CN108760844B - 一种检测谷胱甘肽的光致电化学传感器制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于分析化学与光致电化学传感器领域,具体为一种检测谷胱甘肽的光致电化学传感器制备方法及应用。另外,本发明还涉及采用制备的光致电化学传感器测定谷胱甘肽的方法。用nano SnSe和nano HTLC复合材料修饰碳糊电极,构建光致电化学传感器,当谷胱甘肽存在时,传感器的光致电化学信号发生变化,据此实现对谷胱甘肽的测定。方法具有简单、灵敏度高的优势。
Description
技术领域
本发明属于分析化学与光致电化学传感器领域,具体为一种检测谷胱甘肽的光致电化学传感器制备方法及应用。另外,本发明还涉及采用所述的光致电化学传感器测定谷胱甘肽的方法。
背景技术
光致电化学(PEC),是光致电化学活性物质在光的激发作用下,电子受光激发,电子从基态跃迁到激发态,从材料的表面逸出,从而导致在物质表面的电荷转移现象。谷胱甘肽(glutathione,GSH)是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合,含有巯基的三肽,具有抗氧化作用和整合解毒等作用。谷胱甘肽广泛存在于动、植物中。在面包酵母、小麦胚芽和动物肝脏中的含量很高。谷胱甘肽还被添加于饲料中用于提高产量。现有测定谷胱甘肽的方法有分光光度法[范以辉,惠焕强.浅谈分光光度法和分光光度计的原理及其应用[J].计量与测试技术, 2006,33(12):11-12];荧光法[牛淑妍,南春彩,胡志强.Hg2+淬灭磺酰胺荧光法检测谷胱甘肽[J].青岛科技大学学报(自然科学版),2011,32(4):372-378];电化学法[王建国,吕慧,孙巧花,等.电化学测定谷胱甘肽方法的研究[J].化学学报,2009,67(5):415-419]等。这些方法各有其优点,能不同程度的满足对谷胱甘肽的检测要求,但这些方法各有其缺点。所以必须发展一种灵敏度高、简单的新型检测方法。
发明内容
鉴于现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种检测谷胱甘肽的光致电化学传感器制备方法及应用,以及提供一种采用所述的光致电化学传感器测定谷胱甘肽的方法。
本发明的目的是这样实现的:通过超声剥离法制备纳米类水滑石,水热法制备SnSe,用 nano SnSe/HTLC复合材料修饰碳糊电极,对制备nano HTLCs的超声反应时间、nano SnSe 与nano HTLCs混合比例、nano SnSe/HTLCs纳米复合材料用量以及溶液pH等一系列实验条件进行了考察优化,在最优的条件下对谷胱甘肽进行了测定。包括如下步骤:
(1)硒化锡制备及剥离
a.制备:取二氯化锡(SnCl2﹒2H2O)与固体锡粉(Se)于烧杯中,用量筒量取5mL~100mL乙二醇倒入烧杯中,再量取2mL~50mL的乙二胺倒入烧杯中,并搅拌5到60分钟,然后将其倒入反应釜中,放入80℃~280℃的烘箱中,2到48小时后取出,得硒化锡(SnSe);
b.剥离:将制备好的SnSe溶液与N,N-二甲基甲酰胺(DMF),按照体积比为0.2:1~2:1 混合后超声0.5到24小时;将超声后的溶液取出后离心,并用无水乙醇洗涤3次,得剥离SnSe,即nano SnSe,然后加入去离子水分散,备用。
(2)类水滑石的剥离
a.制备。按Mg-Al的摩尔比为3:1将AlCl3·6H2O和MgCl2·6H2O制备成阳离子总浓度为10mmol/L的300mL混合盐溶液,使用微波反应器在1200W微波下升温至95℃,然后加入14.5mL氨水,在95℃下维持反应5到90分钟。反应结束后,冷却至室温,4℃下老化24小时,得类水滑石。
b.剥离。然后,将老化处理后的类水滑石(HTLCs)分散于盛有1mL~24mL DMF的离心管中,搅拌10分钟,然后超声震荡0.5到24小时,将HTLCs进行剥离得到剥离后的类水滑石,即nano HTLCs,其后将所得的nano HTLCs在转速15000r/min条件下离心30分钟,然后分散于去离子水中,放在4℃条件下保存备用。
