Pt/Ni—氧化石墨烯修飾電極用于萊克多巴胺測定*

牛司朋，馮亞娟，羅 蕾，楊云慧

(云南師范大學化學化工學院，云南昆明650500)

0 引言

苯乙醇胺類β2腎上腺素興奮劑，尤其是萊克多巴胺，應用于動物飼養能夠顯著提高動物酮體率，增加瘦肉比例，故俗稱為“瘦肉精”。但很容易殘留于動物內臟和肌肉中，通過食物鏈富集到人體，會對人身健康產生極大的危害。在我國屬于嚴禁在動物養殖過程中添加的藥物［1］。

目前，常用檢測萊克多巴胺的方法有:光譜分析法［2］、液相色譜—質譜法［3］、高效液相色譜法［4］、毛細管電泳法［5］、酶聯免疫吸附法(ELISA)［6］、化學發光免疫分析法(CLIA)［7］、膠體金免疫層析法［8］、電化學傳感器法［9］。其中，由于電化學傳感器法對物質檢測具有更高的響應性和靈敏度而被廣泛關注。

本文設計了一種簡單的電化學傳感器來檢測萊克多巴胺。通過Hummers WS和Offeman R E等人［10］的方法合成氧化石墨烯作為基底材料，用以增大玻碳電極的比表面積［11］，然后在氧化石墨烯修飾過的電極表面沉積Pt/Ni二元合金納米顆粒［12，13］制得電化學傳感器，并將其用于萊克多巴胺定量檢測。

1 實驗

1.1 氧化石墨烯制備

將一定量石墨與NaCl一起研磨，然后溶掉NaCl。將石墨粉加在濃硫酸中攪拌一定時間。控制溫度，加入一定量KMnO4并升溫攪拌。隨后加入一定量的蒸餾水于105℃下攪拌，最后加入一定量的H2O2溶液后結束整個反應。用5%的HCl和蒸餾水反復清洗純化后制得氧化石墨。

取一定量氧化石墨超聲分散在水中，使氧化石墨片層剝落，獲得棕色的分散溶液，然后再離心40 min，上層分散液即為氧化石墨烯(GO)的分散溶液。

1.2 修飾電極的制備

將玻碳電極(φ=3 mm)在金相砂紙上打磨至電極表面成光滑的鏡面，用α氧化鋁拋光粉拋光。依次浸入稀硝酸、乙醇、二次蒸餾水中各超聲洗滌5 min，晾干。

在預處理好的玻碳電極上滴涂5μL氧化石墨烯溶液，過夜備用。依次取4mL 0.2 mol/L的NaSO4，4mL 50 mmol/L的NiSO4和2 mL 0.5 mmol/L的HPtCl4·4H2O混合于燒杯中，將GO/GCE浸于溶液內，在-0.8 V恒電位沉積300 s，即制得Pt/Ni二元合金—氧化石墨烯納米復合材料修飾的電極。用二次蒸餾水沖洗電極，不用時置于0.1 mol/L的HClO4溶液上方保存。

1.3 檢測方法

將該傳感器置于10mL 0.1mol/L的HClO4支持電解液中，在0～1.0 V電位范圍下測得空白差分脈沖伏安(DPV)曲線。分別加入不同濃度的萊克多巴胺，攪拌并富集72 s。于0～1.0 V電位范圍內測定萊克多巴胺的DPV曲線，扣除空白得到響應峰電流值。

2 結果與討論

2.1 氧化石墨烯形貌表征

用高倍透射電鏡觀察了氧化石墨烯的微觀形貌特征。由高倍透射電鏡可看到氧化石墨烯呈薄片結構，如圖1。

圖1 氧化石墨烯的高倍透射電鏡圖Fig 1 High power transmission electron microscope images of graphene oxide

2.2 Pt/Ni二元合金—氧化石墨烯納米復合物的能譜分析

圖2為電極表面修飾的Pt/Ni二元金屬—氧化石墨烯復合物的能譜圖，能譜分析證實了Pt和Ni分布在復合膜中。

圖2 電極表面修飾的Pt/Ni一氧化石墨烯能譜分析Fig 2 EDS analysis of the Pt/Ni-graphene oxide modified on the surface of electrode

2.3 測試底液的選擇

考察了7.5×10-5mol/L的萊克多巴胺在0.1 mol/L的PBS和HClO42種底液中的響應。如圖3，表明在HClO4底液中響應良好，有較好的峰形，而在PBS底液中幾乎沒有峰電流響應。因此，選擇0.1 mol/L的HClO4作為該電化學傳感器測試萊克多巴胺的底液。

