基于碳納米管負(fù)載的電催化劑高效檢測還原型谷胱甘肽

熊樂艷張楠李雪妮郭贊如鄭龍珍

(華東交通大學(xué)化學(xué)化工系，南昌330013)

基于碳納米管負(fù)載的電催化劑高效檢測還原型谷胱甘肽

熊樂艷張楠李雪妮郭贊如＊鄭龍珍＊

(華東交通大學(xué)化學(xué)化工系，南昌330013)

通過兩步法合成了10-甲基吩噻嗪/2-羥丙基-β-環(huán)糊精主客體化合物修飾的多壁碳納米管復(fù)合材料MPT-HP-β-CD/ MWNT，并用FT-IR、UV-Vis、熒光光譜、拉曼光譜、TEM等對其組成進(jìn)行表征。通過CV曲線、i-t曲線對谷胱甘肽(GSH)的催化性能以及對催化劑阻抗的研究，證明了MWNT可以提高導(dǎo)電能力，提高對GSH的催化活性。此外，還研究了pH值、溫度、掃速等對催化劑催化活性的影響，表明該復(fù)合材料可用于GSH的電化學(xué)檢測，并具有良好的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性以及很高的靈敏度。最優(yōu)檢測濃度范圍為5×10-7～4.95×10-5mol·L-1，檢測限為3.96×10-8mol·L-1(S/N=3)。

谷胱甘肽；2-羥丙基-β-環(huán)糊精；10-甲基吩噻嗪；多壁碳納米管；電化學(xué)檢測

0　引言

谷胱甘肽(GSH)存在于所有哺乳動物的組織內(nèi)，濃度在1～10 mmol·L-1范圍，可以作為豐富的非蛋白巰基來抵抗體內(nèi)的氧化反應(yīng)[1]。谷胱甘肽濃度的改變是生物體內(nèi)或組織內(nèi)某些疾病產(chǎn)生的信號，例如白血病[2]、糖尿病[3]、DNA受損[4]和細(xì)胞癌變[5]。到目前為止，用來檢測谷胱甘肽的方法主要有滴定法[6]、汞電極法[7]、離子交換法[8]、高效液相色譜法[9]、毛細(xì)管電泳法[10]、熒光探針法[11]、流動注射分析法[12-13]和熒光猝滅恢復(fù)法[14]等。電化學(xué)檢測[15-16]是一種選擇性好、檢測時(shí)間短、測試費(fèi)用低、靈敏度高的測定方法，可以被用來檢測GSH。其中，Wang[17]等利用氧化石墨烯與CdTe制備了改型的電致化學(xué)發(fā)光量子點(diǎn)，可以在巰基化合物的干擾中選擇性檢測谷胱甘肽，檢測范圍0.04～0.29 μg·mL-1。

10-甲基吩噻嗪(MPT)是具有三苯環(huán)共軛體系，雜環(huán)上含有N，S等原子的疏水物質(zhì)，這使得它成為一個(gè)富電子的體系，失去電子可以成為具有氧化性的活性陽離子。因而MPT具有很好的電化學(xué)活性和生理活性[18-19]，研究MPT與一些生命物質(zhì)之間的反應(yīng)也越來越受大家的關(guān)注。碳納米管(CNTs)是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的材料，常被用作電極材料。CNTs具有一維石墨結(jié)構(gòu)，良好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性、高的比表面積、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、生物相容性[20]良好等優(yōu)點(diǎn)。因此它常被用做催化劑載體來促進(jìn)催化劑均勻分散以及加快電極與催化劑之間電子的轉(zhuǎn)移速度[21-22]。Zhang[23]等利用普魯士藍(lán)(PB)與碳納米管之間π-π鍵的相互耦合作用，制備了SWCNTs-PB催化劑，實(shí)驗(yàn)證明該催化劑具備兩者之間的優(yōu)點(diǎn)，氧化還原性能得到很好的提升。Liu[24]等將多壁碳納米管和石墨烯層層組裝得到GR-MCNTs復(fù)合電極膜，這種復(fù)合電極膜與多壁碳納米管和石墨烯電極相比，可以顯著提高界面電子轉(zhuǎn)移速率，在人類免疫球蛋白檢測方面，表現(xiàn)出良好的選擇性、穩(wěn)定性和再現(xiàn)性。因此本文利用主客體反應(yīng)將MPT包結(jié)在2-羥丙基-β-環(huán)糊精(HP-β-CD)的空腔中，并以SWCNTs為載體，將MPT-HP-β-CD催化劑負(fù)載到其表面，制備化學(xué)修飾電極，獲得對GSH較好的催化氧化能力以及更低的檢測限。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

