銅修飾復合電極檢測H2O2

王　娜，馬永均，鐵珍珍

(西北師范大學化學化工學院，甘肅　蘭州　730070)

?

銅修飾復合電極檢測H2O2

王娜，馬永均，鐵珍珍

(西北師范大學化學化工學院，甘肅蘭州730070)

以銅修飾氰橋配位聚合物復合玻碳電極(CuCME)為工作電極，利用陰極溶出伏安法檢測H2O2。實驗結果證明，該復合修飾電極是對H2O2有較好的感應，檢測H2O2有較明顯的峰形，操作簡單快捷。在最佳的實驗條件下，H2O2的峰電流值和其濃度在0.5～160 mM的范圍內呈雙對數的線性關系，線性相關系數達到0.9986。此外，該復合修飾電極在靈敏度，重現性和穩定性等方面都有很好的性能。

雙氧水；復合電極；銅修飾；陰極溶出伏安法

檢測H2O2在臨床、生物和工業生產中都非常重要，因為過量H2O2對人體和環境有很多危害。此外，H2O2還是氧化還原酶參與反應的產物[1]，通過檢測H2O2的濃度可以間接知道其他物質的含量。檢測目前檢測H2O2有很多方法：化學滴定法[2]，色譜法[3]，分光光度法[4]，化學發光法[5]和電化學法[6-8]等，其中電化學傳感器制備簡單、操作方便、檢測靈敏而被廣泛關注[9]。初期使用H2O2傳感器時，是用酶參與反應，雖然效果明顯但是酶容易變性失活，對pH和溫度要求高，使用過程繁瑣且價格昂貴，因此，現在無酶H2O2傳感器已經是一個熱門的領域，并且已經有很多的努力為此付出且卓有成效[10-11]。

因此，本文用電化學沉積的方法制備了一種新型的銅修飾氰橋配位聚合物復合玻碳電極，再利用陰極溶出伏安法研究了H2O2在該電極上的電化學行為。

1　實　驗

1.1儀器與試劑

所有的電化學實驗都在電化學工作站(CHI760B，上海辰華儀器公司)上進行，并采用三電極測試體系，以銅修飾復合電極(直徑為5 mm)為工作電極，鉑絲為對電極，Ag/AgCl(1 mol·L-1KCl)為參比電極。雙氧水(30%，國藥集團化學試劑有限公司)；鹽酸(優級純)；若無特別說明，其他試劑均為分析純。實驗用水為超純水。

1.2電極的處理與制備

首先，按常規方法將玻碳電極(ф=5 mm)預處理好，浸入由0.25 mM纈氨酸和100 mM PBS(pH 6.5)組成的修飾電解質中，在0.40～1.52 V(versus Ag/AgCl)電位內以200 mV·s-1速率CV掃描2圈。

然后，經過第一步修飾后的電極被沖洗干凈后浸入電鍍電解液中電鍍氰橋配位聚合物層,根據文獻[12], 第二步特殊的電解液(pH 2.65)中包括22.50 μmol硝酸銪，8.50 μmol順-4-環己烯-1,2-二羧酸，5.50 μmol鐵氰化鉀(III)，0.20 μmol硝酸鐵，并放入一氯乙酸緩沖溶液比色管中。在0.50～-0.25 V的電位范圍內CV掃描8段，掃速為85 mV·s-1。

1.3分析過程

支持電解質溶液是0.18 M的鹽酸+0.025 mg/mL Cu(II)溶液。差示脈沖陰極溶出伏安法(DPCSV)實驗參數分別是，脈沖振幅：50 mV，脈沖寬度：0.05 s，脈沖周期：0.2 s。根據實驗優化得到的最佳結果，每次實驗均在-0.50 V沉積20 s，經過2 s的靜息時間后，在-0.35 V～-0.75V的電位范圍內記錄示差脈沖伏安圖。在每次測量之前，工作電極都要在空白的支持電解質溶液中0 V下清洗20 s來除去前一次沉積所帶來的干擾。

2　結果與討論

2.1銅離子的影響

圖1　CuCME在0.18M HCl支持電解質中檢測1×10-3 MH2O2的DPCSV 伏安圖(-0.50 V沉積20 s)

實驗考察了支持電解質溶液中是否含有Cu(II)對檢測H2O2的影響。從圖1中可以明顯地觀察出，在其他條件相同的情況下，支持電解質中不含有Cu(II)時該復合修飾電極檢測H2O2時幾乎無電流，可是在支持電解質溶液中加入一定量Cu(II)時，會得到一個非常明顯的H2O2峰，并且電流很大，峰形較好。這說明有Cu(II)的參與時，該復合修飾電極能夠更靈敏地感應H2O2，因此使得電流響應信號更大。

