石墨烯／聚苯胺复合膜修饰玻碳电极测定多巴胺

许 嫔，魏福祥，张尚正，何 礼，刘亚芹，闫 珂

（1.河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018；2.河北省污染防治生物技术实验室，河北石家庄 050018）

石墨烯／聚苯胺复合膜修饰玻碳电极测定多巴胺

许 嫔1，2，魏福祥1，2，张尚正1，2，何 礼1，2，刘亚芹1，2，闫 珂1，2

（1.河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018；2.河北省污染防治生物技术实验室，河北石家庄 050018）

采用原位聚合法制备石墨烯／聚苯胺复合物，利用X射线衍射技术和红外光谱进行表征，通过滴涂法制备修饰电极，对多巴胺进行电化学测定。分别对支持电解质、p H值和扫描速率等实验条件进行了优化，建立了测定多巴胺的新方法。实验结果表明，经石墨烯／聚苯胺修饰后的玻碳电极对多巴胺具有很好的催化氧化作用。在0.1 mol／L磷酸盐缓冲溶液中（p H值为4.0），多巴胺的线性响应范围为8.0×10－7～5.0×10－3mol／L，相关系数为0.994，检出限为9.8×10－8mol／L。该法用于实际样品中多巴胺的测定，回收率为97.1%～103.4%。

修饰电极；石墨烯；聚苯胺；多巴胺；电催化

许 嫔，魏福祥 ，张尚正，等.石墨烯／聚苯胺复合膜修饰玻碳电极测定多巴胺［J］.河北科技大学学报，2014，35（2）：139-143.

XU Pin，WEI Fuxiang，ZHANG Shangzheng，et al.Electrochemical detection of dopamine on the graphene／polyaniline composite film modified electrode［J］.Journal of Hebei University of Science and Technology，2014，35（2）：139-143.

聚苯胺是常见的导电聚合物之一，具有电导率好、活性位点多等优势，被认为是优良的传感材料［1－3］。石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有优异导电性［4］、高机械强度及较大比表面积等特点，在能源储存、传感器及修饰电极等领域具有广泛的应用前景［5－6］。研究表明，石墨烯与聚苯胺复合，可以综合利用两者优点，使得复合物的热学、力学、电子效应显著增强，并具有良好的电化学稳定性［7］。

多巴胺（DA）是一种哺乳动物中重要的神经传递物质，在机体内含量的多少与多种病症如癫痫、精神分裂症和帕金森氏症等息息相关［8－9］，对其测定方法的研究具有重要意义。由于DA分子内含有2个易被氧化的酚羟基，是一种具有电化学活性的物质，所以采用电化学方法检测DA被广泛关注［10］。然而，DA在裸电极时过电位高、灵敏度低、响应慢。为解决这些问题，化学修饰电极得到了广泛应用，尤其是关于纳米材料及其二次复合材料修饰电极测定DA的研究较多［11－19］。

本文制备了石墨烯／聚苯胺复合膜修饰电极，研究了该修饰电极对DA的电化学响应，优化了测定DA的测定条件，建立了一种测定多巴胺的电化学新方法。该电极制备简单，稳定性和重现性好，用于注射液中多巴胺的测定，结果令人满意。

1 实验部分

1.1 仪器与主要试剂

Reference 600电化学工作站，美国Gamry公司提供；三电极系统，Ag-AgCl电极为参比电极，铂丝为对电极，修饰电极为工作电极；D／MAX-2500型X射线衍射仪，日本Rigaku公司提供。

石墨粉，苯胺，天津博迪化工股份有限公司提供；石墨烯，自制；过硫酸铵，高锰酸钾，硼氢化钠，天津市永大化学试剂有限公司提供；多巴胺，Sigma公司提供；磷酸盐缓冲液，由磷酸氢二钠和柠檬酸按比例配制；所有试剂均为分析纯，实验用水均为二次蒸馏水。

1.2 石墨烯／聚苯胺复合物的制备

1.2.1 石墨烯的制备

采用改进的Hummers法［15］制备氧化石墨。将制备的氧化石墨超声分散于水中，然后加入1 g NaBH4，超声30 min，用Na2CO3调节p H值至10，于80℃加热1.5 h，得到黑色的絮状沉淀。抽滤，用二次水和乙醇反复洗涤，于50℃真空干燥24 h，研磨得到石墨烯粉末。

1.2.2 石墨烯／聚苯胺复合物的制备

采用原位聚合的方法［4，16］制备石墨烯／聚苯胺复合物。在0℃下，加入50 m L浓度为2 mo L／L的盐酸、4.6 m L苯胺和一定量的石墨烯置于三口瓶中，超声震荡30 min，然后滴加50 m L浓度为1 mo L／L的过硫酸铵溶液，控制反应温度低于5℃，滴完后搅拌1 h。抽滤，再分别用二次水、丙酮洗涤至滤液无色，于60℃真空干燥24 h，得到石墨烯／聚苯胺复合物。