2-羥丙基-β-環(huán)糊精(阿拉丁股份有限公司)，10-甲基吩噻嗪(東京化成工業(yè)有限公司)，多壁碳納米管(Sun Nanotech Co.Ltd.)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF) (西隴化工股份有限公司)，還原型谷胱甘肽(阿拉丁股份有限公司)，NaH2PO4·2H2O(西隴化工股份有限公司)，Na2HPO4·12H2O(西隴化工股份有限公司)，NaCl，HCl，N2(99.9%，國騰氣體有限公司)、二次蒸餾水等。

傅立葉變換紅外光譜儀(Nicolet5700，PerkinElmer公司)，紫外可見分光光度計(jì)(Lambda 35，PerkinElmer公司)，電化學(xué)工作站(CHI 760E，上海辰化儀器公司)，熒光分光光度計(jì)(Cary Eclipse spectrometer，Varian，USA)，拉曼光譜儀(LabRAM HR，HORIBA，F(xiàn)rance，以785 nm He-Ne激光為光源)，透射電子顯微鏡TEM(Tecnai G2 F20 S-TWIN，F(xiàn)EI Co.Ltd.，USA，加速電壓為200 kV)

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1羧基化碳納米管的制備

將100 mg MWNT溶解于裝有120 mL混酸溶液的燒杯中，V濃硫酸∶V濃硝酸=3∶1。超聲分散3 h后，將溶液轉(zhuǎn)移到150 mL的三口燒瓶中，60℃油浴中冷凝回流2 h。將溶液緩慢倒入到600 mL的去離子水的燒杯中，水解12 h。抽濾，洗滌至pH=7.0。干燥，即得到水溶性良好的羧基化MWNT。稱取10 mg羧基化的MWNT溶于10 mL DMF中，超聲分散1 h，得到分散均勻的溶液。

1.2.2MPT-HP-β-CD催化劑的制備

準(zhǔn)確稱取10 mg MPT和80 mg HP-β-CD溶解于1 mL的DMF溶液，超聲2 h，確保HP-β-CD成功包結(jié)MPT。烘干備用。

1.2.3MPT-HP-β-CD/MWNT催化劑的制備

準(zhǔn)確量取1 mL羧基化的MWNT的DMF溶液加入到MPT-HP-β-CD的DMF溶液中。超聲1 h，得到混合均勻的10-甲基吩噻嗪、2-羥丙基-β-環(huán)糊精和MWNT復(fù)合材料。將溶液在室溫下，磁力攪拌12 h，使得MPT-HP-β-CD與MWNT之間可以通過吸附作用，將MPT-HP-β-CD吸附到MWNT表面，在烘箱中100℃下干燥12 h，最終得到MPT-HP-β-CD/MWNT粉末,過程如圖1所示。將粉末溶解在10 mL二次蒸餾水中，超聲30 min，待用。

圖1　MPT-HP-β-CD/MWNT催化劑的制備示意圖Fig.1　Schematic illustrates the reaction steps of MPT-HP-β-CD/MWNT catalyst

1.2.4電化學(xué)測試

將電極分別用粒徑為0.1、0.3 μm的Al2O3在圓形帆布上打磨，在體積比為1∶1的乙醇水溶液中，超聲清洗。電極在0.5 mol·L-1H2SO4溶液中活化，電位從-0.2 V到1.0 V，用CV曲線掃描20圈，用二次蒸餾水沖洗，N2吹干，然后滴加5 μL MPT-HP-β-CD/ MWNT催化劑于電極表面，室溫下干燥。本實(shí)驗(yàn)用的PBS(pH=7.0)溶液是由NaH2PO4·2H2O、Na2HPO4· 12H2O和NaCl配置的，用HCl調(diào)節(jié)pH值(3.0～9.0)。電化學(xué)測試采用傳統(tǒng)的三電極系統(tǒng)，玻碳電極(GCE)作為工作電極，Ag/AgCl作為參比電極，鉑絲作為對電極。

