氮掺杂碳纳米管复合L‑半胱氨酸修饰的玻碳电极的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种氮掺杂碳纳米管复合聚L‑半胱氨酸修饰的玻碳电极及其应用。本发明专利技术主要是制备电沉积的氮掺杂碳纳米管和电聚合的L‑半胱氨酸修饰玻碳电极，通过差分脉冲伏安法对茶碱和咖啡因进行灵敏的定量分析测定。实验结果表明，在0.01 mol/L pH=1.70的硫酸‑硫酸钠缓冲溶液中，该修饰电极对茶碱和咖啡因具有明显的催化和增敏作用，在最优条件下，采用差分脉冲伏安法测定，茶碱和咖啡因浓度分别在0.1‑70.0μM和0.4‑140.0μM范围内与其峰电流呈良好的线性关系，检出限分别达到0.04和0.20μM。该法用于茶碱缓释片和可乐样品中的茶碱和咖啡因的含量的测定，结果令人满意。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料电极的制备方法及其应用，特别涉及一种玻碳电极的制备方法及其应用，应用于对茶碱和咖啡因检测仪器和检测方法

技术介绍
茶碱，即THEO，化学名为1,3-二甲基黄嘌呤，作为一种甲基嘌呤类药物，被普遍用作辅助治疗药物，具有强心、利尿、扩张冠状动脉、松弛支气管平滑肌和兴奋中枢神经系统等作用。主要用于治疗支气管哮喘、肺气肿、支气管炎、心脏性呼吸困难。也被临床用作利尿剂，强心剂和放松肌肉弛缓药等，然而，人体存在高浓度的茶碱会有严重的有害副作用，所以必须控制茶碱的适当剂量。咖啡因，即CAF，化学名为3,7-二氢-1,3,7-三甲基氢嘌呤-2,6-二酮，作为一种生物碱，是从茶叶、咖啡果中提炼出来，广泛存在于药物、饮料和食物中。可以适度地使用，有祛除疲劳、兴奋神经的作用，临床上用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。过量的咖啡因可以破坏人体内的某些系统从而导致一些疾病，如：中枢神经系统、心血管、肠胃系统、呼吸和肾脏系统。由于茶碱和咖啡因在医学上也有广泛应用，但过量摄入也会带来的不良反应，如震颤、心动过速甚至死亡等。因此，找到一种简单，准确，快速的方法对他们进行同时测定，对于分析应用和诊断研究非常必要。目前，对茶碱和咖啡因同时进行检测的方法有毛细管电泳、高效液相色谱、荧光测定法、化学发光法和分光光度法，这些方法存在实验过程复杂、溶剂毒性大、灵敏度低等问题。电化学方法具有分析速度快、成本低、灵敏度高、选择性好、环保等优点，受到了普遍关注。由于茶碱和咖啡因这两种物质的氧化峰位置十分近，所以给检测造成了一定困难。由于电化学修饰电极法具有快速、准确、灵敏、便于携带等优点，且茶碱和咖啡因这两种物质都具电活性，故电化学修饰电极法被广泛应用于这两种物质的检测中，但对茶碱和咖啡因同时进行测量的结果还不能令人满意。利用氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰玻碳电极对茶碱和咖啡因这两种物质的同时检测还未见报道。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极的制备方法及其应用，氮掺杂碳纳米管由于氮原子是最常用的n型掺杂原子，它通过在费米面附近引入施主能级提高了碳纳米管的导电性。L-半胱氨酸是天然氨基酸中唯一具有活泼-SH基团的化合物，作为修饰剂具有良好的电化学活性。本专利技术通过电化学方法修饰在玻碳电极得到复合修饰电极，本专利技术过程非常简单，快速。此外，本专利技术制备的修饰电极对于测定茶碱和咖啡因表现出优异的电催化性能，能够对茶碱和咖啡因进行同时检测，成本低廉，应用前景乐观。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案：一种氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极的制备方法，采用电化学沉积法结合循环伏安法的两步法，在玻碳电极表面包覆有氮掺杂碳纳米管复合聚L-半胱氨酸的复合膜。作为本专利技术优选的技术方案，首先在+2.5V恒电位下对玻碳电极表面电沉积氮掺杂碳纳米管，然后在-0.8V-2.2V电位范围下使用循环伏安法，电化学聚合至少10圈，即在玻碳电极表面上结合氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸的复合膜。作为本专利技术进一步优选的技术方案，氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极的制备方法包括如下步骤：a.氮掺杂碳纳米管的修饰液的制备：将氮掺杂碳纳米管溶于乙二醇中配制成氮掺杂碳纳米管浓度为0.5～1.5mg/mL的悬浮液，超声分散不低于30min，待悬浮液均一稳定后，再取500μL分散后的悬浮液加入到10mL的浓度为0.1mol/L的KCl溶液中，超声分散不低于30min，得到氮掺杂碳纳米管的修饰液；b.L-半胱氨酸修饰液的制备：将L-半胱氨酸溶于浓度为0.1mol/L的磷酸缓冲溶液中，控制混合液的pH为7.0，配制成L-半胱氨酸浓度为5.0～15.0mmol的L-半胱氨酸修饰液；c.氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备：将处理干净的玻碳电极浸入到在所述步骤a所得氮掺杂碳纳米管的修饰液中，选择电位为+2.5V，控制电化学沉积时间不低于200s，在恒电位法下进行电化学沉积，在玻碳电极表面沉积一层氮掺杂碳纳米管硬膜，沉积后用二次蒸馏水将具有氮掺杂碳纳米管硬膜的玻碳电极淋洗干净；再将具有氮掺杂碳纳米管硬膜的玻碳电极浸入到所述步骤b中配制的L-半胱氨酸修饰液中，并且在电压为-0.8V-2.2V之间使用循环伏安法，电化学聚合至少10圈，在玻碳电极表面上结合氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸的聚合膜，再用二次蒸馏水清洗玻碳电极表面后，得到氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰玻碳电极。