1.3 修饰电极的制备

取6 mg制备的石墨烯／聚苯胺复合物超声分散于6 m L水中，得到均一的悬浮液。将玻碳电极依次在湿润的Al2O3（0.5μm和0.03μm）粉末上抛光成镜面。然后依次用硝酸、无水乙醇、二次水超声波清洗3 min，于室温下自然晾干。用微量进样器取8μL悬浮液，滴涂于玻碳电极表面，于红外灯下烘干即制得石墨烯／聚苯胺复合膜修饰电极。

1.4 电化学测试

在含适量DA的磷酸盐缓冲溶液（PBS）中，以修饰电极为工作电极，Ag-AgCl电极为参比电极，铂丝为对电极，在－0.3～0.8 V电位范围内，以50 m V／s的扫描速率扫描，记录循环伏安图，测定DA的峰电流和峰电位。

2 结果与讨论

2.1 石墨烯／聚苯胺复合物的表征

2.1.1 石墨烯／聚苯胺复合物的XRD表征（见图1）

由图1可知，石墨烯／聚苯胺复合物在2θ＝22°附近出现了较宽的衍射峰，该峰为无定形聚苯胺的特征峰。在2θ＝26°附近出现的峰与石墨烯相比，没有那么尖锐，强度减弱，且该峰向较高波数发生了移动。这是由于聚苯胺被吸附在石墨烯薄片上，石墨烯与聚苯胺之间存在相互作用力，而聚苯胺的结晶峰在25°附近［17］，因此该峰为聚苯胺结晶峰与石墨烯特征峰叠加的结果。

2.1.2 石墨烯／聚苯胺复合物的红外光谱（见图2）

图1 XRD谱图Fig.1 XRD patterns

图2 红外光谱图Fig.2 FTIR spectra

图2中曲线a为石墨烯的红外光谱图，在3 418 cm－1处的吸收峰为水分子中—OH的伸缩振动峰；位于1 575，1 384，1 116 cm－1处的吸收峰分别归属于—C＝C—伸缩振动、C—OH的变形振动和C—O—C的伸缩振动。石墨烯／聚苯胺复合物的红外光谱见图2中的曲线b，1 384 cm－1处的吸收峰消失，出现了3个吸收峰，1 557 cm－1的吸收峰为醌式结构C—N吸收振动；1 244 cm－1和1 139 cm－1的吸收峰分别为醌式结构N原子伸缩振动和苯环上C—C伸缩振动。

2.2 DA在不同修饰电极上的循环伏安曲线

图3为不同的修饰电极在0.1 mmol／L DA溶液中的循环伏安行为（0.1 mol／L PBS，p H 值为4.0，扫描速率为50 m V／s）。

由图3可知，DA在裸电极（曲线a）上响应很弱，而DA在其他3种修饰电极上的峰电流较裸电极明显增加，并且氧化电位负移。在石墨烯／聚苯胺复合膜修饰电极上，DA的氧化还原峰电流变化最大，说明聚苯胺和石墨烯复合显著地提高了对DA检测的灵敏度。这主要是由于聚苯胺和石墨烯基底的协同作用，形成了更大的共轭体系，促进了电子在电极和DA之间的快速传递，强烈地催化DA在电极界面上的氧化反应。因此实验探讨采用石墨烯／聚苯胺复合膜修饰电极对DA进行电化学测定。

2.3 测定DA条件选择

2.3.1 支持电解质浓度影响

分别试验了多巴胺在浓度为0.05～0.3 mol／L的磷酸盐缓冲溶液中电化学响应。结果表明，在0.1 mol／L的磷酸盐缓冲溶液中，不仅响应电流最大，而且获得较好的氧化峰形。因此，选择0.1 mol／L的磷酸盐缓冲溶液为以后试验的支持电解质。

2.3.2 底液p H值的影响

在p H值为2.0～8.0的PBS溶液中，DA的氧化峰电位（Epa）随着p H值（Y）的增加明显负移，线性方程为Epa＝589.6－47.84Y，r＝0.996。说明DA氧化过程有质子参与。由于DA在p H值为4.0的PBS溶液中氧化电流最大，因此选择测定底液的p H值为4.0。

2.3.3 扫描速率的影响

图3 0.1 mmol／L DA在不同修饰电极上的循环伏安图Fig.3 CVs of 0.1 mmol／L DA at different electrodes

图4考察了在20～220 mV／s范围内扫描速率对多巴胺氧化电流的影响（底液含有0.1 mmol／L DA的磷酸盐缓冲液（p H 值为4.0）；曲线a—曲线j表示扫描速率分别为20，30，50，80，100，120，150，180，200，220 mV／s）。结果表明：氧化峰的电位随着扫描速率的增加而正移，氧化电流（Ipa）随着扫描速率（v）的增大而增大，Ipa～v1／2呈线性增长关系，相关系数为0.993。说明DA在该修饰电极上的电化学反应过程受扩散速度控制。扫描速率过大时灵敏度会降低，扫描速率为50 mV／s时，峰形稳定，信噪比好，因此选择50 mV／s为最佳扫描速率。