2　結(jié)果與討論

2.1催化劑的表征

2.1.1光譜表征

樣品的FTIR光譜如圖2所示。由圖2可以清晰地看到所有樣品在3 434 cm-1處有一個(gè)很寬的特征吸收峰，是-OH峰。圖2a是MPT的紅外光譜圖，在1 592和1 458 cm-1處有2個(gè)典型的苯環(huán)的特征吸收峰，C-N鍵伸縮振動峰出現(xiàn)在1 133、1 259和1 327 cm-1處，C-S鍵的伸縮振動峰顯示出現(xiàn)在744和862 cm-1處。圖2b是MPT-HP-β-CD的紅外光譜圖，從圖上可以看到在744、862、1 133、1 259和1 327 cm-1處有MPT的紅外特征峰，說明可能形成了HP-β-CD和MPT的復(fù)合物。圖2d是MWNT的紅外譜圖，在1 588 cm-1處為碳納米管的C=C結(jié)構(gòu)峰[24]。對于MPT-HP-β-CD/MWNT(圖2c)，在1 588 cm-1處出現(xiàn)了碳納米管的C=C結(jié)構(gòu)峰，屬于MWNT，說明存在MPT-HP-β-CD/MWNT復(fù)合物。

圖2 MPT(a)、MPT-HP-β-CD(b)、MPT-HP-β-CD/MWNT (c)、MWNT(d)和HP-β-CD(e)的傅立葉變換紅外譜圖Fig.2　FTIR spectra of MPT(a),MPT-HP-β-CD(b),MPTHP-β-CD/MWNT(c),MWNT(d)and HP-β-CD(e)

圖3是樣品的紫外吸收光譜(溶劑為乙醇)。結(jié)果顯示MWNT、HP-β-CD在230～375 nm之間沒有紫外特征吸收峰，MPT在254和308 nm處有2個(gè)特征吸收峰，這與MPT的三苯環(huán)共軛體系相對應(yīng)。然而MPT-HP-β-CD在251 nm處有峰，與MPT相比特征峰發(fā)生了藍(lán)移。其原因是由于疏水性的MPT進(jìn)入HP-β-CD的疏水內(nèi)腔里，減弱了生色基團(tuán)之間的共軛效應(yīng)，類似結(jié)構(gòu)疏水性化合物進(jìn)入CD的疏水內(nèi)腔里也觀測到類似的藍(lán)移現(xiàn)象[25]。結(jié)合紅外光譜可以說明HP-β-CD和MPT形成的復(fù)合物是HP-β-CD包結(jié)MPT的結(jié)構(gòu)。而MPT-HP-β-CD/MWNT的特征峰在254 nm處，與MPT-HP-β-CD相比特征峰發(fā)生了紅移。這可能是由于MWNT具有共軛雙鍵，共軛的π鍵之間相互作用，生成了大π鍵，此時(shí)由于鍵的平均化，電子容易激發(fā)，生色作用就大大增強(qiáng)。

圖3　MPT-HP-β-CD(a)、MPT(b)、MPT-HP-β-CD/MWNT (c)、MWNT(d)和HP-β-CD(e)的紫外吸收光譜Fig.3　UV-visible absorption spectra of MPT-HP-β-CD(a), MPT(b),MPT-HP-β-CD/MWNT(c),MWNT(d)and HP-β-CD(e)

樣品的熒光光譜如圖4所示。由圖4可知，在275 nm波長激發(fā)下，MPT在350～500 nm之間有2個(gè)熒光特征峰(圖4a)，當(dāng)加入HP-β-CD以后，MPT的特征峰發(fā)生了少量的紅移和增強(qiáng)(圖4b)，這是由于環(huán)糊精對客體分子包結(jié)導(dǎo)致產(chǎn)生的熒光增強(qiáng)效應(yīng)所引起的[26]，進(jìn)一步說明HP-β-CD包結(jié)了MPT。在我們加入MWNT后，由于HP-β-CD被MWNT吸附，原來屬于MPT的特征峰幾乎消失，如圖4c所示。這可能是因?yàn)镸WNT的加入，增強(qiáng)了MPT、HP-β-CD和MWNT三者之間的電子轉(zhuǎn)移速率或者是能量轉(zhuǎn)移，這也意味著MPT-HP-β-CD與MWCNT之間可能形成了π-π鍵[27]。

