研究DA以及甘氨酸存在时多巴胺的电化学行为

　　1、 引 言

　　儿茶酚胺是哺乳动物体内的一种重要的神经递质 , 与人体健康密切相关 . 多巴胺（DA）作为一种儿茶酚胺类物质，在人体中含量过高或过低都会引发一些疾病，如帕金森综合症. 研究其测定方法在临床医学、生物化学等方面显得尤为重要 . 人体环境中存在多种生理介质（如氨基酸）对多巴胺的氧化反应会有一定影响，对这方面的研究并不多见 .

　　石墨烯作为一种二维纳米材料因其大比表面积和强电子传导能力，近年来在电化学方面的应用日益广泛.很多电化学工作者都利用石墨烯修饰电极来检测各类物质，降低检出限，提高灵敏度 . 郭宪厚等利用掺杂铂的石墨烯修饰玻碳电极检测肾上腺素，表明该电极对儿茶酚胺的良好的电催化性能；同元辉等以羧基化石墨烯修饰玻碳电极为工作电极研究了 DA 的在此电极的电化学行为；万其进等采用循环伏安法和交流阻抗等方法以石墨烯修饰玻碳电极同时检测了对苯二酚和邻苯二酚 . 总之，石墨烯作为电极修饰剂已被广泛应用，并取得了很大进展 .

　　本实验分别以裸铂电极和石墨烯修饰铂电极为工作电极研究了 DA 以及甘氨酸（Gly）存在时多巴胺的电化学行为，并通过条件电极电势和 pH 的关系得到了 DA 的实验标准电极电势 .

　　2、 实验部分

　　2.1　主要仪器与试剂

　　CHI650A电化学工作站(上海辰华公司产品)；KQ-100B 型超声波清洗器 ( 昆山超声仪器有限公司 ). 三电极系统 : 工作电极为裸铂电极和石墨烯修饰铂电极，饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极，辅助电极为铂丝电极 . 石墨烯（南京先锋纳米材料科技有限公司）；多巴胺 ( 国药集团 )；甘氨酸；磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液；金相砂纸；0.3μm,0.05μm 的 Al2O3 粉；抛光软布；丙酮；无水乙醇 . 其它试剂均为分析纯 . 电解液中都以 0.1 mol/L 的氯化钾为支持电解质.实验用水为二次石英亚沸蒸馏水 .

　　2.2 石墨烯修饰铂电极的制备

　　首先，对铂电极进行预处理，用湿润的 2000#的金相砂纸把铂电极打磨抛光，依次用粒径为0.3μm 和 0.05μm 的 Al2O3 打磨成镜面，之后分别在丙酮、无水乙醇和二次蒸馏水中各超声清洗 3min，完成电极预处理 . 然后，将 2mg 石墨烯溶于1mL DMF 中，超声分散 3 小时至分散均匀 . 最后，取 2μL 石墨烯修饰剂采用滴涂法修饰到铂电极表面，至红外灯光下晾干即可 .

　　2.3 实验方法

　　本实验以铂电极和石墨烯修饰铂电极为工作电极，采用循环伏安法测定了有无 Gly 影响的两种电解液中 DA 的电化学行为 . 在使用铂电极之前首先在 0.5 mol/L H2SO4中进行电极活化 . 由于 DA 易氧化变质，所以在配制 DA 溶液前要先通氮气 5 分钟除去缓冲液中的氧气，整个实验都在氮气氛围中进行 . 实验温度为室温 .

　　3、 结果与讨论

　　3.1 多巴胺以及多巴胺-甘氨酸在裸铂电极上的电化学行为用pH=2.2的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液配制两种电解液 (a 溶液含 5.27×10-3mol/L DA，b 溶液含5.27×10-3mol /L DA和5.27×10-3mol/L的Gly)，比较电解液 a 和 b 中 DA 的循环伏安图（图 1）. 可见，a 电解液中的 DA 在铂电极上的氧化还原电位差较小，且氧化峰电流和还原峰电流都较 b 中明显大 . 说明 Gly 与 DA 间存在相互作用，这一作用减弱了 DA 的给电子能力，使 DA 在铂电极上的可逆性变差，氧化还原电流明显减小 .

　　3.1.1 扫速的影响在 20 ～ 120 mv/s 的扫速范围内，铂电极对a 和 b 两种含 5.27×10-3mol/L 的 DA 电解液（a:CGly=0; b:CGly=5.27×10-3mol/L） 做循环伏安图 . 发现两种电解液中 DA 的氧化还原峰电位差（△ Ep）和氧化还原峰电流差（△ ip）都随着扫描速度的增加而增大.实验选择测定多巴胺的扫速为100 mv/s.氧化峰电流在数值上都是和扫速的平方根成正比（b电解液的DA氧化峰电流和扫速的关系如图 2 所示，R2=0.9925），说明在我们所做的实验条件下 DA 的电化学反应是扩散控制过程 .

