currents on a L-cysteine sel-f assembled modified gold elec trode(L-Cys P Au electrode)in0.2mol P L pH 7.6PBS(contain0.1mol P L KCl)solution.The oxidation potential was shifted negatively112m V compared with a bare gold electrode,and the oxidation current increases evidently.In the optimal experimental c onditions,the linear range of the method was from617@10-5mol P L to416@10-3mol P L,with a detection limit of814@10-6mol P L.The method has been applied to the determination of DA in injection samples,and satisfactory results have been obtained. Keywords:L-Cysteine;Sel-f assembly;Electrocatalytic oxidation;Dopamine。