专利名称：修饰玻碳电极及其制备方法和其在检测亚硝酸根中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种修饰玻碳电极，本发明还涉及该修饰玻碳电极的制备方法和其在检测亚硝酸根中的应用。
背景技术：
亚硝酸根是广泛存在于环境中的一种有害物质，在食品工业上，亚硝酸根常作为发色剂，具有抗菌防腐作用，但亚硝酸根进入人体后可生成强烈致癌的亚硝胺。随着人们环境意识和食品安全意识的加强，亚硝酸根已成为环境检测和食品分析中必须检测的项目。 目前，亚硝酸根含量的测定方法主要有连续流动分析法、分光光度法、萤光法、色谱法、电化学测定等，相比而言，电化学测定亚硝酸根含量有灵敏度高、快速、仪器设备简单等优点。L-半胱氨酸(L-cys)是一种重要的氨基酸，由于该氨基酸含有巯基，容易在金电极上自组装形成具有特殊功能的单分子层，基于该特点已被用于多巴胺、抗坏血酸等物质的测定。但是由于其活性基团浓度低，使用范围受到一定的限制。目前尚没有将L-cys固定到玻碳电极形成L-cys修饰玻碳电极及钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极的报道。
发明内容
本发明提供一种修饰玻碳电极，该修饰玻碳电极能将L-半胱氨酸固定到玻碳电极上形成L-半胱氨酸修饰玻碳电极及钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极，本发明还提供该修饰玻碳电极的制备方法和其在检测亚硝酸根中的应用。为了实现上述目的本发明提供一种修饰玻碳电极，所述修饰玻碳电极为L-半胱氨酸修饰玻碳电极或钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极。本发明的另一个目的是提供一种修饰玻碳电极的制备方法，所述L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备方法如下
1)、将玻碳电极处理成裸玻碳电极；
2)、将步骤1)得到的裸玻碳电极吹干，插入盛有含铁氰化钾的电解质溶液中，在以裸玻碳电极为工作电极的三电极体系中进行循环伏安扫描，所得循环伏安图中峰电位差在64mV -80 mV，并尽可能接近64 mV，得到处理后的玻碳电极；
3)、将步骤2)得到的处理后的玻碳电极置于含有L-半胱氨酸的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，以循环伏安法进行电聚合，将聚合了 L-半胱氨酸的处理后的玻碳电极洗净晾干后得到L-半胱氨酸修饰玻碳电极。进一步地，步骤3)中所述电聚合的条件是扫描速度100 mV/s,电位_0. 6V_2. 0V, 电聚合圈数为10-20圈；所述NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液的pH值为6. 0。由于L-半胱氨酸的等电点为pH值6. 0，因此电聚合L-半胱氨酸时缓冲溶液的pH 值选择6.0。进一步地，步骤3)中所述电聚合的圈数为10圈。本发明的第三个目的是提供另一种修饰玻碳电极的制备方法，所述钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备方法如下
a)、将玻碳电极处理成裸玻碳电极；
b)、将步骤a)得到的裸玻碳电极吹干，插入盛有含铁氰化钾的电解质溶液中，在以裸玻碳电极为工作电极的三电极体系中进行循环伏安扫描，所得循环伏安图中峰电位差在64mV -80 mV，并尽可能接近64 mV，得到处理后的玻碳电极；
C)、将步骤b)得到的处理后的玻碳电极置于含有L-半胱氨酸的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，以循环伏安法进行电聚合，将聚合了 L-半胱氨酸的处理后的玻碳电极洗净晾干后得到L-半胱氨酸修饰玻碳电极；
d)、将步骤c)得到的L-半胱氨酸修饰玻碳电极置于含有氯钼酸的硫酸溶液中，以循环伏安法进行电沉积，将沉积了钼的L-半胱氨酸修饰玻碳电极洗净晾干后得到钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极。进一步地，步骤d)中所述电沉积的条件是扫描速度50 mV/s，电位0.4V--0. 25V，电沉积圈数为10-15圈。进一步地，步骤d)中所述电沉积的圈数为10圈。本发明的第四个目的是提供该修饰玻碳电极在检测亚硝酸根中的应用。进一步地，所述应用的方法如下将修饰玻碳电极置于含有亚硝酸根的 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，在以修饰玻碳电极为工作电极的三电极体系中进行循环伏安扫描，其中所述缓冲溶液的PH值为2. 5-4. 0。进一步地，所述缓冲溶液的pH值为3. 0。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是
