楊敏芬，沈媛媛，唐佳倩，徐 琴，胡效亞

（揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225002）

基于石墨烯修飾玻碳電極伏安法測(cè)定6-芐氨基嘌呤

楊敏芬，沈媛媛，唐佳倩，徐 琴，胡效亞*

（揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇揚(yáng)州225002）

該文利用石墨烯修飾電極，構(gòu)建了一種測(cè)定6-芐氨基嘌呤的新型的電化學(xué)方法。循環(huán)伏安實(shí)驗(yàn)表明，石墨烯修飾電極能顯著降低6-芐氨基嘌呤的測(cè)定電位，提高其響應(yīng)電流。6-芐氨基嘌呤在石墨烯修飾電極表面的電化學(xué)過(guò)程為擴(kuò)散控制。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，6-芐氨基嘌呤與峰電流在濃度為1.0×10-8~ 1.0×10-6mol/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，檢測(cè)限為5.0×10-9mol/L?？疾炝艘恍o(wú)機(jī)離子和有機(jī)化合物對(duì)6-芐氨基嘌呤測(cè)定的干擾，結(jié)果表明該傳感器有較好的抗干擾能力。加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)表明該修飾電極的回收率在91.0%~104.5%之間，表明該傳感器能用于實(shí)際樣品的檢測(cè)。

：石墨烯；6-芐氨基嘌呤；電化學(xué)傳感器

0 前言

6-芐氨基嘌呤 (6-BAP)是一種人工合成的細(xì)胞分裂素，作為植物促長(zhǎng)劑，可以提高種子發(fā)芽率，促進(jìn)幼苗生長(zhǎng)，最終提高產(chǎn)率，因此常被用于促進(jìn)豆芽的生長(zhǎng)，提高煙葉的產(chǎn)量等[1]。另外6-BAP還能夠通過(guò)抑制植物內(nèi)的葉綠素、核酸、蛋白質(zhì)分解、抑制呼吸等方式對(duì)作物防衰保鮮，因此也常被用于作為果蔬保鮮劑的主要成分，其應(yīng)用已經(jīng)拓展到農(nóng)業(yè)、果樹(shù)栽培和園藝等領(lǐng)域[2]。但是研究表明人體通過(guò)食物鏈攝入過(guò)多6-BAP，會(huì)刺激食道、胃黏膜，造成損傷，出現(xiàn)惡心、嘔吐等現(xiàn)象[3]。同時(shí)，6-BAP還會(huì)影響生物體中過(guò)氧化氫酶的活性[4]。為了保證消費(fèi)者的生命健康安全，建立一種快速準(zhǔn)確測(cè)定6-BAP含量的方法，在生化、農(nóng)業(yè)、食品行業(yè)和進(jìn)出口行業(yè)中都具有很重要的意義。目前對(duì)6-BAP的分析普遍采用高效液相色譜法、質(zhì)譜法[5-6]、紫外可見(jiàn)光譜法和熒光光譜法等。但是這些方法往往具有操作復(fù)雜，儀器昂貴等不足。與其它方法相比，電化學(xué)方法具有成本低，操作簡(jiǎn)單靈敏度較高，準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍寬等優(yōu)勢(shì)。

石墨烯（Graphene）自2004年被英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的教授Geim等報(bào)道后，以其奇特的性能引起了科學(xué)家的廣泛關(guān)注和極大的興趣。在單層石墨烯結(jié)構(gòu)中，每個(gè)碳原子都貢獻(xiàn)出一個(gè)未成鍵的電子，這些電子可以在石墨烯平面內(nèi)自由移動(dòng)，賦予石墨烯非常好的導(dǎo)電性。石墨烯片層內(nèi)電子的傳導(dǎo)速率可以達(dá)到8×105m/s，這比一般半導(dǎo)體的電子傳導(dǎo)速度大得多[7]。同時(shí)作為sp2雜化材料，石墨烯具有獨(dú)特的超導(dǎo)性質(zhì)。與碳納米管和富勒烯相比，超導(dǎo)性能更好，超導(dǎo)溫度更高[8]。石墨烯還含有大量的羧基、羥基等官能團(tuán)，廉價(jià)、環(huán)境友好、生物兼容性以及活性基團(tuán)均勻分布等優(yōu)點(diǎn)，是一種理想的電化學(xué)和生物傳感材料。石墨烯修飾電極的相關(guān)研究屢見(jiàn)報(bào)導(dǎo)[9]，但是將石墨烯用于構(gòu)建6-BAP測(cè)定的傳感器迄今未見(jiàn)報(bào)道。

