專利名稱：一種l-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器及其應用。
背景技術：
銅是生物體必需的微量元素之一，對機體的新陳代謝有重要的調(diào)節(jié)作用。在生物 體內(nèi)，銅與蛋白結(jié)合的銅蛋白的形式存在，是許多氧化酶的重要組成成份。缺少銅會影響內(nèi) 分泌作用和一些酶的生理活性，但銅的過量攝入會產(chǎn)生危害。研究表明，血液中銅的含量與 腦血管系統(tǒng)及肝臟的疾病有明顯的相關性。因此，研究靈敏、快速、簡便的痕量銅的分析方 法具有重要的實際意義。目前檢測銅離子的常見方法有熒光法、原子吸收光譜法、比色法、 離子色譜法等，但它們存在著一些缺陷，如熒光法選擇性不高，原子吸收光譜法儀器價格昂 貴且需要專職人員進行操作。因此開發(fā)價格便宜，操作簡單，而靈敏度又較高的銅離子分析 方法具有十分重大的意義。而傳感技術相對于其他檢測方法操作簡單，成本低，備檢測的樣 品不需經(jīng)過預處理可直接測量；電極響應快，需較短時間；電極選擇性、靈敏度和重現(xiàn)性較 好；穩(wěn)定性和抗干擾強，因而具有良好的應用前景。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服上述不足，提供了 一種用于測定銅離子含量的L-半胱氨酸/殼聚 糖修飾的電化學傳感器，該電化學傳感器具有靈敏度高、選擇性好的優(yōu)點。
本發(fā)明還提供了本電化學傳感器的應用，即測定溶液中銅離子的含量。
本發(fā)明是通過以下措施實現(xiàn)的 —種L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器，包括玻碳電極，其特征在于，玻碳
電極表面覆有L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜； 上述電化學傳感器的制備方法包括下列步驟 (l)玻碳電極預處理； (2)將殼聚糖和L-半胱氨酸加入到醋酸溶液中，攪拌使它們充分溶解；
其中，殼聚糖的含量為0. 5 0. 7wt%， L-半胱氨酸的含量為0. 3 0. 5wt% ;
(3)將預處理的玻碳電極浸入步驟(2)所制得的溶液中，室溫下靜置20 40分 鐘，得到L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜； (4)洗去步驟(3)中玻碳電極上多余的L-半胱氨酸和殼聚糖，得到L-半胱氨酸/ 殼聚糖修飾的電化學傳感器。 上述制備方法中，步驟(1)中玻碳電極預處理過程為先用拋光粉對玻碳電極進
行打磨，然后對玻碳電極進行超聲清洗，超聲清洗溫度為25t:，頻率為53KHZ。 上述制備方法中，步驟(2)中醋酸溶液的體積分數(shù)為1% 2%。 —種上述L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器在檢測銅離子中的應用，其電
解液優(yōu)選pH為3. 5 4. 5的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液。圖2為在不同pH條件下Cu2+的峰電
流，測定條件電解液為不同pH的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，Cu"濃度為1. 0X10—iol/L，測
3定方法為循環(huán)伏安法電位掃描范圍-0. 6 0. 8V，掃描速度100mV/s，由圖可以看出，在pH 為4. 2的條件下峰電流響應最好。 殼聚糖是甲殼素的脫乙酰的產(chǎn)物，是具有廣泛用途的天然生物高分子材料，在自 然界中含量豐富，成膜性好，易于修飾到電極表面，不易脫落。本發(fā)明用的殼聚糖脫乙酰度 95%，粘度100 800mpa. s，它作為活性檢測物質(zhì)制備的各種修飾電極，性能優(yōu)越。但是殼 聚糖的選擇性吸附能力不強，制備出的修飾電極缺乏良好的抗干擾性。L-半胱氨酸是一種 常見的氨基酸，而氨基酸是生物體的最基本物質(zhì)，其分子中含有氨基(_NH2)和羧基(-C00H) 兩種官能團，使其能和一些離子發(fā)生螯合作用，氨基酸具有很多獨特的性質(zhì)，尤其是氨基酸 修飾電極在化學分析和生物分析中的應用。研究發(fā)現(xiàn)，利用化學方法將氨基酸修飾到電極 表面，在測定金屬離子、生物分子、有機污染物等方面顯示了其獨特的優(yōu)越性。
本發(fā)明人通過對殼聚糖和L-半胱氨酸的研究，經(jīng)過大量的實驗，得出了采用L-半 胱氨酸和殼聚糖復合起來制備電化學傳感器的思路，制得了 L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電 化學傳感器。該傳感器既克服了殼聚糖對離子的選擇性吸附能力不強的缺點，也彌補了氨 基酸不穩(wěn)定、易脫落的劣勢，充分發(fā)揮了二者各自的優(yōu)勢，增強了對離子的吸附能力。
