羧基化碳纳米管-DMF-纳米金修饰电极测定尿酸.pdf

（商洛学院 化学工程与现代材料学院/陕西省尾矿资源综合利用重点实验室，陕西商洛 726000）羧基化碳纳米管-DMF-纳米金修饰电极测定尿酸樊雪梅，刘萍，张舒淇尿酸（2,6,8-三羟基嘌呤，分子式 C5H4N4O3）是嘌呤代谢的终产物，生物体内尿酸的含量和肾脏排泄功能密切相关，大部分尿酸（约 75%）都经过肾脏排泄1-2。当人体产生痛风、白血病、尿毒症收稿日期：2023-02-07基金项目：国家大学生创新创业训练计划项目（S202111396023）作者简介：樊雪梅，女，陕西富平人，博士，教授doi:10.13440/j.slxy.1674-0033.2023.04.009第 37 卷 第 4 期23 年 8 月商洛学院学报 Vol37 4Aug.23?摘 要：通过循环伏安法研究了羧基化碳纳米管修饰电极对尿酸的电化学催化作用，将c-MWCNT/DMF/AuNPs固定于玻碳电极研究尿酸的电化学性质，建立了循环伏安法测定尿酸的检测方法。结果表明，修饰电极对尿酸的氧化有明显的催化作用，c-MWCNT/DMF/AuNPs固定的玻碳电极的循环伏安曲线在0.19 V和0.22 V出现一对氧化还原峰，与其在裸玻碳电极上的电化学行为相比，氧化峰峰电流显著增加，表明碳纳米管和纳米金产生协同增效作用。在最优试验条件下，峰电流与尿酸浓度在1.9810-71.1810-4mol/L呈良好线性关系，检出限为1.410-8mol/L。关键词：循环伏安法；羧基化碳纳米管；尿酸中图分类号：O657.1文献标识码：文章编号：1674-0033(2023)0-0054-05引用格式：樊雪梅，刘萍，张舒淇.羧基化碳纳米管-DMF-纳米金修饰电极测定尿酸J.商洛学院学报,2023,37(4):54-58.Determination of Uric Acid by c-MWCNT/DMF/AuNPsModified ElectrodeFAN Xue-mei,LIU Ping,Shu-qi(College of Chemical Engineering and Modern Materials/Shaanxi Key Laboratory of ComprehensiveUtilization of Tailings Resources,Shangluo University,Shangluo 726000,Shaanxi)Abstract:The electrochemical catalytic effect of carboxylated carbon nanotubes modified electrode on uricacid was studied by cyclic voltammetry.The electrochemical properties of uric acid were studied by fixingc-MWCNT/DMF/AuNPs solution on glassy carbon electrode.A cyclic voltammetry method was establishedfor the determination of uric acid.The results showed that the modified electrode had an obvious catalyticeffect on the oxidation of uric acid.The cyclic voltammetric curve of c-MWCNT/DMF/AuNPs fixed glassycarbon electrode had a pair of REDOX peaks at 0.19 V and 0.22 V.Compared with the electrochemicalbehavior