2.4 电极的重现性和稳定性

利用石墨烯／聚苯胺修饰电极对0.1 mmol／L的DA平行测定10次，其峰电流值的相对标准偏差为1.2%，表明该电极具有较好的重现性。将上述电极室温下放置10 d后，再对相同浓度的DA进行测定，峰电流值下降7.1%，表明该电极具有良好的稳定性。

2.5 抗坏血酸存在下的多巴胺的电化学响应

考察了生物样品中共存的抗坏血酸（AA）对多巴胺测定的影响。在－0.3～1.2 V电位范围内，50 m V／s扫描速率下，对AA和DA的混合液进行循环伏安扫描。实验结果表明，对于AA和DA的混合液，在裸玻碳电极上只出现一个大且宽的氧化峰，AA和DA的电信号是无法区分的；而在复合膜修饰电极上，AA和DA的电信号得到明显的分离，两者的峰电位依次为Epa（AA）＝0.39 V，Epa（DA）＝0.67 V。固定 AA 的浓度为2.0×10－3mol／L，改变DA浓度，结果见图5。图5中曲线a—曲线f表示DA 浓度分别为0.3，0.5，0.8，0.9，1.0，3.0 mmol／L。

图4 不同扫描速率下DA在GP／PANI修饰电极上的循环伏安图Fig.4 CVs of DA on GP／PANI modified electrode at different scan rate

由图5可知，随着DA浓度的增加，AA氧化电流仍保持不变，DA的氧化电流明显增加。混合液中DA的峰电位与单成分DA的氧化电位相比，发生了明显正移，说明此修饰电极可以用于抗坏血酸共存下测定多巴胺。

2.6 工作曲线和检出限

在最佳实验条件下，采用循环伏安法对多巴胺进行了测定。结果表明，该电极在较宽的DA浓度范围内具有好的电催化效果，DA在GP／PANI修饰电极上的氧化峰电流（Ipa）与浓度（c）在8.0×10－7～5.0×10－3mol／L范围内呈良好的线性关系，Ipa＝20.12＋2.63×105c，r＝0.994，检出限为9.8×10－8mol／L。

2.7 样品分析

将一支盐酸多巴胺注射液（标示质量浓度为10 g／L，2 m L／支）定容至100 m L棕色容量瓶中，再移取1 m L定容至100 m L棕色容量瓶中，用p H值为4.0的磷酸盐溶液稀释至刻度。取适量置于电解池中，再按照实验方法进行测定，样品分析结果如表1所示。实验结果表明，样品的回收率为97.1%～103.4%，证明此修饰电极可用于实际样品中多巴胺的测定。

表1 实际样品的分析结果（n＝5）Tab.1 Analysis results of real samples（n＝5）

图5 不同浓度的DA在0.5 mmol／L抗坏血酸共存下的循环伏安图Fig.5 CVs for different concentractions of DA in the presence of 0.5 mmol／L AA

3 结 语

制备了石墨烯／聚苯胺复合膜修饰电极，能有效提高多巴胺在电极表面的电子传递速率，对多巴胺具有很好的电催化氧化作用，多巴胺和抗坏血酸在该修饰电极上的氧化信号能得到明显地区分。在0.1 mol／L的磷酸盐缓冲溶液中（p H值为4.0），多巴胺的氧化峰电流与浓度在8.0×10－7～5.0×10－3mol／L范围内呈良好的线性关系，建立了测定多巴胺的新方法。制备的修饰电极具有良好的重现性和稳定性，可用于实际样品盐酸多巴胺注射液的测定。

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Electrochemical detection of dopamine on the graphene／polyaniline composite film modified electrode

XU Pin1，2，WEI Fuxiang1，2，ZHANG Shangzheng1，2，HE Li1，2，LIU Yaqin1，2，YAN Ke1，2
（1.School of Environmental Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China；2.Pollution Prevention Biotechnology Laboratory of Hebei Province，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

The graphene／polyaniline composite is synthesized by using an in situ polymerization procedure，and is characterized by XRD and FTIR.The composite is used to modify bare glass carbon electrode by drop-coating method，then dopamine（DA）is determined utilizing the composite film modified electrode via cyclic voltammetry.The experimental conditions，including the amount of supported electrolyte，p H value and scan rate，are optimized，and a new determination method of DA is established.The results show that the composite film modified electrode performs excellent electrocatalysis in redox behaviors of DA.In 0.1 mol／L phosphate buffer solution（p H 4.0），the anodic peak current of DA is linear with its concentration in the range of 8.0×10－7～5.0×10－3mol／L with the correlation coefficient of 0.994，and the limit of detection is 9.8×10－8mol／L.The proposed method is applied to determine DA in hydrochloride injection solution with recoveries of 97.1%～103.4%.

modified electrode；graphene；polyaniline；dopamine；electrocatalysis

O657.1

A

1008-1542（2014）02-0139-05

10.7535／hbkd.2014yx02005

2013-11-11；

2013-12-10；责任编辑：张士莹

国家自然科学基金（21106033）

许 嫔（1987-），女，河北藁城人，硕士研究生，主要从事电分析化学方面的研究。

魏福祥教授。E-mail：wfxsss＠126.com