检测溶液中D型色氨酸浓度的方法与流程

本发明涉及异构型氨基酸检测技术领域。更具体地说，本发明涉及一种基于氨基化石墨烯量子点与β环糊精修饰的电化学传感利用差分脉冲伏安法检测溶液中D型色氨酸浓度的方法。

技术背景

色氨酸是植物体内生长素生物合成重要的前体物质，其结构与吲哚乙酸相似，在高等植物中普遍存在。可以通过色氨酸合成生长素。本品是重要的营养剂。可参与动物体内血浆蛋白质的更新，并可促使核黄素发挥作用，还有助于烟酸及血红素的合成，可显著增加怀孕动物胎仔体内抗体，对泌乳期的乳牛和母猪有促进泌乳作用。当畜禽缺乏色氨酸时，生长停滞，体重下降，脂肪积累降低，种公畜睾丸萎缩。在医药上用做癞皮病的防治剂。

由于β环糊精的外缘亲水而内腔疏水，因而它能够像酶一样提供一个疏水的结合部位，作为主体包络各种适当的客体，如有机分子、无机离子以及气体分子等。其内腔疏水而外部亲水的特性使其可依据范德华力、疏水相互作用力、主客体分子间的匹配作用等与许多有机和无机分子形成包合物及分子组装体系，成为化学和化工研究者感兴趣的研究对象。这种选择性的包络作用即通常所说的分子识别，其结果是形成主客体包络物。β环糊精是迄今所发现的类似于酶的理想宿主分子，并且其本身就有酶模型的特性。因此，在催化、分离、食品以及药物等领域中，β环糊精受到了极大的重视和广泛应用。

现有检测不同构型的氨基酸有循环伏安以及交流阻抗的方法，这些方法只是对其中一种指标作为依据同时进行定性和定量分析，比如循环伏安只是以电流信号的大小作为区分不同构型的氨基酸，交流阻抗是以阻值大小作为区分，其准确度较低，灵敏度也低，检出限高。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种检测溶液中D型色氨酸浓度的方法，其能够快速并定量检测溶液中D型色氨酸的含量，建立了一种简单、快速且灵敏度和准确度高的D型色氨酸检测方法。

本发明还有一个目的是提供工作电极的制备方法，使用经过氨基化石墨烯量子点与β环糊精修饰玻碳电极作为工作电极，制备工作电极的方法简单。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种检测溶液中D型色氨酸浓度的方法，其中，包括：预先构建D型色氨酸的线性方程，使用由工作电极、参比电极和辅助电极构成的三电极体系通过差分脉冲伏安法对待测溶液中的D型色氨酸进行检测得到相应参数，将相应参数代入所述D型色氨酸的线性方程得到待测溶液中D型色氨酸的浓度；

其中，所述工作电极为玻碳电极经氨基化石墨烯量子点和β环糊精修饰后得到的修饰玻碳电极。

优选的是，所述的检测溶液中D型色氨酸浓度的方法中，所述修饰玻碳电极的制备方法包括：

将参比电极、辅助电极和玻碳电极浸入含有1.5～2.5mg/mL的氨基化石墨烯量子点和1.5～2.5mg/mL的β环糊精的混合溶液中，利用循环伏安方法扫描完成后取出干燥即得所述修饰玻碳电极；

其中，扫描参数设置为：初始电位0V、最高电位1V、最低点位0V、最终电位0V、扫描速率0.1V/s、扫描次数100次、灵敏度10^-4A/V、等待时间为2s。

优选的是，所述的检测溶液中D型色氨酸浓度的方法中，预先构建D型色氨酸的线性方程包括以下步骤：

步骤一、配制浓度为3～30μmol/L的至少4份D型色氨酸的标准溶液；

步骤二、采用所述三电极体系，利用差分脉冲伏安法对每份标准溶液进行检测，得到每份标准溶液的差分脉冲伏安曲线，在此过程中分别记录每份标准溶液的差分脉冲伏安曲线中电流强度的峰值；

步骤三、以步骤二中得到的每份标准溶液的差分脉冲伏安曲线对应的电流强度的峰值作为纵坐标，以每份标准溶液的浓度为横坐标绘制标准曲线并计算得到D型色氨酸的线性方程。

优选的是，所述的检测溶液中D型色氨酸浓度的方法中，采用所述三电极体系，利用差分脉冲伏安法对含有未知浓度D型色氨酸的待测溶液进行检测，得到待测溶液的差分脉冲伏安曲线，找出待测溶液的差分脉冲伏安曲线对应的电流强度的峰值参数，并将所述峰值代入所述的D型色氨酸的线性方程，计算后即得到待测溶液中D型色氨酸的浓度。

优选的是，所述的检测溶液中D型色氨酸浓度的方法中，所述步骤一中D型色氨酸的标准溶液配置方法为：向pH为6.5～7.5，浓度为10mmol/L磷酸缓冲溶液和浓度为0.01mol/L的D型色氨酸溶液混合，然后分别制备D型色氨酸浓度为3.0×10^-6mol/L、7.0×10^-6mol/L、1.0×10^-5mol/L、3.0×10^-5mol/L的4个标准溶液。