該工作基于石墨烯優(yōu)良的電化學(xué)性能，構(gòu)建了一種測(cè)定6-芐氨基嘌呤的新型的電化學(xué)傳感器。與已有的基于電化學(xué)測(cè)定6-BAP的工作相比較[10-12],由于石墨烯良好的導(dǎo)電性質(zhì)等，石墨烯修飾電極能顯著降低6-BAP的測(cè)定電位，提高響應(yīng)的靈敏度。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，考查了該傳感器的實(shí)際運(yùn)用可能性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

6-芐氨基嘌呤 （Fluka公司），石墨烯，0.1 mol/L磷酸緩沖溶液（pH=2.0~10.0），10.0 mL電解池，電化學(xué)工作站660D（北京華科普天科技有限公司）。三電極系統(tǒng)：石墨烯修飾玻碳電極為工作電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，85-2恒溫磁力攪拌器 （上海梅香儀器有限公司），KH-50B型超聲波清洗器 （昆山市超聲儀器有限公司），pH測(cè)量在PHS-25型pH計(jì)（上海雷磁儀器廠）上進(jìn)行。所有試驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行。

1.2 傳感器的制備

在制備傳感器之前，首先將直徑為3 mm玻碳電極在有濕潤(rùn)的Al2O3的絲綢上拋光成鏡面，然后依次無(wú)水乙醇，二次蒸餾水超聲波清洗。將石墨烯溶于二次蒸餾水中配制成2 mg/mL溶液，超聲分散1 h,用微型注射器取5 μL的石墨烯溶液滴到玻碳電極表面，放空氣中自然晾干備用。

2 結(jié)果與討論

2.1 6-BAP在石墨烯修飾電極上的電化學(xué)行為

圖1為6-BAP在（a）裸玻碳電極與(b)石墨烯修飾的玻碳電極上的電化學(xué)行為，由圖可知6-BAP在裸玻碳電極有響應(yīng)，峰電位為1.029 V,峰電流較小,峰電位較高。但石墨烯修飾之后的電極測(cè)定6-BAP時(shí)峰電位負(fù)移至0.963 V,峰電流是裸電極的7倍。說(shuō)明石墨烯對(duì)6-BAP的電化學(xué)反應(yīng)具有明顯電催化作用，該電極擁有較佳的電催化活性和較低的過(guò)電位。

圖1 50.0 μmol/L 6-BAP在pH值為7.0磷酸緩沖鹽溶液中的循環(huán)伏安圖（a）裸玻碳電極（b）石墨烯修飾電極Fig.1 cyclic voltammograms of 50.0 μmol/L 6-BAP in pH7.0 phosphate buffer solution.(a)bare glassy carbon electrode(b)graphene modified electrodes

2.2 底液pH的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)采用差分脈沖伏安法考察了以磷酸鹽緩沖液為底液，在 pH2.0～10.0的范圍內(nèi) 50 μmol/L 6-BAP的電化學(xué)行為。隨著pH的增大6-BAP峰電位逐漸向低電位移動(dòng)，而峰電流先增大后減小，在pH為6.0時(shí)取得最大值（如圖2），故實(shí)驗(yàn)選擇在pH為6.0的磷酸鹽緩沖液為底液。

2.3 富集條件優(yōu)化

在最優(yōu)pH條件下采用差分脈沖伏安法測(cè)定6-BAP，測(cè)定之前首先對(duì)電極進(jìn)行預(yù)處理。50 μmol/L 6-BAP分別在-0.6~0.2 V電位進(jìn)行富集，實(shí)驗(yàn)表明富集電位為0 V時(shí)，電流響應(yīng)最大(如圖3A)，因此選擇0 V作為最優(yōu)富集電位。在最優(yōu)富集電位下優(yōu)化富集時(shí)間，電流響應(yīng)隨著時(shí)間的增加而增大，當(dāng)富集時(shí)間到150 s時(shí)電流響應(yīng)最大，大于150 s之后電流響應(yīng)反而減弱，故選擇最優(yōu)富集時(shí)間為150 s(如圖3B)。

圖2 不同pH值條件下50 μmol/L 6-BAP氧化峰電流與pH的關(guān)系圖Fig.2 Effect of pH on the peak current for the oxidation of 50 μmol/L 6-BAP.Scan rate:100 mV/s

