尹 偉，曹 淵，胡寶山，鮮曉紅

（重慶大學(xué) 基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)中心，重慶 400044）

過氧化氫（俗稱雙氧水）作為食品、藥品、工業(yè)等生產(chǎn)中非常重要的中間體或添加劑，其含量的測定具有十分重要的意義。目前所用的測定方法主要有：滴定法［1］、光譜法、化學(xué)發(fā)光和電化學(xué)方法［2］。國家標(biāo)準(zhǔn)方法采用的是滴定法，該方法的樣品前處理過程復(fù)雜，檢測時間長，并且常因食品中還原性物質(zhì)的存在而導(dǎo)致檢測結(jié)果精確度偏低。電化學(xué)方法因為成本低、易于操作、檢測速度快等優(yōu)點成為更好的選擇。

文獻(xiàn)報道可以將血紅素（hemin）［3］、金屬卟啉［4］等模擬酶或者血紅蛋白（Hb）［5］負(fù)載到電極表面，制成電化學(xué)傳感器，來檢測溶液中的過氧化氫。Hb是一種天然的大分子蛋白，與hemin、metalloporphyrins相比，催化活性更好，但是將其負(fù)載到電極表面會降低催化活性［6］，而且價格昂貴，不穩(wěn)定。與hemin或者金屬卟啉配合物相比較，金屬卟啉聚合物［7］具有更大的平面共軛結(jié)構(gòu)和更高濃度的活性位點，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)傳感器來檢測一些生化或無機(jī)物質(zhì)，表現(xiàn)出較好的效果［8］。石墨烯是由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度，具有高電傳導(dǎo)性能、高強(qiáng)度、高比表面積、電阻率極低、電子遷移的速度極快等優(yōu)點，被廣泛修飾到玻碳電極或石墨電極表面來制成傳感器檢測過氧化氫［9］。

本文利用電聚合的方法將石墨烯與四苯基鐵卟啉聚合物（pFeTPP）修飾于玻碳電極（GCE）上，用于溶液中過氧化氫的檢測，并詳細(xì)探討了其對過氧化氫的催化還原情況。

1 儀器與藥品

儀器：電化學(xué)工作站 Metrohm Autolab（PGSAT32）。三電極體系：玻碳電極（φ3mm）為工作電極，Ag／AgCl（saturated KCl）和鉑絲分別為參比電極與對電極。實驗之前，玻碳電極依次用1.0、0.3、0.05μm的Al2O3粉末拋光，并在乙醇和丙酮中交替超聲清洗3次，用蒸餾水沖洗，待用。實驗均在室溫（20±2℃）下進(jìn)行。

藥品：用 Adler法［10］合成四苯基鐵卟啉（FeT－PP）；石墨烯（graphene）根據(jù)文獻(xiàn)［11］的方法制備；過氧化氫購于重慶川東化工有限公司；0.1mol／L、不同pH值的磷酸緩沖溶液（PBS）通過混合Na2HPO4和NaH2PO4的標(biāo)準(zhǔn)溶液制得。其余試劑均為分析純。實驗用水為二次蒸餾水（電阻率為17.9MΩ·cm）。電解質(zhì)溶液使用前通高純氮 （99.999%）30min除氧。

2 修飾電極制備

1mg石墨烯和0.2mL的Nafion（0.5%，異丙醇）超聲混合均勻，用微量注射器取2μL滴在電極表面，室溫干燥后的電極簡稱為Graphene／GCE。上述電極在溶有1mmol／L的FeTPP和0.1mol／L四丁基高氯酸銨 （TBAP）的二氯甲烷（CH2Cl2）溶液中用循環(huán)伏安方法電聚合（－2～2.5V相對于Ag／AgCl，0.1V／s），用二次蒸餾水沖洗，除去未聚合的鐵卟啉，制得的電極簡稱為Graphene／pFeTPP／GCE。

圖1（圖中V為電化學(xué)工作站電壓）是Graphene／GCE 在1mmol／L FeTPP 和 0.1mol／L TBAP 的CH2Cl2溶液中連續(xù)掃描的循環(huán)伏安曲線（－2～2.5V相對于 Ag／AgCl，0.1V／s）。從圖中看出，隨著掃描圈數(shù)增多，電流增大，表明pFeTPP膜在電極表面逐漸形成。－2～1.0V（相對于Ag／AgCl）中的氧化還原峰代表卟啉環(huán)的氧化還原，2.0V （相對于Ag／AgCl）處的氧化峰代表meso位苯環(huán)的氧化。pFeTPP膜形成的機(jī)理［12］如下：首先卟啉環(huán)失去電子形成陽離子FeTPP2＋，在2.0V附近苯環(huán)進(jìn)一步氧化，形成自由基離子（FeTPP2＋）·＋，2個自由基離子連接形成二聚體，依此類推，形成聚合物pFeTPP。