本發(fā)明的電化學傳感器具有快速、靈敏、抗干擾能力強的優(yōu)點。此外本發(fā)明采用自 然吸附法將活性檢測物質(zhì)L-半胱氨酸和殼聚糖修飾到電極表面，即通過非共價作用將兩 種活性檢測物質(zhì)固定在固體基質(zhì)表面，與共價鍵合單分子層相比，電化學傳感器的制備簡 便、成本低廉。利用本傳感器對銅離子進行檢測，抗干擾能力強，檢測靈敏度提高。
圖1為本發(fā)明電化學傳感器玻碳電極的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、玻碳基底，2、復合 膜，3、電極引線，4、絕緣層。 圖2為本發(fā)明修飾電極在不同pH電解液條件下Cu2+的峰電流。 圖3為實施例1的修飾電極與不同修飾電極測定的Cu2+的循環(huán)伏安曲線。 圖4為在實施例2的修飾電極下不同Cu2+濃度下的峰電流。 圖5為在實施例3的修飾電極下，在共存干擾離子中Cu2+的差分脈沖伏安曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步闡述。
實施例1 本發(fā)明的L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器主要由玻碳電極構(gòu)成，如圖1 所示的玻碳電極主要由玻碳基底1、與玻碳基底相連的電極引線3、絕緣層4構(gòu)成，玻碳基底 3表面吸附有L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜2。
本電化學傳感器的制備方法為 (1)用拋光粉打磨玻碳電極，使其基底表面平整光潔，然后用超聲清洗其表面，超 聲頻率為53KHZ，溫度為25t:，得到預處理的玻碳電極； (2)將1. 0g殼聚糖和0. 6gL_半胱氨酸加入到200ml體積分數(shù)為1 %的醋酸溶液 中，攪拌使它們充分溶解； (3)將預處理的玻碳電極浸入步驟(2)所制得的溶液中，室溫下靜置30分鐘，使殼
4聚糖和L-半胱氨酸溶液吸附到電極基底表面上，形成L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜；
(4)用去離子水清洗浸泡的玻碳電極，去除多余的L-半胱氨酸和殼聚糖，得到 L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器。 用上述制得的電化學傳感器測定銅離子，測定步驟如下將待測Cu"標準溶液盛 于10mL容量瓶中，以乙酸-乙酸鈉緩沖溶液為電解液，放入電解池中，以L-半胱氨酸/殼 聚糖修飾電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極。每次掃描結(jié)束， 將三電極置于空白底液中循環(huán)掃描至無峰，用二次蒸餾水沖洗，濾紙吸干后即可進行下一 次掃描，這樣可保持電極良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，實驗均在室溫下進行。
圖3為在不同修飾電極下Cu"的循環(huán)伏安曲線。測定條件電解液為pH 4.2的乙 酸_乙酸鈉緩沖溶液(0. lmol/L) ， Cu2+濃度為1. OX 10—iol/L，測定方法為循環(huán)伏安法電 位掃描范圍-0. 6 0. 8V，掃描速度100mV/s。由圖可見L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的玻碳 電極的峰電流最大，而裸電極上幾乎沒有峰電流響應，L-半胱氨酸修飾電極和殼聚糖修飾 電極雖然有峰但電流響應很小，說明經(jīng)過L-半胱氨酸/殼聚糖修飾后的電極兼具了二者的 優(yōu)勢，能夠更好地對Cu2+產(chǎn)生電化學響應，提高了傳感器的靈敏度。
實施例2 L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器包括玻碳電極，如圖1所示的玻碳電極 主要由玻碳基底1、與玻碳基底相連的電極引線3、絕緣層4構(gòu)成，玻碳基底3表面吸附有 L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜2。
本電化學傳感器的制備方法為 (1)用拋光粉打磨玻碳電極，使其基底表面平整光潔，然后用超聲清洗其表面，超 聲頻率為53KHZ，溫度為25t:，得到預處理的玻碳電極； (2)將1. 4g殼聚糖和1. OgL-半胱氨酸加入到200ml體積分數(shù)為2%的醋酸溶液 中，攪拌使它們充分溶解； (3)將預處理的玻碳電極浸入步驟(2)所制得的溶液中，室溫下靜置20分鐘，使殼 聚糖和L-半胱氨酸溶液吸附到電極基底表面上，形成L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜；
(4)用去離子水清洗浸泡的玻碳電極，去除多余的L-半胱氨酸和殼聚糖，得到 L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器。 圖4為不同Cu2+濃度下的峰電流，測定步驟如實施例l，測定條件電解液為pH4. 2 的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(0. lmol/L)， 012+濃度分別為1.0X10—9mol/L、 1.0X10—8mol/L， 2. 0X10—8mol/L、5. 0X10—8mol/L、l. 0X10—7mol/L。測定方法為差分脈沖伏安法富集時間 50s，富集電位-0. IV，脈沖振幅0. 05V，脈沖周期為0. 2s，掃描范圍-0. 6 0. 8V?？梢钥?出峰電流在012+濃度為1. 0X10—9 1. 0X10—7mol/L的范圍內(nèi)成良好線性關系，檢出限為 2. 0X10—"mol/L。