on the bare glassy carbon electrode,the oxidation peak current increases significantly.The resultsshowed that carbon nanotubes and gold nanoparticles have synergistic effect.Under the optimalexperimental conditions,there was a good linear relationship between the peak current and uric acidconcentration in 1.9810-71.1810-4mol/L,and the detection limit was 1.410-8mol/L.Key words：cyclic voltammetry;carbon nanotube;Uric acid及心血管疾病时，血液中尿酸含量会显著升高3-5。已有文献报道检测尿酸的方法有光谱法6-7、液相色谱法8-10、电化学法11-13等，其中电化学方法具有灵敏度高、检出限低、操作简便、成本低廉的优点。碳纳米管有独特的空间结构、优良的导电性和催化活性，已成为化学修饰电极和电化学传感器等领域的研究热点14-15。体液中尿酸的测定常受到与之共存的物质如多巴胺的干扰，因此，建立一种选择性测定尿酸的高灵敏的分析方法就显得尤为重要。本文将羧基化的多壁碳纳米管分散在 N,N二甲基甲酰胺（DMF）溶液中，得到了均匀多壁碳纳米管分散液，利用碳纳米管和纳米金的协同效应，将 c-MWCNT/DMF/AuNPs 修饰在玻碳电极表面，形成稳定的修饰层，制备得到修饰电极。利用羧基化碳纳米管的导电性和纳米金的协同作用改善电极的导电性，从而增强电化学响应信号、提高检测灵敏度，在最优条件下建立电化学直接法检测尿酸的分析方法。1材料与方法1.1试剂及仪器主要试剂包括尿酸、浓硫酸、氯化钾、亚铁氰化钾、磷酸二氢钠、磷酸氢二钾、氯金酸、柠檬酸钠、N-N-二甲基甲酰胺（DMF），所用试剂均为分析纯；羧基化碳纳米管（c-MWCNT）购于中国科学院成都有机化学有限公司；所用超纯水由PT-RO-10L 超纯水设备提供。主要仪器包括电化学工作站（德国 Zahner）、超声清洗机（宁波海曙五方超声设备有限公司）、电子天平（赛多利斯科学仪器有限公司）。1.2纳米金的制备采用柠檬酸钠法制备纳米金（AuNPs）。取250 mL 锥形瓶，加入 100 mL 0.01%氯金酸溶液，在磁力拌加热器上加热，煮沸后，加入2.75 mL 1%柠檬酸钠溶液，继续搅拌，煮沸 12 min，颜色由紫红色变为酒红色，停止加热，自然冷却至室温，转移至 100 mL 容量瓶中，4 保存。1.3 c-MWCNT/DMF/AuNPs修饰电极的制备玻碳电极处理：用 0.05 m 的 Al2O3粉磨成镜面，然后分别用 1：1 的硝酸，丙酮将玻碳电极（直径 2 mm）在 0.05 m 三氧化二铝抛光粉上打磨光亮（约 30 min），依次分别在 1：1 硝酸，1：1乙醇，超纯水中超声 35 min，干燥后，对5 mmol/L 亚铁氰化钾溶液在电压0.20.8 V，扫描速率 100 mV/s 下进行循环伏安扫描，以此来检验电极是否打磨好，图 为裸玻碳电极在5 mmol/L K4Fe(CN)6溶液的循环伏安图，说明电极处理良好，即可进行试验。修饰电极的制备：准确称取 c-MWCNT 5 mg溶于 5 mL 的 DMF 中，超声分散得到 1 mg/mL 的c-MWCNT-DMF分散液。将得到的c-MWCNT-DMF与 AuNPs 以 1:1 体 积 比 混 合,即 得 到c-MWCNT-DMF-AuNPs 混合液。按下列方法制备得到三种修饰电极：取 10 L 的c-MWCNT/DMF于玻碳电极表面，自然晾干后得到c-MWCNT/DMF修 饰 电 极。