2.2銅離子濃度的影響

上述實驗結果已經證明了Cu(II)參與反應可以顯著提高H2O2在CuCME電極上的DPCSV響應信號，因此Cu(II)濃度也是該復合修飾電極檢測H2O2重要因素之一。圖2為銅修飾復合電極檢測1×10-3M H2O2在0.18 M HCl和不同濃度Cu(II)的支持電解質溶液中峰電流趨勢圖，從圖2中可以看出，Cu(II)濃度太小，H2O2的峰電流響應信號非常小(圖1也證明了沒有Cu(II)，H2O2的峰電流響應信號很微弱)，Cu(II)濃度超過0.025 mg/mL時，H2O2的峰電流響應信號又略有降低，因此， 0.025 mg/mL為 Cu(II)的最佳濃度，在之后的實驗中均使用這個最佳量。

圖2　CuCME在0.18 M HCl支持電解質中檢測1×10-3 M H2O2的DPCSV峰電流和Cu(II)濃度間的關系圖(-0.50 V沉積20 s)

2.3支持電解質中HCl濃度的影響

選支持電解質的濃度在溶出分析中也是非常重要的條件，濃度的大小對分析物的峰電流的大小，形狀以及分析物的線性關系都是有影響的。此實驗考察了不同濃度的HCl對1×10-3M H2O2峰電流的影響，結果發現: 0.18 M的HCl會使CuCME檢測H2O2的電流信號最大，因此，CuCME在之后實驗中都選用這個最佳濃度。

2.4沉積電位和沉積時間的選擇

圖3、圖4是在0.18 M HCl中含0.025 mg/mL為 Cu(II)的支持電解質溶液中，CuCME檢測H2O2的溶出峰電流和沉積電位、沉積時間的關系圖。實驗考察了沉積電位從-0.40 V到-0.60 V的H2O2的溶出峰電流的趨勢圖，從圖3中可以看出，-0.50 V處的H2O2的溶出峰電流明顯高于其他的沉積電位的H2O2的溶出峰電流，因此最佳的沉積電位是-0.50 V。圖4則是沉積時間與H2O2的溶出峰電流的關系圖。因為CuCME檢測H2O2時能夠快速得到響應信號，所以沉積時間的優化點也相對緊密。從圖4中可以看出當沉積時間增長到60 s時， H2O2的溶出峰電流便不再增加，出現了平臺區，說明60 s的沉積就能使電極表面達到飽和。5～20 s的時間區間與H2O2的溶出峰電流近似成直線變化，且斜率最陡，因此，在以后CuCME檢測H2O2的實驗中的均選擇在-0.50 V的沉積電位下沉積20 s。

圖3　CuCME在0.18 M HCl中含0.025 mg/mL Cu(II)的支持電解質中檢測1×10-3 M H2O2的DPCSV峰電流和沉積電位的關系圖(沉積20 s)

圖4　CuCME在0.18 M HCl中含0.025 mg/mL Cu(II)的支持電解質中檢測1×10-3 M H2O2的DPCSV峰電流和沉積時間的關系圖(-0.50 V沉積)

2.5CuCME的性能驗證

圖5為在最佳條件下，CuCME測定H2O2差示脈沖伏安圖。由于線性區間內全部濃度所對應的H2O2的溶出峰電流值跨度大，在一張圖上無法清楚的顯示，因此選擇其中的一段濃度區間(5.0×10-4～5.0×10-3M)DPCSV伏安圖做疊圖。從圖5中可以看出，隨著H2O2濃度的增加，其還原峰電流成比例增加。在0.5～160 mM的濃度范圍內，H2O2還原峰電流的對數與其濃度的對數的大小呈良好線性的關系(圖6)，線性回歸方程為logIp(A)=-2.293+0.881logCH2O2(M)，R2=0.9986。這說明此銅修飾復合電極能在一段較高的濃度區域內快速地測定H2O2，且線性范圍近似3個數量級。

圖5　不同濃度的H2O2在CuCME上的示差脈沖伏安圖

圖6　H2O2的溶出峰電流和濃度間的標準曲線

2.6電極的重現性和穩定性

本實驗還考察了重復測定5×10-3M H2O2時CuCME的重現性，及其穩定性。結果表明在該復合修飾電極上 H2O2溶出峰電流的相對標準偏差為2.8%，這說明用此復合膜修飾電極對H2O2的測定具有良好重現性。用同一支CuCME測定同一濃度 H2O2，結果表明：同一支電極可以連續使用三周，電流基本保持不變，且峰形、峰位也沒有改變，這表明銅修飾復合電極可以長期使用而不降低電流響應信號。