1、本发明在玻碳电极上电聚合L-半胱氨酸，与自组装方法相比，增加了活性基团，使得它能够促进电子转移。2、本发明在修饰了 L-半胱氨酸的玻碳电极上进一步电聚合上了钼纳米粒子，两者共同促进了电子的转移，增加了电流响应。3、本发明电极的修饰方法简便，操作简单且响应性好，适用于亚硝酸根的检测。4、亚硝酸根在裸玻碳电极上有较高的氧化过电位；在本发明的L-半胱氨酸修饰玻碳电极上氧化过电位明显降低，电位负移了 80 mV,电流响应显著增加，说明L-半胱氨酸对亚硝酸根有很好的电催化作用；在本发明的钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极上比在本发明的L-半胱氨酸修饰玻碳电极上电位稍正移，电流响应进一步增加，说明钼对亚硝酸根的催化也起到积极的作用。实验结果表明与裸玻碳电极相比亚硝酸根在本发明的修饰玻碳电极上的氧化响应得到了较大的提高，本发明的修饰玻碳电极对亚硝酸根具有良好的电催化作用，其中，本发明的钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极比本发明的L-半胱氨酸修饰玻碳电极对亚硝酸根的电催化作用更好。
图1是应用三种不同工作电极对亚硝酸根进行检测的循环伏安图；其中a为裸玻碳电极、b为本发明的L-半胱氨酸修饰玻碳电极，c为本发明的钼/L-半胱氨酸修饰玻碳电极。图2是在其他条件相同时，不同L-半胱氨酸电聚合量的电流响应；其中横坐标为L-半胱氨酸电聚合圈数，纵坐标为电流(μ A)。图3是在其他条件相同时，不同钼纳米粒子电沉积量的电流响应；其中横坐标为钼纳米粒子电沉积圈数，纵坐标为电流(μ Α)。图4中d是在其他条件相同时，NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中不同pH值与峰电流的关系e是在其他条件相同时，NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中不同pH值与峰电位的关系图；其中横坐标为PH值，左坐标为电位(V)，右坐标为电流(μ A)。
具体实施例方式本发明实验过程中使用的水均为二次蒸馏水，实验所用的试剂均为分析纯。实验均在室温下进行。本发明的循环伏安扫描和差示脉冲伏安扫描均是在通99. 999%的氮气下进行的。本发明使用的仪器和试剂
多通道电化学工作站(VMP2，美国Princeton仪器公司)用于循环伏安实验； 石英管加热式自动双重纯水蒸馏器(1810B，上海亚太技术玻璃公司)用于蒸二次蒸馏水；电子天平(北京赛多利斯仪器有限公司)用于称量药品； 超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)； 高纯氮气(纯度为99. 999% (O2 ( 0. 001%))；
三氧化二铝打磨粉(0.30 ym, 0. 05 ym,上海辰华仪器试剂公司)用于处理玻碳电极；Ag/AgCl (CHI III，美国CH仪器公司)为参比电极； 钼为对电极； 亚硝酸钠(北京化工)。实施例1
一、L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备方法如下。(1)将玻碳电极依次用0.3 μπι、0.05 μ m的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗，得到裸玻碳电极；
(2)将裸玻碳电极经纯度为99.999%的氮气吹干后，插入含有5 mmol/L的铁氰化钾探针分子的摩尔浓度为0. 1 mol/L氯化钾电解质溶液中，并采用以裸玻碳电极为工作电极、以钼丝电极为对电极、以Ag/AgCl电极为参比电极的三电极体系进行循环伏安扫描，所得循环伏安图中的峰电位差在64 mV -80 mV之间，并尽可能接近64 mV，电极方可使用，得到处理后的玻碳电极；
(3)L-半胱氨酸修饰玻碳电极将所述处理后的玻碳电极插入含有L-半胱氨酸的 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，其中，L-半胱氨酸的摩尔浓度为5 mmol/L,缓冲溶液的摩尔浓度为0. lmol/L，pH为6.0。并采用以处理后的玻碳电极为工作电极、以钼为对电极、以八8/^8(1为参比电极的三电极体系在一0.6 2.(^电位范围内，扫描速度100 mV/s下以循环伏安法进行电聚合，电聚合的圈数为10圈，完成电聚合后，用二次蒸馏水洗净，晾干后得到L-半胱氨酸修饰玻碳电极。二、钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备方法如下。将本发明制备的L-半胱氨酸修饰玻碳电极置于含有2 mmol/L氯钼酸的硫酸溶液中，其中硫酸溶液的浓度为0. 5 mol/L，并采用以L-半胱氨酸修饰玻碳电极为工作电极、以钼为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系在0. 4 -0. 25V电位范围内，扫描速度 50 mV/s下以循环伏安法进行电沉积，电沉积的圈数为10圈，完成电沉积后，用二次蒸馏水洗净，晾干后得到钼/L-半胱氨酸修饰玻碳电极。三、应用不同的工作电极检测溶液中亚硝酸根含量的实验。