再 取 5 L 的 c-MWCNT/DMF分散液于玻碳电极表面，自然晾干后滴加5 L的 AuNPs 得到修饰电极。最后，取 10 L 的c-MWCNT-DMF-AuNPs 混合液于玻碳电极表面，自然晾干后得到c-MWCNT/DMF/AuNPs 修饰电极。采用三电极体系。以 c-MWCNT/DMF/AuNPs修饰电极为工作电极，Ag/AgCl 电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极。在电压0.31.0 V，扫描速度100mV/s下，依次用循环伏安法对尿酸进行测量。2结果与讨论2.1尿酸在不同电极上的电化学行为采用循环伏安法以 100 mV/s 的扫描速率在0.31.0 V 电压范围内进行扫描，考察了不同修饰电极在尿酸的 PBS（pH=7.4）缓冲溶液中的电化学行为，图 2 为尿酸在不同修饰电极下的循环伏安图，曲线 a 为裸玻碳电极，曲线 b 为c-MWCNT/DMF 修饰玻碳电极，曲线 c 为在c-MWCNT/DMF 已经修饰玻碳电极的基础上再次涂滴 AuNPS 制备得到的c-MWCNT/DMF/AuNPs修饰玻碳电极，曲线 d 为一次性混合涂滴得到的c-MWCNT/DMF/AuNPs 修饰玻碳电极。以尿酸浓度为 3.310-6mol/L 进行循环伏安扫描。从图 2中可以看出，在裸玻碳电极上很难看到氧化还原峰，涂滴 c-MWCNT/DMF 后峰值变大，峰对称较明显，继续涂滴纳米金后氧化还原峰变小，但将图1玻碳电极在5 mmol/L K4Fe(CN)6溶液的循环伏安图电压/6040200-20-40-60电流 A-0.200.20.40.60.8樊雪梅，刘萍，张舒淇：羧基化碳纳米管-DMF-纳米金修饰电极测定尿酸55第 4 期c-MWCNT/DMF/AuNPs 混合溶液一次涂滴得到的修饰电极的氧化还原峰分别位于 0.19 V 和0.22 V，峰高分别为 8.15 A 和9.06 A，可明显看出峰行尖锐对称。因此，后续试验采用一次性涂滴 c-MWCNT/DMF/AuNPs 混合溶液的方式修饰电极来测定尿酸。2.2电化学阻抗谱在 Fe(CN)63-/4-中，采用电化学方法考察了修饰前后玻碳电极上 EIS 的变化，结果见图3。由图 3 可知，c-MWCNT/DMF/AuNPs 修饰电极相比裸玻碳电极上产生的阻抗值显著下降，这说明 c-MWCNT/DMF/AuNPs 复合膜具有良好的导电性，促进了电极表面电子转移的速率。2.3电压扫描速度的影响研究 20300 mV/s 范围内不同扫速下的循环伏安图，如图 4 所示。从图 （a）可见，随着扫速的增大，尿酸的氧化峰峰电流和还原峰峰电流均增大，氧化峰峰电位略微正移，还原峰峰电位略微负移。图 4（b）为氧化峰峰电流与扫速的关系，可知氧化峰峰电流与扫速呈良好的线性关系，线性方程为 I=0.03011v+0.26071（r=0.999），说明尿酸在修饰电极上的氧化还原过程是一个表面吸附控制过程。当扫描速度过高时，充电电流变得很大，伏安曲线变形扭曲，不利于峰电流的稳定。因此，为获得较大峰电流的同时又要防止充电电流过大，最优扫描速度选为 100 mV/s。图4不同扫速下的循环伏安图图2不同修饰电极的循环伏安图电压/1050-5-10-15-20电流 A-0.300.30.60.91.2a：祼玻碳电级b：c-MWCNT/DMF 修饰电极c：c-/us 修饰电极d：c-MWCNT/DMFus 修饰电极电压/（a）不同扫速对尿酸的峰电流的影响扫描速率/（mV/s）（b）尿酸氧化峰峰电流与扫速的关系1050-5-10-15电流 A-0.300.30.60.91086420电流 A050100150200250300图3 GCE和c-MWCNT/DMF/AuNPs/GCE在10mmol/LK4Fe(CN)6中的阻抗图阻抗实部/ohm250200150100500阻抗虚部ohm0100200300400500祼玻碳电级c-/us2.4 pH的影响其它条件相同下，缓冲溶液 PBS（Na2HPO4-KH2PO4）的 pH 值显著地影响着尿酸在修饰电极上的电流响应强度，结果如图 5，其中尿酸浓 度 为 1.18 10-5mol/L，pH 值 范 围 为 5.8 8.0。