2.7干擾實驗

在測定H2O2實驗中，影響檢測準確性的一個重要因素就是共存干擾物。實驗證明對于1×10-3M H2O2, 當誤差在±5%范圍內，下列物質不干擾測定：乙醇無影響，葡萄糖(2000 mg/L)，Na2SO4(1400 mg/L)，KNO3(1000 mg/L)，酒石酸(1000 mg/L)，檸檬酸(1000 mg/L)，尿素(750 mg/L)，L-谷氨酸(700 mg/L)，抗壞血酸(100 mg/L)。

3　結　論

本實驗以銅修飾氰橋配位聚合物復合玻碳電極(CuCME)為工作電極測定H2O2。從DPCSV伏安曲線上證明，H2O2在一段較寬的濃度范圍內的峰電流與各自的濃度呈雙對數的線性關系，而且在此H2O2傳感器重現性好，穩定性高，能夠簡單、快速地測定較大濃度的H2O2。

[1]歐朝鳳，袁若，柴雅琴,等. 基于硫瑾/碳納米管修飾金電極的過氧化氫生物傳感器[J]. 分析化學研究簡報, 2007, 35(7): 1011-1014.

[2]E C Heudis, H Romeyn. Accuracy of determination of hydrogen peroxide by cerate oxidimetry [J].Analytic Chemistry, 1954, 26(2): 320-325.

[3]S Effkemann, U Pinkernell, U Karst. Peroxide analysis in layndry detergents using liquid chromatography [J]. Analytical ChimicaActa, 1998, 363(1): 97-103.

[4]范華峰, 張忠義, 劉振林. 分光光度法測定食品中過氧化氫[J]. 中國衛生檢驗雜志, 2006, 6(9): 1079-1080.

[5]K Nakashima, K Maki, S Kawaguchi, et al. Peroxyoxalate chemiluminescence assay of hydrogen peroxide and glucose using 2,4,6,8-tetrathiomorpholinopyrimido[5,4,d]-pyrimdine as a fluorescent component [J]. Analytical Aciences, 1991, 7(5): 709-713.

[6]B Wang, J J Zhang, Z Y Pana, et al. A novel hydrogen peroxide sensor based on the direct electron transfer of horseradish peroxidase immobilized on silica-hydroxyapatite hybrid film [J]. Biosensors and Bioelectronics, 2009, 24(5): 1141-1145.

[7]X Lu, J Zhou, W Lu, et al. Carbon nanofiber-based composites for the construction of mediator-free biosensors [J]. Biosensors and Bioelectronics, 2008, 23(8): 1236-1243.

[8]姚飛, 賈麗萍, 霍瑞偉, 等. 納米銀/ds-DNA/聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)復合膜修飾電極的制備及應用于過氧化氫無酶傳感器[J]. 傳感技術學報, 2013, 26(6): 762-768.

[9]M P N Bui, X H Pham, K N Han, et al. Electrocatalytic reduction of hydrogen peroxide by silver particles patterned on single-walled carbon nanotubes [J]. Sensors and Actuators B: Chemical, 2010, 150(1): 436-441.

[10]W Gao, W W Tjiu, J Wei, et al. Highly sensitive nonenzymatic glucose and H2O2sensor based on Ni(OH)2/electroreduced grapheme oxide-Multiwalled carbon nanotube film modified glass carbon electrode[J]. Talanta, 2014, 20: 484-490.

[11]B Zhao, Z Liu, W Fu, et al. Construction of 3D electrochemically reduced graphene oxide-silver nanocomposite film and application as nonenzymatic hydrogen peroxide senso [J].Electrochemistry Communications, 2013, 27: 1-4.

[12]Y Ma, Z Jin, B Peng, et al. Investigation of direct electrooxidation behavior of NADH at a chemically modified glassy carbon electrode[J].Journal of the Electrochemical Society, 2015, 162(6): H317-H320.

Cu Modified Composite Electrode for Determination of H2O2

WANGNa,MAYong-jun,TIEZhen-zhen

(College of Chemistry & Chemical Engineering, Northwest Normal University, Gansu Lanzhou 730070, China)

The Cu modified cyano-bridged mixed coordination polymer composite glassy carbon electrode (CuCME) as working electrode to determine H2O2by cathodic stripping voltammetry. The experimental results showed that the CuCME had good reponse and distinct peak shape for determination H2O2, and the operation was simple and quick. What’s more, under the optimum conditions, the peak current value and concentration (0.5～160 mM) of H2O2presented the double logarithm linear relationship and the linear correlation coefficient was 0.9986. In addition, the CuCME had excellent properties of sensitivity, reproducibility and useable endurance.

H2O2; composite electrode; Cu modified; cathodic stripping voltammetry

O657.1

B

1001-9677(2016)07-0116-03