實施例3 L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器主要由玻碳電極構(gòu)成，如圖1所示的玻 碳電極主要由玻碳基底1、與玻碳基底相連的電極引線3、絕緣層4構(gòu)成，玻碳基底3表面吸 附有L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜2。
本電化學傳感器的制備方法為 (1)用拋光粉打磨玻碳電極，使其基底表面平整光潔，然后用超聲清洗其表面，超
5聲頻率為53KHZ，溫度為25t:，得到預處理的玻碳電極； (2)將1. 2g殼聚糖和0. 8gL_半胱氨酸加入到200ml體積分數(shù)為1 %的醋酸溶液 中，攪拌使它們充分溶解； (3)將預處理的玻碳電極浸入步驟(2)所制得的溶液中，室溫下靜置40分鐘，使殼 聚糖和L-半胱氨酸溶液吸附到電極基底表面上，形成L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜；
(4)用去離子水清洗浸泡的玻碳電極，去除多余的L-半胱氨酸和殼聚糖，得到 L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器。 圖5為在濃度為1. OX 10—2mol/L的Fe2+、Ca2+、Na+中，Cu2+的差分脈沖伏安曲線，測 定步驟如實施例l，測定條件電解液為pH4. 2的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(0. lmol/L) ， Cu2+ 濃度為1. OX 10—iol/L，測定方法為差分脈沖伏安法富集時間50s，富集電位-0. IV，脈沖 振幅0. 05V，脈沖周期為0. 2s，掃描范圍-0. 6 0. 8V。由圖可見，100倍的Fe2+、Ca2+、Na+均 不干擾Cu2+的測定，說明此傳感器具有很好的抗干擾性。
權利要求
一種L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器，包括玻碳電極，其特征在于玻碳電極表面覆有L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜；上述電化學傳感器的制備方法包括下列步驟(1)玻碳電極預處理；(2)將殼聚糖和L-半胱氨酸加入到醋酸溶液中，攪拌使它們充分溶解；其中，殼聚糖的含量為0.5～0.7wt％，L-半胱氨酸的含量為0.3～0.5wt％；(3)將預處理的玻碳電極浸入步驟(2)所制得的溶液中，室溫下靜置20～40分鐘，得到L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜；(4)洗去步驟(3)中玻碳電極上多余的L-半胱氨酸和殼聚糖，得到L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器。
2. 根據(jù)權利要求l所述的電化學傳感器，其特征是步驟(1)中玻碳電極預處理過程為先用拋光粉對玻碳電極進行打磨，然后對玻碳電極進行超聲清洗。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的電化學傳感器，其特征是在制備方法中，步驟(2)中醋 酸溶液的體積分數(shù)為1% 2 % 。
4. 一種權利要求3所述的L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器在檢測銅離子中 的應用。
5. 根據(jù)權利要求4所述的應用，其特征是以pH為3. 5 4. 5的乙酸-乙酸鈉緩沖溶 液作為電解液。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器，它主要包括玻碳電極，在玻碳電極表面覆有L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜；本發(fā)明還公開了其制備方法，包括玻碳電極預處理；殼聚糖和L-半胱氨酸醋酸溶液的制備；將預處理的玻碳電極浸入所制得的溶液中，室溫下靜置20～40分鐘，得到L-半胱氨酸/殼聚糖復合膜；洗去玻碳電極上多余的L-半胱氨酸和殼聚糖，得到L-半胱氨酸/殼聚糖修飾的電化學傳感器。本發(fā)明的電化學傳感器具有快速、靈敏、抗干擾能力強的優(yōu)點，用其檢測銅離子抗干擾能力強，檢出限可達2.0×10-11mol/L。
文檔編號G01N27/413GK101793862SQ201010139229
公開日2010年8月4日 申請日期2010年4月6日 優(yōu)先權日2010年4月6日
發(fā)明者龐雪輝, 張潔, 譚福能, 隋衛(wèi)平, 魏琴 申請人:濟南大學