由图 5 可知，pH 从 5.8 上升到 7.0 时，氧化峰峰电流逐渐增大，pH 从 7.0 到 8.0 时氧化峰峰电流逐渐下降。峰电流值先增大后减小，在 pH 为 7.0 处取得最大值，随着 pH 值逐渐升高，氧化峰峰电位随之负移，这可能是质子参与了尿酸的电极反应。为获得较高的峰电流，提高检测灵敏度，后续试验取缓冲溶液23 年 8 月商洛学院学报56PBS 的 pH 为 7.0。2.5标准曲线的建立配制一系列标准溶液，在最佳优化条件下通过循环伏安法，测定不同浓度尿酸溶液的氧化峰峰电流，结果见图 6。由图 6（a）可知，氧化峰峰电流随着尿酸浓度的增加而升高。图 6（b）显示了尿酸浓度为 1.9810-71.1810-4mol/L 和氧化峰峰电流呈线性关系，线性方程为 Ip=10.48168c+3.46147，相关系数r=0.9975。2.6实际样品的测定取 0.5 mL 尿液试样于容量瓶中，定容至刻度。将该溶液稀释 10 倍后作为测试样品，按优化条件下进行测定，并进行加标回收试验，测定结果见表 1。加标回收率为 95.67%107.02%，说明该方法可用于实际样品的测定。样品测定值/（10-6mol/L）加入值/（10-6mol/L）总测定值/（10-6mol/L）相对标准偏差/%回收率/%12342.411.982.362.622.02.02.02.04.724.034.504.423.12.44.22.6107.02101.12103.2195.67图5 pH对尿酸氧化峰 峰电流的影响4.24.03.83.63.43.23.0电流A5.56.06.57.07.58.0pH图6不同浓度尿酸的循环伏安图表1样品测定及回收率电流A80-8-16-24a:1.98mol/Lb:1.18mol/Lc:.mol/Ld:.mol/Le:.mol/L电压/（a）不同浓度尿酸的循环伏安图0.300.30.60.9尿酸浓度/（mol/L）（b）氧化峰峰电流与扫速的关系00406080100120电流A4.84.64.44.24.03.83.63.43结论本文利用碳纳米管和纳米金的协同效应，将 c-MWCNT/DMF/AuNPs 修饰在玻碳电极表面形成稳定的修饰层，制备修饰电极。充分利用羧基化碳纳米管的导电性和纳米金的协同作用，大大改善了电极的导电性，进一步提高了测量的灵敏度，建立了具有操作简单、测定快速特点的，用于尿酸检测的电化学传感方法。本研究发现，该传感器检测尿酸的线性范围为1.9810-71.1810-4mol/L，线性回归方程为Ip=10.48168c+3.46147，相关系数 r=0.9975，检出限为 1.410-8mol/L，该法可成功地应用于实际样品尿液中尿酸的测定。参考文献：1 范俊,柏晓松,熊世力.高尿酸血症患者 URAT1 基因rs524023 位点多态性检测及临床意义J.海南医学,2023,34(7):987-990.2 史先蕊,周丽娜,杨帆,等.海勤人员高尿酸血症知信行现状调查与对策研究J.中国疗养医学,2023,32(1):84-86.3 夏用恢,李广利,胡长平.电化学分析法检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸研究进展J.中南药学,2022,20(12):2869-2876.樊雪梅，刘萍，张舒淇：羧基化碳纳米管-DMF-纳米金修饰电极测定尿酸57第 4 期（责任编辑：张国春）4 邱萍,黎帆,何田爽.基于掺氮碳点的比率荧光法检测人体血清中的尿酸J.