圖3 萊克多巴胺在兩種不同溶液中的DPV曲線Fig 3 DPV curve of ractopamine in two types of solutions

2.4 Pt/Ni的協同作用

考察了在電極表面修飾氧化石墨烯后，沉積金屬對響應電流的影響如圖4。從圖中可看出:同時沉積Pt/Ni后的響應優于單獨沉積Pt或Ni時的催化效果，表明Pt/Ni對萊克多巴胺具有協同催化作用。

圖4 Pt，Ni對電極響應的協同作用Fig 4 Synergistic effect of Pt，Ni on the response of electrode

2.5 修飾電極的電化學行為

考察了電極在含有不同濃度的萊克多巴胺的底液中的循環伏安(CV)行為如圖5。該電極在0.2～0.6 V電位范圍內對萊克多巴胺具有良好的電催化響應。

圖5 不同濃度萊克多巴胺在Pt/Ni-GO/GC電極上的CV響應曲線Fig 5 CV response curves of different concentration of ractopamine on Pt/Ni-GO/GC electrode

改變不同的掃描速度，考察了該電極在含有4.0×10-5mol/L的萊克多巴胺支持底液中的CV行為，如圖6。從內置圖可以看出:氧化還原電流與掃描速度的平方根(v0.5)呈線性相關，說明此電流為擴散控制電流。

2.6 實驗條件的優化

2.6.1 Pt/Ni二元金屬沉積時間對響應電流的影響

考察了沉積時間對傳感器響應電流的影響，結果見圖7。沉積為300 s的響應電流最高，本實驗選擇沉積時間300 s。

2.6.2 富集時間對響應電流的影響

圖6 掃描速度對電化學傳感器響應的影響(從 a～ e:掃描速度分別是100，80，60，40，20 mV/s)，內置圖為氧化還原電流與掃描速度的平方根的線形曲線Fig 6 Effect of scanning rate on response of the electrochemical sensor(from a to e:scanning speed is 100，80，60，40，20mV/s)，The inset diagram shows linear curve of oxidation-reduction current vs square root of scanning speed

圖7 沉積時間對響應電流的影響Fig 7 Effect of depositing time on response current

考察了樣品在傳感器上的富集時間對響應電流的影響。結果如圖8，由圖得出最佳富集時間是72 s。

圖8 富集時間對響應電流的影響Fig 8 Effect of concentration time on current response

2.7 電化學傳感器的響應性能

在最優實驗條件下，逐次測定不同濃度梯度的萊克多巴胺得到校準曲線，如圖9。

測定萊克多巴胺的線性范圍是1.98×10-7～2.67×10-4mol/L，檢測下限為6.66×10-8mol/L。其中，線性回歸方程為:i=2.9869 lg C+1.3466;相關系數為0.9949。

2.8 傳感器的重復性

在0.1 mol/L HClO4緩沖溶液中考察了該傳感器的重復性。用同一傳感器連續3次測定同一濃度的萊克多巴胺，其峰值電流的相對標準偏差為0.31%。說明傳感器重復性較好。

2.9 抗干擾性

圖9 傳感器在不同萊克多巴胺濃度下的校正曲線Fig 9 Calibration curves of the sensor in different ractopamine concentration

為了考察傳感器的抗干擾能力，在最優化的測定條件下，在含有0.1μmol/L萊克多巴胺的HClO4底液中，分別加入不同濃度的葡萄糖、丙氨酸、甘氨酸、抗壞血酸等4種可能的干擾物質，結果見表1。表明以上物質對該電化學傳感器的檢測結果都沒有明顯影響，說明此傳感器具有優良的抗干擾性能。

表1 電化學傳感器的干擾測試Tab 1 Interference test of electro chemical sensor

2.10 樣品分析

為了考察該傳感器的實用性，在豬尿中加入萊克多巴胺標準品進行回收測試實驗，結果見表2。說明該傳感器可用于萊克多巴胺的檢測。

表2 豬尿樣品中萊克多巴胺回收測試Tab 2 Recovery testing of ractopamine in pig urine sample

3 結束語

將氧化石墨烯修飾到電極表面用以增加金屬Pt，Ni的沉積量，而沉積Pt，Ni對萊克多巴胺具有良好的協同催化效果，可以用作萊克多巴胺的催化氧化材料構建電化學傳感器。通過優化條件，提高了Pt/Ni二元金屬合金/GO/GC電極的靈敏度和響應性能，降低了干擾物質的影響。實驗證明:該電極具有較寬的檢測線性范圍和較低的檢測下限，為檢測萊克多巴胺提供了一種靈敏穩定的方法。

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