本专利技术在+2.5V恒电位下电沉积氮掺杂碳纳米管，在-0.8V-2.2V电位范围下电聚合10圈得到的聚合膜对两种物质的电催化性能为更优。一种本专利技术氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极的制备方法制备的复合膜玻碳电极的应用，利用复合膜玻碳电极，采用电化学检测方法，能同时检测待测液中的茶碱和咖啡因的浓度。作为本专利技术制备的复合膜玻碳电极的应用的优选技术方案，复合膜玻碳电极的应用包括如下步骤：①将氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极作为工作电极，将饱和甘汞电极作为参比电极，将铂片电极作为辅助电极，组成电化学检测用的三电极系统，②将在所述步骤①中制备的三电极系统置于pH为不高于1.7的硫酸-硫酸钠缓冲溶液中，电位在0～1.6V的电位范围内循环伏安法扫描十段以活化电极，当背景电流达到稳态后，采用差分脉冲伏安法，向硫酸-硫酸钠缓冲溶液中加入设定体积的待测液，对待测液中的THEO和CAF的浓度进行测定。作为本专利技术制备的复合膜玻碳电极的应用的进一步优选技术方案，在所述步骤②中，在利用三电极系统检测对待测液中的THEO和CAF的浓度进行测定时，利用差分脉冲伏安法，采用微量进样器，向硫酸-硫酸钠缓冲溶液中加入含茶碱和咖啡因的标准溶液，记录电流和电位，绘制电流-电位曲线；然后采用含茶碱和咖啡因不同溶液浓度的标准溶液，在不同茶碱和咖啡因溶液浓度下测得传感器对茶碱和咖啡因的电流响应值，并在茶碱和咖啡因浓度分别在浓度为0.1-70.0μM和0.4-140.0μM的范围内，得到电流分别与茶碱和咖啡因浓度的变化关系，绘制电流与浓度的线性关系曲线，其线性相关系数分别为R=0.9957和0.9959；然后向硫酸-硫酸钠缓冲溶液中加入设定体积的待测液，根据氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极对茶碱和咖啡因的响应电流，结合电流与浓度的线性关系曲线，通过计算得到待测液中的THEO和CAF的浓度，实现对待测液中的THEO和CAF的浓度的测定。作为本专利技术上述方案的进一步优选的技术方案，对茶碱和咖啡因的浓度的最低检测限分别为0.04μM和0.2μM。作为本专利技术上述方案的进一步优选的技术方案，应用于检测茶碱缓释片溶液中的和饮料中的茶碱和咖啡因的含量。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术提供一种氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极，并提供采用该的玻碳电极方法对茶碱和咖啡因的同时检测应用的方法，本专利技术利用了经过氮掺杂处理的碳纳米管，使其表面具有更多的活性基团，这更有利于聚合物复合在碳材料上形成复合物薄膜，也提高了聚合物的催化活性；利本专利技术用L-半胱氨酸中含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮掺杂碳纳米管复合L‑半胱氨酸修饰的玻碳电极的制备方法，其特征在于：采用电化学沉积法结合循环伏安法的两步法，在玻碳电极表面包覆有氮掺杂碳纳米管复合聚L‑半胱氨酸的复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极的制备方法，其特征在于：采用电化学沉积法结合循环伏安法的两步法，在玻碳电极表面包覆有氮掺杂碳纳米管复合聚L-半胱氨酸的复合膜。2.根据权利要求1所述氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极的制备方法，其特征在于：首先在+2.5V恒电位下对玻碳电极表面电沉积氮掺杂碳纳米管，然后在-0.8V-2.2V电位范围下使用循环伏安法，电化学聚合至少10圈，即在玻碳电极表面上结合氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸的复合膜。3.根据权利要求2所述氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰的玻碳电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.氮掺杂碳纳米管的修饰液的制备：将氮掺杂碳纳米管溶于乙二醇中配制成氮掺杂碳纳米管浓度为0.5～1.5mg/mL的悬浮液，超声分散不低于30min，待悬浮液均一稳定后，再取500μL分散后的悬浮液加入到10mL的浓度为0.1mol/L的KCl溶液中，超声分散不低于30min，得到氮掺杂碳纳米管的修饰液；b.L-半胱氨酸修饰液的制备：将L-半胱氨酸溶于浓度为0.1mol/L的磷酸缓冲溶液中，控制混合液的pH为7.0，配制成L-半胱氨酸浓度为5.0～15.0mmol的L-半胱氨酸修饰液；c.氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰玻碳电极的制备：将处理干净的玻碳电极浸入到在所述步骤a所得氮掺杂碳纳米管的修饰液中，选择电位为+2.5V，控制电化学沉积时间不低于200s，在恒电位法下进行电化学沉积，在玻碳电极表面沉积一层氮掺杂碳纳米管硬膜，沉积后用二次蒸馏水将具有氮掺杂碳纳米管硬膜的玻碳电极淋洗干净；再将具有氮掺杂碳纳米管硬膜的玻碳电极浸入到所述步骤b中配制的L-半胱氨酸修饰液中，并且在电压为-0.8V-2.2V之间使用循环伏安法，电化学聚合至少10圈，在玻碳电极表面上结合氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸的聚合膜，再用二次蒸馏水清洗玻碳电极表面后，得到氮掺杂碳纳米管复合L-半胱氨酸修饰玻碳电极。4.一种权利要求1所述氮掺杂碳纳米管复合L-...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁亚萍，王英子，欧阳小茜，李丽，杨华，廖兰凤，崔世强，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31