(3)光致电化学传感器的构建
a.碳糊电极的制备:按碳粉和石蜡质量比为3:1称取碳粉和石蜡,并混合于研钵中研磨均匀,套袋密封,置于80℃烘箱中,加热30min后取出,研磨均匀,如此反复操作三次直至该混合物混合均匀。将玻璃管截取至10cm到12cm长度,两端磨平,将碳粉和石蜡的混合物装入玻璃管中,装至1cm到2cm位置时将铜丝放入,并继续将碳粉和石蜡的混合物装入玻璃管直至距顶端2cm位置,挤压。将制备的电极底端在平滑的白纸上磨平,备用。
b.光致电化学传感器的构建:将制备好的碳糊电极用二次蒸馏水冲洗干净,吹干电极表面,备用;取nano SnSe和nano HTLC,即nano SnSe/HTLC复合材料滴涂在碳糊电极表面,得nano SnSe/HTLC复合材料修饰碳糊电极,即nano SnSe/HTLC/CPE,置于避光处自然晾干,从而制得光致电化学传感器。
(4)光致电化学检测
一种检测谷胱甘肽的光致电化学传感器制备方法及应用,当将光致电化学传感器***磷酸缓冲溶液中,进行光致电化学测试,得光致电化学信号I0;当光致电化学传感器***含一定浓度的谷胱甘肽的磷酸缓冲溶液中时,进行光致电化学检测,得光致电化学信号I,以I-I0为分析信号,进行谷胱甘肽的测定。
由于上述方法制备的光致电化学传感器可以检测谷胱甘肽,因此,本发明提供了上述的光致电化学传感器在检测谷胱甘肽含量中的应用。
与现有技术相比,本发明涉及的光致电化学传感器具有如下优点和显著地进步:纳米类水滑石提供相对大的比表面积用于和纳米SnSe形成纳米尺度的复合材料,使光致电化学信号得以增强,使得本发明设计的光致电化学传感器具有高灵敏度。因此,本发明涉及的一种检测谷胱甘肽的nano SnSe/HTLC修饰电极光致电化学传感器制备方法及应用有良好的发展前景。
附图说明
图1透射电镜图。(A)nano SnSe,标尺为200nm;(B)nano HTLC,标尺为100nm。
图2nano SnSe/HTLC/CPE对谷胱甘肽的响应。(A)磷酸缓冲溶液;(B)含谷胱甘肽的磷酸缓冲溶液。
图3不同电极在含谷胱甘肽的磷酸缓冲溶液中的光致电化学信号。
图4nano SnSe与nano HTLCs混合比例优化。
图5nano SnSe/HTLCs纳米复合材料用量优化。
图6光电信号与谷胱甘肽浓度关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明,但不构成对发明的进一步限制。
实施例1
(1)硒化锡制备及剥离
a.制备:取0.6769g二氯化锡(SnCl2﹒2H2O)与0.2368g固体锡粉(Se)于烧杯中,用量筒量取48mL乙二醇倒入烧杯中,再量取12mL乙二胺倒入烧杯中,并搅拌30分钟,然后将其倒入反应釜中,放入160℃的烘箱中,12小时后取出得硒化锡(SnSe);
b.剥离:将制备好的SnSe溶液与N,N-二甲基甲酰胺(DMF),按照体积比为1:1混合后置于离心管中超声2小时;将超声后的溶液取出后离心,并用无水乙醇洗涤3次,然后加入去离子水分散形成2mg/mL的溶液,备用。
(2)类水滑石的剥离
a.制备。按Mg-Al的摩尔比为3:1将AlCl3·6H2O和MgCl2·6H2O制备成阳离子总浓度为10mmol/L的300mL混合盐溶液,使用微波反应器加热,在1200W微波下升温至95℃,然后加入14.5mL氨水,在95℃下维持反应30分钟。反应结束后,冷却至室温,4℃下老化24小时,得类水滑石。
b.剥离。然后,将老化处理后的类水滑石(HTLCs)分散于盛有4mL DMF的离心管中,搅拌10分钟,然后超声震荡4个小时,将HTLCs进行剥离得到剥离后的nano HTLCs,其后将所得的nano HTLCs在转速15000转/分钟条件下离心30分钟,然后分散于去离子水中,形成浓度为2mg/mL的溶液。放在4℃条件下保存备用。对制备的nano SnSe与nano HTLCs 进行了形貌表征,如图1所示。
(3)光致电化学传感器的构建