圖1 Graphene／GCE在1mmol／L FeTPP和0.1mol／L I TBAP的CH2Cl2溶液中連續(xù)掃描的循環(huán)伏安曲線

3 修飾電極對過氧化氫的電催化還原

圖2 Graphene／pFeTPP／GCE在含有不同濃度過氧化氫的PBS中的循環(huán)伏安曲線

Graphene／pFeTPP／GCE在過氧化氫濃度為0、5、40、50、100、200μmol／L的PBS中的循環(huán)伏安曲線見圖2。Graphene／pFeTPP／GCE對過氧化氫有著非常靈敏的電催化還原作用。在0.1mol／L磷酸緩沖溶液（pH＝7）中，Graphene／pFeTPP／GCE膜電極循環(huán)伏安曲線僅僅顯示其電化學(xué)行為（圖2中a線），加入過氧化氫后，pFeTPP的直接電化學(xué)的循環(huán)伏安曲線發(fā)生明顯的變化，氧化峰消失，－0.208V處的還原峰急劇增大且變寬。由于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的電極電位φθ（H2O2／H2O）＞φθ（Fe3＋／Fe2＋），過氧化氫可直接將Fe2＋氧化成Fe3＋，因此氧化峰消失。還原峰增大說明pFeTPP對過氧化氫的還原有明顯的電催化作用，峰變寬可能是過氧化氫的還原和Fe3＋的還原疊加在一起造成的。并且，隨著雙氧水濃度的增加，還原電流也隨之增大。因此，Graphene／pFeTPP／GCE膜電極可以用來檢測溶液中的過氧化氫。

4 修飾電極對過氧化氫的響應(yīng)線性范圍和檢測線

Graphene／pFeTPP／GCE膜電極對雙氧水的磷酸緩沖液催化電流隨時間變化的響應(yīng)曲線（I－t曲線）如圖3所示。工作電位為－0.4V；溶液為50mL、0.1mol／L PBS，pH＝7.0。每段加入不同過氧化氫濃度：10mmol／L（圖中a段）和0.1mol／L（圖中b段）。在選定的工作電位－0.4 V下，每隔40s，將5μL不同濃度的過氧化氫加到50mL在電磁攪拌下的測試底液（緩沖液）中，膜電極快速地對過氧化氫產(chǎn)生響應(yīng)。每當(dāng)向緩沖溶液中加入一定量的過氧化氫時，還原電流都會階躍升高到一個穩(wěn)定值。從I－t曲線得到的校正曲線（圖3中插圖）可以看出，過氧化氫濃度在4×10－6～2.4×10－4mol／L范圍內(nèi)與還原峰電流呈線性關(guān)系，其線性方程為：i／μA＝7.55＋0.04c／（μmol／L），線性相關(guān)系數(shù)R＝0.998，檢測下限是1μmol／L（信噪比為3）。

通過測試修飾電極電流的減小來衡量修飾電極的穩(wěn)定性。當(dāng)Graphene／pFeTPP／GCE薄膜電極以0.1 V／s的掃速在0.1mol／L磷酸緩沖溶液（pH 7.0）中連續(xù)掃描100圈后，電極的電流基本沒有變化，說明膜電極的穩(wěn)定性良好。

圖3 Graphene／pFeTPP／GCE對于連續(xù)加入不同濃度過氧化氫的磷酸、緩沖溶液電流－時間曲線

膜電極的選擇性是通過檢測4×10－5mol／L過氧化氫的電流響應(yīng)來衡量的。在檢測過程中，20倍的普通陰離子，如：SO2－4、NO－3、PO3－4、AC－，或者葡萄糖、蔗糖、乙醇均不會對電極的響應(yīng)產(chǎn)生影響。但是，抗壞血酸具有較強(qiáng)的還原性，遇到具有氧化性的過氧化氫會被氧化，導(dǎo)致響應(yīng)信號大大降低。

5 結(jié)論

綜上所述，本文采用電化學(xué)聚合的方法成功制備了Graphene／pFeTPP／GCE膜電極，制備方法簡單，穩(wěn)定性好。與單體相比，pFeTPP具有更高的共軛結(jié)構(gòu)和活性位點。Graphene／pFeTPP／GCE薄膜電極對過氧化氫的還原具有很好的催化響應(yīng)，檢測下限是1μmol／L（信噪比為3），線性范圍是4×10－6～2.4×10－4mol／L。

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