将裸玻碳电极、L-半胱氨酸修饰玻碳电极和钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极分别作为工作电极，将工作电极置于含有ι χ 10_3 mol/L的亚硝酸钠的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，并以钼为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系在0.4 1.3V电位范围内，扫描速度50 mV/s下循进行循环伏安扫描，采用origins. 0软件作图，绘制电流拟合曲线。结果见图1。由图1可知亚硝酸根在裸玻碳电极上有较高的氧化过电位；在本发明的L-半胱氨酸修饰玻碳电极上氧化过电位明显降低，电位负移了 80 mV,电流响应显著增加，说明 L-半胱氨酸对亚硝酸根有很好的电催化作用；在本发明的钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极上比在本发明的L-半胱氨酸修饰玻碳电极上电位稍正移，电流响应进一步增加，说明钼对亚硝酸根的催化也起到积极的作用。实验结果表明与裸玻碳电极相比亚硝酸根在本发明的修饰玻碳电极上的氧化响应得到了较大的提高，本发明的修饰玻碳电极对亚硝酸根具有良好的电催化作用，其中，本发明的钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极比本发明的L-半胱氨酸修饰玻碳电极对亚硝酸根的电催化作用更好。四、钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极中L-半胱氨酸的电聚合量的优化。按本发明的方法制备钼/L-半胱氨酸修饰玻碳电极，保持电沉积钼纳米粒子的量不变，即均电沉积10圈，只改变电聚合的L-半胱氨酸的量分别为电聚合2圈、5圈、10圈、 15圈和20圈，将制备的钼/L-半胱氨酸修饰玻碳电极插入含有lX10_4mol/L的亚硝酸根的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，缓冲溶液的浓度为0. lmol/L, pH值为3. 0，并采用以L-半胱氨酸修饰玻碳电极为工作电极、以钼为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系在 0.45 1.1V电位范围内，扫描速度50 mV/s下进行差示脉冲伏安扫描，得到不同的L-半胱氨酸电聚合量的Pt/L-半胱氨酸修饰的玻碳电极在10_4mol/L的亚硝酸根溶液中的差示脉冲伏安图；采用origins. 0软件作图，得到不同电聚合L-半胱氨酸的圈数与电流响应的关系图，见图2。由图2可知电聚合10圈电流响应最好。五、钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极中钼纳米粒子的电沉积量的优化。按本发明的方法制备钼/L-半胱氨酸修饰玻碳电极，保持电聚合L-半胱氨酸的量不变，即均电聚合10圈，只改变电沉积的钼纳米粒子的量分别为电沉积2圈、5圈、10圈、 20圈和25圈，将制备的钼/L-半胱氨酸修饰玻碳电极插入含有IX 10_4mol/L的亚硝酸根的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，缓冲溶液的浓度为0. lmol/L, pH值为3. 0。并采用以L-半胱氨酸修饰玻碳电极为工作电极、以钼为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系在 0.45 1.1V电位范围内，扫描速度50 mV/s下进行差示脉冲伏安扫描，得到不同的钼纳米粒子电沉积量的Pt/L-半胱氨酸修饰的玻碳电极在10_4mol/L的亚硝酸根溶液中的差示脉冲伏安图；采用origins. 0软件作图，得到不同电沉积钼纳米粒子的圈数与电流响应的关系图，见图3。由图3可知电沉积10圈电流响应最好。六、检测亚硝酸根时所用的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液的pH值的优化。
将以最优的量(即电聚合L-半胱氨酸10圈，电沉积钼纳米粒子10圈)得到的钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极插入含有1 X 10_3mol/L的亚硝酸钠的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，缓冲溶液的浓度为0. lmol/L, pH值分别为1. 5，2. 5，3. 0，3. 5，4. 0，4. 5，5. 0，6. 0。并采用以Pt/L-半胱氨酸修饰玻碳电极为工作电极、以钼为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系在0.45 1.1V电位范围内，扫描速度50 mV/s下进行差示脉冲伏安扫描，采用 origins. 0软件作图，得到峰电流与不同pH值的关系图(见图4a)及峰电位与不同pH值的关系图(见图4b)。由图4可知在pH值为1. 5-3. 0时，随pH的升高，电流响应逐步提高，电位值较小；在PH值大于3. 0时，电流响应减小，电位稍正移，由此可知最优pH值为3. 0。七、钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极对亚硝酸根检测的机理