a.碳糊电极的制备:称取9g碳粉、3g石蜡混合于研钵中研磨均匀,套袋密封,置于烘箱中,80℃下加热30min后取出,研磨均匀,如此反复操作三次直至该混合物混合均匀。将玻璃管截取至10cm到12cm长度,两端磨平,将碳粉和石蜡的混合物装入玻璃管中,装至 1cm到2cm位置时将铜丝放入,并继续将碳粉和石蜡的混合物装入玻璃管直至距顶端约2cm 位置,挤压。将制备的电极底端在平滑的白纸上磨平,备用。
b.光致电化学传感器的构建:将制备好的碳糊电极用二次蒸馏水冲洗干净,吹干电极表面,备用;取nano SnSe/HTLC复合材料溶液滴涂在碳糊电极表面,得nano SnSe/HTLC复合材料修饰碳糊电极,即传感器nano SnSe/HTLC/CPE,置于避光处自然晾干,从而制得光致电化学传感器。
(4)光致电化学传感器检测谷胱甘肽
当将光致电化学传感器***磷酸缓冲溶液中,进行光致电化学测试,得光致电化学信号 I0;当光致电化学传感器***含一定浓度的谷胱甘肽的磷酸缓冲溶液中时,进行光致电化学检测,得光致电化学信号I,以I-I0为分析信号,进行谷胱甘肽的测定。nano SnSe/HTLC/CPE 对谷胱甘肽的响应,如图2所示。对不同材料修饰电极的光致电化学信号进行了考察,结果如图3所示,表明nano SnSe/HTLC/CPE对谷胱甘肽具有良好的响应。
实施例2 电位优化
制备的光致化学传感器会因为电极电位的不同来改变自身的电子传递***,从而对光致电化学信号测定产生一定的影响。分别在-0.1V、0.0V、0.1V、0.2V不同工作电位下测定光致电化学信号。实验结果显示,随着电极电位的增大,光致电化学信号值呈升高趋势。但是随着电位的升高,在电位为0.2V时,峰形较差。在电极电位为0.1V下测定时,光致电化学信号值较大且峰形相对较好便于读数,所以最终选择的电极电位为0.1V。
实施例3 pH优化
将电极分别在含10-6M的谷胱甘肽的溶液中,pH为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0条件下测定光致电化学信号。实验结果显示,在电位0.1V条件下,在不同pH条件下测定的光致电化学信号响应。可以看出,在pH在6.0-7.0时信号增大,在pH为7.0左右达到最大值,而在7.0-8.0区间则呈现下降趋势。所以选择检测介质的pH为7.0。
实施例4 nano SnSe与nano HTLCs混合比例优化
当nano SnSe与nano HTLCs两者的比例不同时,呈现出不同的光致电化学信号,本发明***研究了不同比例的复合材料的光致电化学信号。对于nano HTLCs与nano SnSe浓度比为5:5、5:4、5:3、5:2、5:1的复合材料修饰电极,以光致电化学方法为检测手段,对谷胱甘肽进行检测。实验结果如图4所示,当nanoHTLCs:nano SnSe从5:5到5:2变化时,即复合材料中含有的SnSe逐渐降低时,其光致电化学信号逐渐增加,而当比例为5:1时其信号反而较5:2时有所降低,即当两者比例在5:2时,体系的光致电化学信号最大,因此实验选取5:2 的纳米复合材料进行后续的实验。
实施例5 nano SnSe/nano HTLCs用量的优化
取20μL、30μL、40μL、50μL、60μL的nano SnSe/nano HTLCs混合液滴涂在碳糊电极上,测定光致电化学信号。图5为nano SnSe/nano HTLCs不同用量情况下的光致电化学信号。可以看出,在nano SnSe/nano HTLCs用量从20μL到40μL变化时信号增大明显,在nanoSnSe/nano HTLCs用量从40μL到60μL变化时,信号呈现下降趋势。当nano SnSe/nano HTLCs用量为40μL时光致电化学信号最大。选择nano SnSe/nano HTLCs用量为40μL。
实施例6 方法灵敏度实验
考察了方法测定的灵敏度和线性范围等分析特性。在优选的试验条件下,目标物谷胱甘肽的浓度在1.0×10-9M到1.0×10-4M范围内与光电信号成一定的函数关系式(图6)。函数关系式为:ΔI=857.84+89.1571C(ΔI是光电信号差,nA;C是谷胱甘肽的浓度,nM),线性相关系数R=0.99587,检出限是3.0×10-10M(3σ)。