圖4　MPT(a)、MPT-HP-β-CD(b)和MPT-HP-β-CD/ MWNT(c)的熒光光譜Fig.4　Fluorescence emission spectra of MPT(a),MPTHP-β-CD(b)and MPT-HP-β-CD/MWNT(c)

圖5是以玻璃片為基底、激發(fā)波長632.8 nm下MPT-HP-β-CD/MWNT、MWNT、MPT-HP-β-CD和 HP-β-CD的拉曼光譜圖。從圖中可以看出MPT-HP-β-CD和HP-β-CD沒有明顯的拉曼峰，MWNT在1 306和1 566 cm-1處有2個(gè)特征峰，而MPT-HP-β-CD/MWNT在1 329和1 598 cm-1處有2個(gè)特征峰，相對于MWNT，2個(gè)特征峰都發(fā)生了不同程度的藍(lán)移。這是由于MPT-HP-β-CD/MWNT復(fù)合材料導(dǎo)致MWNT內(nèi)化學(xué)環(huán)境發(fā)生了變化，π鍵之間的電子云密度發(fā)生了改變，可能生成了大π鍵，此時(shí)由于鍵的平均化，電子容易激發(fā)，向短波方向移動[28]。

圖5　(a)MPT-HP-β-CD/MWNT,(b)MWNT,(c)MPTHP-β-CD,(d)HP-β-CD的拉曼光譜圖Fig.5　Raman spectra of(a)MPT-HP-β-CD/MWNT, (b)MWNT,(c)MPT-HP-β-CD,(d)HP-β-CD

2.1.2TEM表征

圖6a是羧基化MWNT的透射電鏡(TEM)照片，可以看出為管狀結(jié)構(gòu)。通過局部放大，可以清晰地看出其多壁結(jié)構(gòu)(圖6b)，且壁厚度為0.34 nm，說明其為多壁碳納米管。圖6c為MPT-HP-β-CD/MWNT的TEM圖。和羧基化MWNT(圖6a)相比，MPT-HP-β-CD/MWNT(圖6c)中不僅能看出多壁碳納米管，還能在其表面清晰地看出一層包結(jié)物質(zhì)存在(圖中標(biāo)示)。從其局部放大圖中(圖6d)可以進(jìn)一步清晰地看出MWNT多壁結(jié)構(gòu)以及包結(jié)物質(zhì)厚度(圖中標(biāo)示)，說明MWNT表面包結(jié)了一層MPT-HP-β-CD。因此，可以認(rèn)為通過超聲處理、長時(shí)間的攪拌吸附以及12 h的熱處理，已經(jīng)使得MPT-HP-β-CD復(fù)合材料成功的緊密包結(jié)在MWNT表面。

2.1.3不同催化劑的阻抗檢測

采用三電極系統(tǒng)進(jìn)行電化學(xué)阻抗測試，玻碳電極為工作電極，鉑電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極。通過測量阻抗來了解經(jīng)過改性后的電極的導(dǎo)電能力的大小。從圖7可以清楚的看到玻碳電極(GCE),MPT-HP-β-CD、MWNT、MPT-HP-β-CD和MPT -HP-β-CD/MWNT修飾電極的阻抗大小順序?yàn)镸PT-HP-β-CD＞MPT-HP-β-CD/MWNT＞GCE＞MWNT,通過它們的半圓直徑來估算它們的阻抗，分別為900、523、93和64 Ω。MPT-HP-β-CD＞GCE是由于電極表面的HP-β-CD膜阻礙了MPT+與電極的接觸，抑制了電極表面的電化學(xué)反應(yīng)，但MPT-HP-β-CD＞MPT-HP-β-CD/MWNT，則是因?yàn)轸然腗WNT具有良好親水性、導(dǎo)電性和大的比表面積，既能和電極表面緊密相連,又能與MPT-HP-β-CD緊密相連，該復(fù)合材料中MWNT的存在提高了MPT-HP-β-CD/MWNT的導(dǎo)電性和電子傳遞的速率。

圖6　羧基化MWNTs(a,b)和MPT-HP-β-CD/MWNT催化劑(c,d)的TEM照片F(xiàn)ig.6　TEM images of MWNTs(a,b)and MPT-HP-β-CD/MWNT catalyst(c,d)