由于L-半胱氨酸的等电点为pH值6. 0，在检测的最优pH值3. 0下，氨基质子化带了正电荷，可以吸引负电荷的物质如亚硝酸根，从而促进电子传递，提高电流响应。而钼纳米粒子具有良好的催化作用，两者共同作用，进一步增加了对亚硝酸根的电流响应。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种修饰玻碳电极，其特征在于所述修饰玻碳电极为L-半胱氨酸修饰玻碳电极或钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极。
2.—种修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于所述L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备方法如下1)、将玻碳电极处理成裸玻碳电极；2)、将步骤1)得到的裸玻碳电极吹干，插入盛有含铁氰化钾的电解质溶液中，在以裸玻碳电极为工作电极的三电极体系中进行循环伏安扫描，所得循环伏安图中峰电位差在64mV -80 mV，并尽可能接近64 mV，得到处理后的玻碳电极；3 )、将步骤2 )得到的处理后的玻碳电极置于含有L-半胱氨酸的酸性的NaH2PO4-Na2HPO4 缓冲溶液中，以循环伏安法进行电聚合，将聚合了 L-半胱氨酸的处理后的玻碳电极洗净晾干后得到L-半胱氨酸修饰玻碳电极。
3.根据权利要求2所述的修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于步骤3)中所述电聚合的条件是扫描速度100 mV/s,电位-0. 6V-2. 0V,电聚合圈数为10-20圈；所述 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液的pH值为6. 0。
4.根据权利要求3所述的修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于步骤3)中所述电聚合的圈数为10圈。
5.一种修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于所述钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备方法如下a)、将玻碳电极处理成裸玻碳电极；b)、将步骤a)得到的裸玻碳电极吹干，插入盛有含铁氰化钾的电解质溶液中，在以裸玻碳电极为工作电极的三电极体系中进行循环伏安扫描，所得循环伏安图中峰电位差在64mV -80 mV，并尽可能接近64 mV，得到处理后的玻碳电极；C)、将步骤b)得到的处理后的玻碳电极置于含有L-半胱氨酸的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，以循环伏安法进行电聚合，将聚合了 L-半胱氨酸的处理后的玻碳电极洗净晾干后得到L-半胱氨酸修饰玻碳电极；d)、将步骤c)得到的L-半胱氨酸修饰玻碳电极置于含有氯钼酸的硫酸溶液中，以循环伏安法进行电沉积，将沉积了钼的L-半胱氨酸修饰玻碳电极洗净晾干后得到钼/ L-半胱氨酸修饰玻碳电极。
6.根据权利要求5所述的修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于步骤d)中所述电沉积的条件是扫描速度50 mV/s,电位0. 4V- -0. 25V，电沉积圈数为10-15圈。
7.根据权利要求6所述的修饰玻碳电极的制备方法，其特征在于步骤d)中所述电沉积的圈数为10圈。
8.权利要求1所述的修饰玻碳电极在检测亚硝酸根中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于所述应用的方法如下将修饰玻碳电极置于含有亚硝酸根的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，在以修饰玻碳电极为工作电极的三电极体系中进行循环伏安扫描，其中所述缓冲溶液的PH值为2. 5-4. 0。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于所述缓冲溶液的pH值为3.0。
全文摘要
本发明提供一种修饰玻碳电极，为L-半胱氨酸修饰玻碳电极或铂/L-半胱氨酸修饰玻碳电极。L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备方法为先将玻碳电极处理成裸玻碳电极；再将其吹干，插入电解质溶液中进行循环伏安扫描，得到处理后的玻碳电极；将处理后的玻碳电极置于含有L-半胱氨酸的缓冲溶液中进行电聚合，洗净晾干后得到L-半胱氨酸修饰玻碳电极。将L-半胱氨酸修饰玻碳电极置于含有氯铂酸的硫酸溶液中进行电沉积，洗净晾干后得到铂/L-半胱氨酸修饰玻碳电极。本发明还提供该修饰玻碳电极在检测亚硝酸根中的应用。本发明能够促进电子转移。增加了电流响应。修饰方法简便，操作简单且响应性好，适用于亚硝酸根的检测。
文档编号G01N27/48GK102507684SQ201110338020
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者卢小泉, 周喜斌, 张学凤, 权妍丽, 薛中华 申请人:西北师范大学