实施例7 实际样品中谷胱甘肽含量的测定
使用建立的方法测定了从市场购买的饲料中谷胱甘肽的含量。测得的谷胱甘肽的浓度如表1所示。并通过回收实验考察了方法的准确度与精密度,回收率在99.5%-104.5%之间。
表1实际样品中谷胱甘肽含量的测定结果
编号 | 含量 | 标准加入量<sup>a</sup> | 测得量<sup>a</sup> | 相对标准偏差 | 回收率 |
1 | 2.32 | 2.00 | 4.41 | 4.3% | 104.5% |
2 | 3.17 | 3.00 | 6.19 | 3.8% | 100.7% |
3 | 3.50 | 4.00 | 7.48 | 3.7% | 99.5% |
4 | 4.82 | 5.00 | 9.80 | 3.2% | 99.6% |
a单位:μM
Claims (3)
1.一种检测谷胱甘肽的光致电化学传感器制备方法;用nano SnSe/HTLCs复合材料修饰碳糊电极,构建光致电化学传感器,当谷胱甘肽存在时,传感器的光致电化学信号发生变化,据此实现对谷胱甘肽的测定;包括如下步骤:
(1)硒化锡制备及剥离
a.制备:取二氯化锡(SnCl2﹒2H2O)与固体锡粉(Se)于烧杯中,用量筒量取5mL~100ml乙二醇倒入烧杯中,再量取2mL~50mL的乙二胺倒入烧杯中,并搅拌5到60分钟,然后将其倒入反应釜中,放入80℃~280℃的烘箱中,2到48小时后取出得硒化锡;
b.剥离:将制备好的SnSe溶液与N,N-二甲基甲酰胺,按照体积比为0.2:1~2:1混合后置于离心管中超声0.5到24小时;将超声后的溶液取出后离心,并用无水乙醇洗涤3次,得nano SnSe,然后加入去离子水分散,备用;
(2)类水滑石制备及剥离
a.制备:按Mg-Al的摩尔比为3:1将AlCl3·6H2O和MgCl2·6H2O制备成阳离子总浓度为10mmol/L的300mL混合盐溶液,使用微波反应器加热,在1200W微波下升温至95℃,然后加入14.5mL氨水,在95℃下维持反应5到90分钟;反应结束后,冷却至室温,4℃下老化24小时,得类水滑石;
b.剥离:将老化处理后的类水滑石(HTLCs)分散于盛有1到24mL DMF的离心管中,搅拌10分钟,然后超声震荡0.5到24小时,将HTLCs进行剥离得到剥离后的nano HTLCs,其后将所得的nano HTLCs在转速15000r/min条件下离心30分钟,然后分散于去离子水中,放在4℃条件下保存备用;
(3)光致电化学传感器的构建
a.碳糊电极的制备:按碳粉和石蜡质量比为3:1称取碳粉和石蜡,并混合于研钵中研磨均匀,套袋密封,置于烘箱中,80℃下加热30min后取出,研磨均匀,如此反复操作三次直至碳粉和石蜡的混合物混合均匀;将玻璃管截取至10cm到12cm长度,两端磨平,将碳粉和石蜡的混合物装入玻璃管中,装至1cm到2cm位置时将铜丝放入,并继续将碳粉和石蜡的混合物装入玻璃管直至距顶端2cm位置,挤压;将制备的电极底端在平滑的白纸上磨平,备用;
b.光致电化学传感器的构建:将制备好的碳糊电极用二次蒸馏水冲洗干净,吹干电极表面,备用;取nano SnSe和nano HTLC,即nano SnSe/HTLC复合材料滴涂在碳糊电极表面,得nano SnSe/HTLC复合材料修饰碳糊电极,即nano SnSe/HTLC/CPE,置于避光处自然晾干,从而制得光致电化学传感器。
2.根据权利要求1所述的一种检测谷胱甘肽的光致电化学传感器制备方法,当将光致电化学传感器***磷酸缓冲溶液中,进行光致电化学测试,得光致电化学信号I0;当光致电化学传感器***含一定浓度的谷胱甘肽的磷酸缓冲溶液中时,进行光致电化学检测,得光致电化学信号I,以I-I0为分析信号,进行谷胱甘肽的测定。
3.根据权利要求1所述的一种检测谷胱甘肽的光致电化学传感器制备方法,利用所制备的光致电化学传感器进行实际样品中谷胱甘肽含量的测定。
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