圖7　修飾電極和玻碳電極在溶液中的阻抗圖及其等效電路圖Fig.7　Nyquist plots of modified GC and GCE

2.2MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極催化的催化活性

2.2.1氧化GSH

在圖8A中可以清楚地看到MPT、MPT-HP-β-CD、MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極在中性的PBS溶液中含有一對可逆的MPT氧化還原峰。MPT氧化還原電位相比MPT-HP-β-CD的氧化還原電位右移，這說明HP-β-CD成功的將MPT包結(jié)在空腔內(nèi)，且MPT在HP-β-CD中可以自由的移動[29]。而MPTHP-β-CD/MWNT的氧化還原電位介于MPT與MPT-HP-β-CD之間，這說明MPT-HP-β-CD成功的負(fù)載在MWNT表面，由于MWNT良好的導(dǎo)電性，以及MPT-HP-β-CD與MWNT之間的相互作用，使得電位向左移動。圖8B展現(xiàn)的是GCE，MWNT，MPTHP-β-CD，MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極對GSH的催化能力，可以看到GCE和MWNT修飾電極對GSH沒有催化效果，MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極的電流是MPT-HP-β-CD修飾電極的2.1倍，氧化電位從0.6 V左移至0.56 V，左移40 mV。這說明高效檢測GSH的催化劑被成功制備。由圖8C可以看出MPT-HP-β-CD/MWNT催化活性明顯高于MPTHP-β-CD。這可能是由于具有良好導(dǎo)電性的MWNT提高了電子傳遞速率。

2.2.2溫度、掃速和pH值對MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極催化活性的影響

不同溫度下，催化劑展現(xiàn)出不同的催化活性，比如生物酶在高溫下會失去活性，從而催化效果降低[30]，因此研究溫度的影響是非常重要的。而且可以通過阿侖尼烏斯公式計(jì)算出反應(yīng)進(jìn)行所需的活化能，進(jìn)一步證明催化劑的催化活性。圖9A顯示的是不同溫度下，MPT-HP-β-CD/MWNT催化劑對GSH的催化能力，隨著溫度的升高，氧化峰電流逐漸增大；以峰電流的對數(shù)和溫度的倒數(shù)作圖，得到線性直線如圖9B所示，具有極好的線性關(guān)系，R2= 0.998 5，線性方程為y=8.164-1 987.532x，根據(jù)阿侖尼烏斯公式[31]ln i=-Ea/(RT)+B，可以計(jì)算出該反應(yīng)所需的活化能為16.5 kJ·mol-1，這與我們之前工作測得MPT-HP-β-CD催化氧化GSH的活化能38.92 kJ·mol-1相比降低了1倍左右[32]。進(jìn)一步證明了MPTHP-β-CD/MWNT比MPT-HP-β-CD更容易催化氧化GSH。

圖10A是MPT-HP-β-CD/MWNT在不同掃速下的CV曲線，隨著掃速的減小，氧化還原峰電流逐漸降低。在掃速為100 mV·s-1時(shí)，Ep=|Epa-Epc|=90 mV。以氧化峰電流和還原峰電流為縱坐標(biāo)，以掃速的平方根為橫坐標(biāo)作圖，得到兩條線性良好的直線(圖10B)，線性相關(guān)系數(shù)為R2=0.997 7，這意味著該反應(yīng)過程受擴(kuò)散控制[33]。

pH值對催化反應(yīng)的催化活性有非常大的影響，因此，研究了MPT-HP-β-CD/MWNT催化劑的最適pH值。圖11A是不同pH值下，MPT-HP-β-CD/ MWNT對GSH的CV曲線。從圖11B可以看到隨著pH值的變化，峰電壓幾乎不變。但是峰電流在pH=7.0的時(shí)候達(dá)到最大值，同時(shí)向兩邊減小。因此，選擇pH=7.0為該工作的實(shí)驗(yàn)最適條件。

2.2.3MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極對GSH的計(jì)時(shí)電流響應(yīng)