优选的是，所述的检测溶液中D型色氨酸浓度的方法中，所述步骤二具体包括以下步骤：

1)将所述三电极体系分别置入所述四个标准溶液中，在20～30℃室温下搅拌1min，静止1min；

2)扫描差分脉冲图谱，设置扫描初始电位为-0.1V，终止电位为0.6V，电位增量为0.004V，样品宽度0.0167s，振幅为0.05V，脉冲宽度0.05V，灵敏度10^-4A/V，等待时间为2s；

3)分别测量并记录所述4个标准溶液的电流强度的峰值，建立所述4个标准溶液的差分脉冲伏安曲线。

优选的是，所述的检测溶液中D型色氨酸浓度的方法中，所述氨基化石墨烯量子点由浓度为1mg/mL的氨基化石墨烯量子点经旋转蒸发仪浓缩后得到。

优选的是，所述的检测溶液中D型色氨酸浓度的方法中，所述修饰玻碳电极使用前经过预处理，预处理包括以下步骤：

将修饰玻碳电极放置在含有粒度0.3μm的抛光粉的抛光布上抛光至镜面，随后将玻碳电极依次置于甲醇、浓度为0.5mol/L的H₂SO₄溶液和超纯水中分别超声25～35s，并在每次超声结束后用超纯水冲洗0.5～1.5min得到预处理的修饰玻碳电极。

优选的是，所述的检测溶液中D型色氨酸浓度的方法中，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂电极。

本发明具有以下有益效果：

首先，本发明所述方法采用氨基化石墨烯量子点与β环糊精修饰玻碳电极制得工作电极，构建相关的传感界面作为三电极体系传感器用于检测，采用电位进行色氨酸构型进行定性，采用出峰电流值进行定量，提高了检测D型色氨酸的灵敏性和准确度，最低可以检测出9.3×10^-8mol/L的D型色氨酸。

其次，本发明的方法作为氨基化石墨烯量子点与β环糊精修的电化学检测D型色氨酸的一种方法，大大降低了检测成本，操作简单方便；

最后，本发明一步快速检测D型色氨酸，三电极体系传感器制备完成后，仅需数分钟就可以实现一步检测出D型色氨酸。

附图说明

图1为本发明的实施例1中不同浓度的D型色氨酸标准溶液的差分脉冲伏安曲线图；

图2为本发明的实施例1中D型色氨酸的标准曲线图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

本发明所涉及到的术语定义：

除非另外定义，否则本文所用的所有技术及科学术语都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所了解相同的含义。虽然在本发明的实践或测试中可使用与本文所述者类似或等效的任何方法、装置和材料，但现在描述优选方法、装置和材料。

“工作电极”又称研究电极，是指所研究的反应在该电极上发生。一般来讲，对工作电极的基本要求是：工作电极可以是固体，也可以是液体，各式各样的能导电的固体材料均能用作电极。所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响，并且能够在较大的电位区域中进行测定；电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应；电极面积不宜太大，电极表面最好应是均一平滑的，且能够通过简单的方法进行表面净化等。采用固体电极时，为了保证实验的重现性，必须注意建立合适的电极预处理步骤，以保证氧化还原、表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态。

一种检测溶液中D型色氨酸浓度的方法，使用三电极体系通过差分脉冲伏安法对待测溶液中的D型色氨酸进行检测，根据D型色氨酸的线性方程得到待测溶液中D型色氨酸的浓度，三电极体系中的工作电极为玻碳电极经氨基化石墨烯量子点和β环糊精修饰后得到的修饰玻碳电极。三电极体系由工作电极、参比电极和辅助电极组成。

本发明是采用示差脉冲伏安法对D型色氨酸进行检测，示差脉冲伏安法在线性扫描波形上，叠加一振幅恒定和脉宽固定的连续脉冲，扫描过程中，基电位从初始电位扫描到终止电位，在电位脉冲开始之前和结束时进行电流采样，将这两个采样电流的差值对电位作图，即为DPV曲线，主要用于电化学分析，减少因杂质氧化还原反应导致的背景电流，具有更好的检测灵敏度和更低的检测极限，相对于其他方法，所述示差脉冲伏安法成本较低，操作简单。

所述的检测溶液中D型色氨酸浓度的方法，包括以下步骤：

步骤一、制备所述工作电极并搭建三电极体系，配制浓度为3.0～30.0μmol/L的多份D型色氨酸的标准溶液；

步骤二、采用所述三电极体系，利用差分脉冲伏安法对步骤一中配制的每份标准溶液进行检测，得到每份标准溶液的差分脉冲伏安曲线，在此过程中分别记录每份标准溶液的差分脉冲伏安曲线中电流强度的峰值；

