缓冲溶液之pH值对以含铜赤血盐修饰电极侦测过氧化氢的灵敏度之影响
The Effect of the pH of Buffer Solution on the Sensitivity of Detection of Hydrogen Peroxide for the Electrode Modified with Copper Hexacyanoferrate
萧佳政,林庭立,林浩
南台科技大学化学工程与材料工程系
摘要
此研究中采用含铜赤血盐来修饰碳糊电极.葡萄糖与氧气经酵素催化生成葡萄糖酸及过氧化氢,故本研究欲利用还原反应所产生之电流以侦测过氧化氢进而检测葡萄糖含量,其侦测原理(示於图一)即利用电极表面於固定之还原电位下释出电子,将电子传媒(mediator)变成还原态;再藉由电子传媒之还原态释出电子催化还原H2O2成H2O,而电子传媒将由还原态变成氧化态;利用所得之电流讯号之大小,即可计算出过氧化氢的含量,进而推算葡萄糖之浓度,故过氧化氢之侦测技术为一重要的研究主题.由於碳糊电极之制作方式较简便,且有利於制成网印电极,故本究
究进行碳糊电极之制备.本研究以含铜赤血盐与碳粉之比例为3 : 7制成之碳糊电极为工作电极,Ag/AgCl作为参考电极,圈绕之Pt丝作为辅助电极,所构成之三电极系统,连接电化学分析仪(CHI401A),在操作电位-200mV ,通氮除氧15分钟后,在温度30 ± 0.2 ℃下,并在固定搅拌速率(500rpm)下,以Time-Base(TB)模式,每100秒注入10 μL 100 mM H2O2 ,检测在不同pH值之PBS缓冲溶液中侦测过氧化氢之应答电流[ (A) pH = 4.0 (B) pH = 5.0 (C) pH= 6.0 (D) pH= 7.4 (E) pH= 8.0 ] .
过氧化氢感测器与葡萄糖感测器均为重要之研究主题,含铜赤血盐本身具有强催化性能,与具有导电性能的碳粉及碳浆制作成碳糊电极,藉以提升过氧化氢之应答电流,在磷酸盐缓冲溶液中侦测过氧化氢之应答电流,计算过氧化氢之浓度,而葡萄糖藉由葡萄糖氧化酵素的催化,可产生葡萄糖酸和过氧化氢,故可藉以推算葡萄糖之浓度.本研究运用共沉法制备含铜赤血盐粉体[含铜赤血盐:碳粉=3:7(重量比)],并运用含铜赤血盐来修饰碳糊电极,藉以提升催化还原过氧化氢之应答电流.在30℃,操作电位为-200mV ,搅拌速率为500rpm,以0.05 M磷酸盐缓冲溶液侦测过氧化氢之应答电流,当pH值为4.0,5.0,6.0,7.4,8.0时,灵敏度分别为152.124 μA / cm2 mM H2O2,147.403 μA / cm2 mM H2O2,140.347 μA / cm2 mM H2O2,136.658μA / cm2 mM H2O2,80.141 μA / cm2 mM H2O2 .结果显示pH值为4.0之灵敏度最高而人体血液之pH值约为7.4.故本研究进而实施碳糊电极在pH=4.0 与pH=7.4之磷酸盐缓冲溶液之侦测极限与线性范围之测试.在操作电位-200mV,搅拌速率500rpm,以0.05mM磷酸盐缓冲溶液(pH=4.0)侦测过氧化氢之应答电流,可得侦测极限为0.02 mM H2O2,线性范围为 0.02~2.8 mM H2O2, R2=0.9982,灵敏度为141.04μA/cm2 mM H2O2 ,平均应答电流为2.270μA .在操作电位-200mV,搅拌速率500rpm,以0.05mM磷酸盐缓冲溶液(pH=7.4)侦测过氧化氢之应答电流,可得侦测极限为0.02 mM H2O2,线性范围为 0.02~2.6 mM H2O2, R2=0.9945 ,灵敏度为121.606 μA/cm2 mM H2O2 ,平均应答电流为1.958μA .
图一 葡萄糖酵素电极之侦测原理
CuSO4 . 5H2O(aq)
(MERCK)
3(CuSO4.5H2O)+2〔K3[Fe(CN)6 〕 Cu3[Fe(CN)6]2 +3K2SO4 +15H2O
共沉法:
K3Fe(CN)6(aq)(MERCK)
Cu3[Fe(CN)6]2 (aq)
分离副产物
乾燥60℃ (48小时)
含铜赤血盐粉体
化学计量 3 : 2 莫耳比(mole ratio)
前言
实验方法
结果与讨论
图二 经含铜赤血盐修饰与未经修饰的碳糊电极之CV图 [於5 mL 含 0.1 M KCl 之0.05 M PBS 中, pH = 7.4 (A) 为含铜赤血盐修饰(均质机搅拌)之碳糊电极 (B)为含铜赤血盐修饰(磁石搅拌)之碳糊电极 (C)为未经修饰之碳糊电极,扫描速率为50 mV/s,扫描20个区段(10圈)]

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