圖8　(A)GCE電極(a)、MPT(b)、MPT-HP-β-CD(c)、MPT-HP-β-CD/MWNT(d)修飾電極在PBS溶液中的CV曲線; (B)GCE電極(a)、MWNT(b)、MPT-HP-β-CD(c)、MPT-HP-β-CD/MWNT(d)修飾電極在含有9.6 μmol·L-1GSH的PBS(pH=7.0)溶液中的CV曲線(掃速50 mV·s-1);(C)MPT-HP-β-CD(a)和MPT-HP-β-CD/MWNT(b)修飾電極催化GSH的i-t曲線(氧化電位:0.58 V vs Ag/AgCl)Fig.8(A)CV curves of GCE(a)and MPT(b),MPT-HP-β-CD(c),MPT-HP-β-CD/MWNT(d)modified GC;(B)GCE(a) and MWNT(b),MPT-HP-β-CD(c),MPT-HP-β-CD/MWNT(d)modified GC in 9.6 μmol·L-1GSH+0.1 mol·L-1PBS(pH=7.0)solution(Scan rate:50 V·s-1);(C)Chronoamperometric responses of 16 μmol·L-1GSH at (a)MPT-HP-β-CD,(b)MPT-HP-β-CD/MWNT modified GC(Potential applied:0.58 V vs Ag/AgCl)

圖9　(A)不同溫度下288～333 K(間隔5 K),MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極在0.1 mol·L-1PBS (pH=7.0)+9.6 μmol·L-1GSH溶液中的CV曲線；(B)ln i與1/T的線性關(guān)系Fig.9(A)CVs of MPT-HP-β-CD/MWNT modified GC in 0.1 mol·L-1PBS+9.6 μmol·L-1GSH solution(pH=7.0) at different temperature(288～333 K,interval:5 K);(B)Linear relation between lni and 1/T

圖10　(A)不同掃速條件下MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極在0.1 mol·L-1PBS(pH=7.0)溶液中的CV曲線; (B)峰電流與掃速平方根的線性關(guān)系Fig.10(A)CVs of MPT-HP-β-CD/MWNT modified GC in 0.1 mol·L-1PBS solution(pH=7.0)at different scan rates; (B)Plots of peak current against square root of scan rate

圖11　(A)不同的pH值(3～9)條件下,MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極在9.7 μmol·L-1GSH+0.1 mol·L-1PBS溶液中的CV曲線;(B)峰電流、峰電壓與pH值的關(guān)系Fig.11(A)CVs of MPT-HP-β-CD/MWNT modified GC in 9.7 μmol·L-1GSH+0.1 mol·L-1PBS solution at different pH values(3～9);(B)Plots of peak current and Potential against pH value

圖12　(A)MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極催化氧化GSH的i-t曲線;(B)響應(yīng)電流與GSH濃度的關(guān)系曲線Fig.12(A)Chronoamperometric response of MPT-HP-β-CD/MWNT modified GC to GSH;(B)Calibration curve of oxidation currents on different concentrations of GSH

MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極對GSH具有很高的催化氧化活性。因此，采用時(shí)間-電流(i-t)法對不同濃度的GSH進(jìn)行檢測。在恒電位0.56 V條件下，在0.1 mol·L-1PBS(pH=7.0)溶液中連續(xù)加入2μmol·L-1GSH溶液，得到比較穩(wěn)定的響應(yīng)電流。如圖12A所示，隨著GSH的不斷增加，響應(yīng)電流逐漸增大，這說明MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極對GSH濃度的變化具有很好的快速的電流響應(yīng)。以響應(yīng)電流對GSH的濃度作圖(圖9B)，在濃度為5×10-7～4.95×10-5mol·L-1的濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。線性方程為i/μA=0.152 4+0.0581 6c/(μmol· L-1)(R2=0.998 5)，檢出限為3.96×10-8mol·L-1(S/N=3)。

2.2.4MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極的抗干擾測試、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性

在0.1 mol·L-1PBS溶液(pH=7.0)中，加入抗干擾物質(zhì)后對GSH進(jìn)行測定，結(jié)果如圖13所示。20倍濃度的果糖、淀粉、甘氨酸、葡萄糖等物質(zhì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果不產(chǎn)生干擾，響應(yīng)電流幾乎不變，可見催化劑具有良好的抗干擾能力。

圖13　MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極在干擾物質(zhì)存在的條件下對不同濃度GSH的i-t曲線Fig.13　Chronoamperometric response of MPT-HP-β-CD/ MWNT modified GC to various concentrations of GSH with different interfering compounds