步骤三、以步骤二中得到的每份标准溶液的差分脉冲伏安曲线对应的电流强度的峰值作为纵坐标，以每份标准溶液的浓度为横坐标绘制标准曲线并计算线性方程；

步骤四、采用所述三电极体系，利用差分脉冲伏安法对含有未知浓度D型色氨酸的待测溶液进行检测，得到待测溶液的差分脉冲伏安曲线，将待测溶液的差分脉冲伏安曲线对应的电流强度的峰值代入步骤三中得到的线性方程中，计算得到待测溶液中D型色氨酸的浓度。

实施例1：

制备工作电极：将参比电极、辅助电极和玻碳电极浸入含有2mg/mL的氨基化石墨烯量子点和2mg/mL的β环糊精的混合溶液中，利用循环伏安方法扫描完成后取出干燥即得所述修饰玻碳电极；

其中，扫描参数设置为：初始电位0V、最高电位1V、最低点位0V、最终电位0V、扫描速率0.1V/s、扫描次数100次、灵敏度10^-4A/V、等待时间为2s。

工作电极预处理：将修饰玻碳电极放置在含有粒度0.3μm的抛光粉的抛光布上抛光至镜面，随后将玻碳电极依次置于甲醇、浓度为0.5mol/L的H₂SO₄溶液和超纯水中分别超声30s，并在每次超声结束后用超纯水冲洗1min得到预处理的修饰玻碳电极。

一种检测溶液中D型色氨酸浓度的方法，包括以下步骤：

步骤一、制备所述工作电极并搭建三电极体系，配制浓度为3.0～30.0μmol/L的多份D型色氨酸的标准溶液；

其中，工作电极即修饰玻碳电极的制备方法为：将参比电极、辅助电极和预处理后的玻碳电极浸入含有2mg/mL氨基化石墨烯量子点和2mg/mLβ环糊精的混合溶液中，利用循环伏安方法扫描完成后取出干燥即得修饰玻碳电极，扫描参数设置为：初始电位0V、最高电位1V、最低点位0V、最终电位0V、扫描速率0.1V/s、扫描次数100次、灵敏度10^-4A/V、等待时间为2s；

其中，所述步骤一中D型色氨酸的标准溶液配置方法为：向磷酸缓冲溶液中加入浓度为0.01mol/L的D型色氨酸标准溶液，分别制备D型色氨酸浓度依次为3.0×10^-6mol/L的溶液a、7.0×10^-6mol/L的溶液b、1.0×10^-5mol/L的溶液c、3.0×10^-5mol/L的溶液d共计4个标准溶液；其中所述磷酸缓冲溶液的pH为7.0，其浓度为10mmol/L；

步骤二、采用所述三电极体系，利用差分脉冲伏安法对步骤一中配制的每份标准溶液进行检测，得到每份标准溶液的差分脉冲伏安曲线，在此过程中分别记录每份标准溶液的差分脉冲伏安曲线中电流强度的峰值；

其中，所述步骤二具体包括以下步骤：

步骤2.1、将所述三电极体系分别置入所述四个标准溶液中，在室温下搅拌2min，静止2min；

步骤2.2、扫描差分脉冲图谱，设置扫描初始电位为-0.1V，终止电位为0.6V，电位增量为0.004V，样品宽度0.0167s，振幅为0.05V，脉冲宽度0.05V，灵敏度10^-4A/V，等待时间为2s；

步骤2.3、分别测量并记录所述4个标准溶液的电流强度的峰值，建立所述六个标准溶液的差分脉冲伏安曲线，图1所示为4个标准溶液的差分脉冲伏安曲线。

步骤三、以步骤二中得到的溶液a、b、c、d标准溶液的差分脉冲伏安曲线对应的电流强度的峰值作为纵坐标，以溶液a、b、c、d中D型色氨酸的浓度为横坐标绘制标准曲线并计算线性方程；例如，以溶液a的差分脉冲伏安曲线对应的电流强度的峰值为纵坐标，以溶液a中D型色氨酸的浓度为横坐标，可以确定标准曲线上的一个点，通过上述方法，将溶液a换成溶液b、c、d，通过溶液b、c、d确定标准曲线上的另外三个点，绘制如图2所示的标准曲线；

由图2中标准曲线得到线性方程：Y＝6.5667+4.1665X，式中Y为电流值(I)，I为每份标准溶液的差分脉冲伏安曲线对应的电流强度的峰值，单位为μA；X为标准溶液中D型色氨酸浓度(c)，单位为μmol/L，相关系数R²为0.9888。修饰电极对D型色氨酸的检测限为9.3×10^-8mol/L；

步骤四、采用所述三电极体系，利用差分脉冲伏安法对含有未知浓度D型色氨酸的待测溶液进行检测，得到待测溶液的差分脉冲伏安曲线，计算待检测液中D型色氨酸的浓度：将待测溶液的差分脉冲伏安曲线对应的待测溶液的电流强度的峰值作为Y值代入线性方程中，计算得到待检测液中D型色氨酸的浓度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。