　　3.1.2 底液 pH 值的影响实验采用 0.1mol/L 柠檬酸—0.2mol/L 磷酸氢二钠为缓冲溶液 , 按照缓冲液配制方法表配制出不同pH 的 DA 溶 液 (a:CGly=0,b:CGly=5.27×10-3mol/L). 根据图 4 中循环伏安曲线发现：DA 的氧化还原峰电位与 pH 呈线性关系，随着 pH 值的增大，DA 的氧化峰和还原峰电位均明正移，根据方程 : 条件电极电势 Eo'=（Epa+Epa）/2， 得 到 Eo' 与 pH呈线性关系（a 和 b 电解液分别如图 3 和 5 A所示）. 其线性关系方程分别为：a:Eo'=-0.0479pH+0.5528,R2=0.9893;b:Eo'=-0.0529pH+0.5530,R2=0.9986. 因为已知关系式：Eo'=Eo?(2.303mRT/nF)pH，式中 m 为反应中转移的质子数，n 为电子转移数，所以我们所得到的直线斜率与理论值 -0.059mv/pH 都比较接近，是等质子等电子转移反应，并且标准电极电势 a:Eo=0.5528mv,b:Eo=0.5530mv. 两种电解液中，氧化峰电流和还原峰电流都随着 pH 的增大而减小（以 b 电解液为例如图 5 B 所示）.

　　3.2 多巴胺以及多巴胺-甘氨酸在石墨烯修饰铂电极上的电化学行为

　　如同 3.1 部分，用 pH =2.2 的磷酸氢二钠 - 柠檬酸缓冲液配制两种电解液 (a 溶液含 5.27×10-3mol/LDA，b 溶液含 5.27×10-3mol/L DA 和 5.27×10-3mol/L的Gly)，比较电解液 a 和 b 中 DA 在石墨烯修饰铂电极上的循环伏安图，结果如图6所示.可见，在石墨烯修饰铂电极上 , 电解液中是否加 Gly 对 DA 的氧化还原电位差（△ Ep）的影响并不大，但是 b 电解液中的 DA 氧化峰电流和还原峰电流较 a 偏小，说明DA 和 Gly 间的相互作用减弱了 DA 的给电子能力，但是在石墨烯修饰铂电极检测 DA 时，由于 Gly 的加入对 DA 氧化还原电位造成的影响比在裸铂电极上的小 .

　　实验采用 0.1 mol /L 柠檬酸—0.2mol /L 磷酸氢二钠为缓冲溶液，按照缓冲液配制方法表配制 出 不 同 pH的 DA 溶液 (CDA=5.27×10-3mol/L,CGly=5.27×10-3mol/L). 根据图 7 中循环伏安曲线发现：DA 的氧化还原峰电位与pH呈线性关系，随着pH值的增大，DA的氧化还原峰电位均明显正移，氧化峰电位Epa与pH呈线性关系（如图8 A所示）.其线性关系方程为：Epa=-0.04997pH+0.60203，R2=0.99473. 在 pH<4 时，随 pH 减小峰电流减小；pH>4 时 , 随pH 的增大峰电流减小（如图 8 B 所示）. 所以，石墨烯修饰铂电极在测定 DA 时最佳底液的 pH 是 4.0.

　　4、 结 论

　　铂电极测 DA 的电化学行为时，电解液中加入Gly 会减弱 DA 的给电子能力，抑制其发生氧化，这种作用主要体现为氧化还原电流明显减小和氧化还原电位差增大，而对DA的标准氧化还原电位的影响很小 . 石墨烯修饰铂电极对 DA 具有良好的电催化活性，实验表明：石墨烯修饰铂电极测定 DA的最佳 pH 为 4.0，并且该修饰电极可以减小由于 Gly的加入对多巴胺氧化还原峰电位差造成的影响 .

　　参考文献：
　　[1]郭宪厚，李金金，同元辉，等．石墨烯修饰电极对肾上腺素电催化性能的研究［J］．菏泽学院学报，2011，33.
　　[2]同元辉，郭宪厚，焦翠玲，等．羧基化石墨烯修饰玻碳电极对多巴胺电催化性能影响的研究［J］．菏泽学院学报，2012，34(2):56 －59．
　　[3] 万其进,廖华玲,刘义,等.石墨烯修饰电极同时测定邻苯二酚和对苯二酚[J].武汉工程大学学报 ,2013,35(2): 16-23.