利用同一根MPT-HP-β-CD/MWNT修飾的玻碳電極在含0.96 μmol·L-1GSH的0.1 mol·L-1PBS溶液中平行測定10次，測得氧化峰電流值的大小相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%，這證明MPT-HP-β-CD/ MWNT修飾電極重現(xiàn)性良好。對該電極進(jìn)行儲存實(shí)驗(yàn)，將修飾電極放置于4℃下冰箱中保存，每天檢測陽極氧化峰電流，發(fā)現(xiàn)21 d后電流下降到92.5%，表明MPT-HP-β-CD/MWNT具有良好的穩(wěn)定性。

2.2.5實(shí)際樣品的檢測

修飾電極在0.1 mol·L-1PBS溶液中加入藥物還原型谷胱甘肽片進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示，回收率為97%～102%，表明構(gòu)建的修飾電極準(zhǔn)確度和精確度較好，可用于實(shí)際樣品的分析和檢測。

表1　修飾電極對藥物還原型谷胱甘肽片樣品的分析結(jié)果Table1　Results of oxidation of reduced GSH tablets on modified electrode

2.2.6MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極電催化氧化GSH的機(jī)理

圖14是MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極電催化氧化GSH的示意圖，其反應(yīng)機(jī)理可以解釋為：MPT失去電子后，變成·MPT+，然后與GSH反應(yīng)，生成GS·和MPT，即完成了對GSH的催化氧化[34]。電極與MPT-HP-β-CD之間有MWNT，它主要負(fù)責(zé)電極與MPT之間的電子傳遞，由于MWNT的導(dǎo)電性良好，因此可以加快電子的傳遞速率，從而加快反應(yīng)。

圖14　MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極電催化氧化GSH的示意圖Fig.14　Reaction scheme for the electric catalytic oxidation of GSH on MPT-HP-β-CD/MWNT modified electrode

3　結(jié)論

用兩步法成功地制備了MPT-HP-β-CD/MWNT催化劑，該催化劑對GSH展現(xiàn)出極好的催化氧化性能。MPT-HP-β-CD/MWNT修飾電極表現(xiàn)出一個(gè)很大的檢測范圍(5×10-7～4.95×10-5mol·L-1)，檢測限為3.96×10-8mol·L-1(S/N=3)?？垢蓴_實(shí)驗(yàn)還證明其對糖類具有很強(qiáng)的抗干擾能力。通過對實(shí)際樣品的檢測，表明構(gòu)建的催化劑準(zhǔn)確度和精確度較好，可用于實(shí)際樣品的分析和檢測。新型的MPT-HP-β-CD/MWNT催化劑在生物分析檢測低濃度的還原型谷胱甘肽方面將會有許多潛在的應(yīng)用。

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An Electrocatalyst Based on Carbon Nanotubes with a High Sensitivity for Detection of Reduced Glutathione

XIONG Le-Yan ZHANG Nan LI Xue-Ni GUO Zan-Ru＊ZHENG Long-Zhen＊
(Department of Chemistry and Chemical Engineering,East China Jiaotong University,Nanchang 330013,China)

10-Methylphenothiazine/2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin guest-host compounds were mixed with singlewalled carbon nanotubes to give composite materials MPT-HP-β-CD/MWNT by a two-step method,which were characterized by FT-IR,UV-Vis,fluorescence spectroscopy,Raman spectrum and TEM.The applications of these composite materials toward the catalytic oxidation of glutathione(GSH)were demonstrated by cyclic voltammetry measurements.These results proved that the presence of MWNT could improve the electrical conductivity and catalytic activity of the composite material.The influences of the pH value,temperature,and scan rate on the catalyst activity were examined.These studies suggest that the MPT-HP-β-CD/MWNT composite materials could be used for the electrochemical detection of GSH with good stability and reproducibility and high sensitivity.The optimal detection concentration is 5×10-7～4.95×10-5mol·L-1and the detection limit is 3.96×10-8mol·L-1(S/N=3).

glutathione;2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin;10-methylphenothiazine;multi-walled carbon nanotubes; electrochemical detection

O657.1

A

1001-4861(2016)11-1942-09

10.11862/CJIC.2016.225

2016-01-07。收修改稿日期：2016-09-07。

國家自然科學(xué)基金(No.21465011，51563009)、江西省青年科學(xué)基金(No.20151BAB213015)和江西省主要學(xué)科學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人計(jì)劃(No.20133BCB22007)資助項(xiàng)目。

＊通信聯(lián)系人。E-mail：guozanru@ecjtu.edu.cn，zlz@ecjtu.edu.cn