南昌大学学报(理科版),2021,45(4):371-376.5 江民川,赵阳,马芳芳,等.尿酸检测方法的研究进展J.化工科技,2021,29(3):75-79.6 何婧,于海波,王艾琳.基于 Ag-CDs 纳米粒子的比色法和 SERS 方法协同检测尿酸J.吉林大学学报(理学版),2022,60(4):962-969.7 何颖冰,陈燕宏,李鳗亭,等.基于海藻酸钠-银纳米粒比率型探针的尿酸比色法检测研究J.分析测试学报,2023,42(4):456-463.8 刘建群,李红梅,刘亚东,等.N,N,N-三羟基异氰尿酸的反相高效液相检测方法J.应用化工,2022,51(10):3082-3084.9 叶海朋,施燕鹏,邵吉,等.分散液-液微萃取-高效液相色谱法测定尿中苯巯基尿酸J.中国卫生检验杂志,2018,28(6):646-649.10 李广林,韩吉春,王小臣,等.液相色谱-串联质谱法快速检测干血点样品中尿酸J.质谱学报,2018,39(2):250-256.11 汤洪波,周晓燕,王春艳,等.电沉积石墨烯修饰玻碳电极检测尿酸J.青岛科技大学学报(自然科学版),2023,44(1):44-48.12 张飞翔,金葆康.纳米金/硫堇/科琴黑修饰玻碳电极同时检测抗坏血酸和尿酸J.安徽大学学报(自然科学版),2022,46(1):75-82.13 夏用恢,李广利,胡长平.电化学分析法检测抗坏血酸、多巴胺和尿酸研究进展J.中南药学,2022,20(12):2869-2876.14 马如龙,郝茜,梁梦佳,等.制备 MoS2修饰的秸秆碳点纳米酶及对人尿液中尿酸含量的检测J.分析化学,2022,50(4):545-553.15 张娟华,杨莉,吕梦晓,等.铅笔石墨电极上原位生长纳米花氧化铜对多巴胺和尿酸的电化学检测J.浙江师范大学学报(自然科学版),2023,46(1):47-55.参考文献：1韩冬,张建国.基于网络文本分析的城市生产性景观旅游体验研究以杭州八卦田景区为例J.林产工业,2017,44(12):54-58.2闫瑶瑶,郑群明.长城国家公园旅游形象感知研究基于内容分析法和IPA法J.林业经济,2020,42(1):44-50.3韩剑磊,明庆忠,史鹏飞.基于百度指数的中国省域旅游信息流网络结构特征及其影响因素J.陕西师范大学学报(自然科学版),2021,49(6):43-534史达,黄子璇,李飞.多源异构数据融合的旅游规模预测研究J.干旱区资源与环境,2022,36(11):175-182.5戢晓峰,于淼,陈方,等.新冠疫情前后自驾旅游流空间结构特征及影响:以云南省为例J.干旱区资源与环境,2022,36(12):184-190.6龚丽丹,顾秋实,黄羊山,等.国庆长假期间景区客源空间结构特征研究以南京市国内客源市场为例J.湖南师范大学自然科学学报,2021,44(6):18-27,84.7方叶林,黄震方,李经龙,等.中国市域旅游流网络结构空间分异及其效应研究基于携程旅行网的大数据挖掘J.自然资源学报,2022,7(1):70-82.8李君轶,张妍妍.大数据引领游客情感体验研究J.旅游学刊,2017,32(9):8-9.9孙晓涵,李君轶.中国本土游客情感体验量表开发与检验J.干旱区资源与环境,2021,35(1):189-195.10 蒋志平,孙显超,郑文斌.基于移动通信大数据的旅游统计体系构建J.统计与决策,2021(21):5-10.11 郑淞尹,孙传明,谈国新.基于文本挖掘的中外游客文化感知差异以世界遗产地为例J.华侨大学学报(哲学社会科学版),2022(1):64-77.12 房琳.王雪峰,周方舟.游客感知视域下文化旅游景区吸引力研究J.商洛学院学报,2021,35(6):88-96.13 李泓波,邓淑红.基于网络文本分析的商洛旅游目的地形象感知研究J.商洛学院学报,2021,35(2):90-96.（责任编辑：李堆淑）（上接第页）23 年 8 月商洛学院学报58