圖3 (A)50 μmol/L 6-BAP峰電流與富集電位的關(guān)系曲線圖（B）50 μmol/L 6-BAP峰電流與富集時(shí)間的關(guān)系曲線圖Fig.3 (A)Effect of the accumulation potential on the oxidation peak current of 50 μmol/L 6-BAP（B）Effect of the accumulation peak on the oxidation peak current of 50 μmol/L 6-BAP.Scan rate:100 mV/s

圖4 不同掃速下50 μmol/L 6-BAP（pH=6.0）在石墨烯修玻碳電極上的循環(huán)伏安圖Fig.4 Cyclic voltammograms of graphene modified GCE in 50 μmol/L 6-BAP（pH=6.0）at various scan rate

2.4 掃速的影響

由圖4考察了50 μmol/L 6-BAP的峰電流跟掃描速度的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明，在10～400 mV/s的范圍內(nèi)，6-BAP峰電流與掃描速度的平方根成正比，表明6-BAP在修飾電極上電化學(xué)行為是受擴(kuò)散控制的過(guò)程，其峰電流與速度的平方根的線性方程為：

I(μA)=-0.9813+2.3363/10-6v1/2(mV/s)1/2(r= 0.99658)。

2.5 線性范圍及檢出限

在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件和富集條件下，利用差分脈沖伏安法研究了6-BAP的線性范圍和檢出限(圖5)。隨著6-BAP濃度的增加，氧化峰電流也逐漸增大，其在濃度為1.0×10-8～1.0×10-6mol/L的范圍內(nèi)呈線性比例關(guān)系，線性方程為I=0.1612+ 0.91781 c/10-6mol/L(r=0.99804)。信噪比為3時(shí)，檢測(cè)限為5.0×10-9mol/L。

圖5 6-BAP氧化峰電流和濃度之間的線性關(guān)系

Fig.5 Linear relationship between the oxidation peak current and the concentration of 6-BAP

2.6 干擾實(shí)驗(yàn)

在5%的誤差范圍內(nèi)，在含有50 μmol/L 6-BAP磷酸鹽緩沖溶液中，加入葡萄糖，維生素C，甘氨酸等均無(wú)干擾（表1）。這表明石墨烯修飾電極能夠有效地排除一般存在的干擾物對(duì)6-BAP測(cè)定的影響。

表1 干擾離子對(duì)6-BAP測(cè)定的影響Tab.1 Interference of some foreign substances for the detection of 50 μmol/L 6-BAP

2.7 回收率測(cè)定

為了探究石墨烯修飾的電化學(xué)傳感器的實(shí)際應(yīng)用可能性，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法行進(jìn)回收率實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果回收率范圍在91.0%~104.5%之間，表明實(shí)驗(yàn)效果良好(表2)。

表26 -BAP回收率的測(cè)定Tab.2 Recovery test for 6-BAP based on the graphene modified GCE

3 結(jié)論

該實(shí)驗(yàn)研究了石墨烯修飾玻碳電極對(duì)6-BAP進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該修飾電極對(duì)6-BAP的氧化均有明顯的催化作用，檢出限低靈敏度高，應(yīng)用該法對(duì)6-BAP樣品進(jìn)行了加標(biāo)回收，結(jié)果令人滿意。

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Voltammetric determination of 6-benzylaminopurine(6-BAP) based on a graphene film modified glassy carbon electrode

Yang Min-feng,Shen Yuan-yuan,Tang Jia-qian,Xu Qin,Hu Xiao-ya*(College of chemistry and chemical Engineering,Yangzhou university,Yangzhou 225002,china)

In this paper,a novel electrochemical sensor was built to determine 6-benzylaminopurine(6-BAP)by a graphene modified electrodes.Cyclic Voltammogram results indicated that the graphene modified electrodes could significantly reduce the detection potential and increase the response current for 6-BAP.6-BAP experienced a diffusion control process at the surface of the graphene modified electrode.Under the optimized experimental conditions, a good linear relationship between the currents and the concentrations of 6-BAP in the range of 1.0×10-8~1.0×10-6mol/L of with the detection limit of 5.0×10-9mol/L was obtained.Interferences of some inorganic and organic species on the response have been studied.The standard recovery tests showed that the recovery rate ranging between 91.0%~104.5%.This indicated that this sensor is effective for 6-BAP detection.

graphene;6-BAP;electrochemical sensor

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21275124，21275125)

*通信聯(lián)系人，E-mail：xyhu@yzu.edu.cn