用于检测谷氨酸的复合材料修饰电极的制备方法及应用

1.本发明涉及一种电化学生物传感器的制备方法，尤其涉及一种用于检测谷氨酸的复合材料修饰电极的制备方法及应用。


背景技术：

2.谷氨酸是一种主要的呈鲜味游离氨基酸。众多研究表明，食物中的游离谷氨酸含量是主要影响食物特征性风味的因素，因此，对谷氨酸的含量进行测定帮助分析食品风味，在工业生产中具有实际的意义。
3.目前，测定谷氨酸的方法有高效液相色谱法、液相色谱质谱联用法、酸度计法等。这些方法往往需要昂贵的仪器，熟练的操作人员和复杂的样品准备过程，检测过程也相对较长。而电化学分析方法具有灵敏度高、选择性高、成本低、检测时间短、操作简单等优点，受到越来越多的关注。
4.但是，电化学分析方法中的工作电极若未经过修饰而以裸电极的形式直接检测谷氨酸，谷氨酸在电极表面的氧化需要较高的电位，产生的响应信号也较弱。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于检测谷氨酸的复合材料修饰电极的制备方法及应用，所述电极能够快速便捷地对谷氨酸进行测定，且灵敏度高、检测限低、选择性好，具有较高的应用价值。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于检测谷氨酸的复合材料修饰电极的制备方法，1）称取1.5 g zn (no3)2·
6h2o溶于70 ml甲醇，记为溶液a；称取3.3 g 2-甲基咪唑溶于70 ml甲醇，记为溶液b；将溶液b倒入溶液a中，然后将混合溶液超声1小时；将混合溶液在室温下静置12小时后，离心收集白色沉淀，用甲醇洗涤数次后，将沉淀置于真空干燥箱内干燥，最终将得到的白色产物研磨成粉状，得到的产物记为金属有机框架材料zif-8；2）将4 mmol六水合硝酸钴和2 mmol三水合硝酸铜溶于40 ml去离子水中，充分搅拌，然后，以洗净且干燥的qcm金电极（aue）为工作电极，采用循环伏安法电沉积cucoo2；相关的电化学参数设置如下：扫描速率为40 mv/s，电压范围为-1.2 v至+0.2 v，循环圈数为15圈；从电解池中取出修饰电极，用去离子水漂洗3次，在红外光下干燥1小时，得到的修饰电极记为cucoo2/aue；3）将步骤1）中制得的15 mg zif-8白色粉末加入2 ml n, n-二甲基甲酰胺溶液中，用磁力搅拌器搅拌1小时，使粉末充分分散在溶液中，得到乳白色混合物；用移液枪取2 μl的混合物滴在cucoo2/aue表面，在红外光下干燥30分钟，此步骤重复3次；最后，将制备的修饰电极用去离子水冲洗并在常温下晾干备用，得到的电极记为zif-8/cucoo2/aue。
7.一种根据所述的制备方法得到的复合材料修饰电极zif-8/cucoo2/aue。
8.所述的zif-8/cucoo2复合材料修饰电极为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，
铂电极为参比电极。
9.一种采用所述的电化学分析装置检测谷氨酸的方法，采用zif-8/cucoo2复合材料修饰电极为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂电极为参比电极，形成三电极体系；将三根电极置于含有谷氨酸的0.1 mol/l的氯化钾溶液中，采取差分脉冲伏安法，电压范围为-0.45 v ~ + 0.75 v，将得到的峰电流代入根据谷氨酸浓度与其产生的峰电流绘制的标准曲线可得待测谷氨酸溶液的浓度。
10.本发明的有益效果是：本发明用于检测谷氨酸溶液浓度的zif-8/cucoo2复合材料修饰电极比裸电极、单一钴基金属有机框架材料修饰电极的效果更好。zif-8/cucoo2复合材料修饰电极不仅放大了电流的响应信号，而且对谷氨酸能够产生催化作用，表明修饰材料对电极的改性起到了积极的作用。该复合物修饰电极制备方法简单、检测速度快、成本低、灵敏度高、选择性好，实现了对谷氨酸的快速测定。
附图说明
11.图1为zif-8/cucoo2复合材料修饰电极的场发射扫描电子显微镜图。
12.图2为aue、zif-8/aue、cucoo2/aue和zif-8/cucoo2/aue四种不同修饰电极在0.1 mol/l的氯化钾溶液（含有10 mmol/l铁氰化钾/亚铁氰化钾中）的eis测试结果图。
13.图3为zif-8/cucoo2复合材料修饰电极在扫描速度为20 ~ 160 mv/ s时检测谷氨酸的循环伏安扫描图。
14.图4为zif-8/cucoo2复合材料修饰电极在谷氨酸浓度为1 ~ 50 μm范围时的差分脉冲伏安曲线图。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例进一步详细说明本发明，但本发明的实施方式不限于此。
16.实施例1本发明的zif-8/cucoo2复合材料修饰电极，通过以下方法制备得到：（1）石英晶体微天平金电极（aue）预处理：采用无水乙醇和去离子水分别超声清洗电极3次，每次1 min，在真空中晾干备用。
17.（2）称取1.5 g zn (no3)2·
6h2o溶于70 ml甲醇，标记为溶液a；称取3.3 g 2-甲基咪唑溶于70 ml甲醇，标记为溶液b。将溶液b迅速倒入溶液a中，然后将混合溶液超声1小时。将混合物在室温下静置12小时后，在6000转/分的离心条件下离心10分钟，收集白色沉淀。用甲醇洗涤数次后，将沉淀置于60℃真空干燥箱内干燥12小时，最终将得到的白色产物研磨成粉状备用。得到的产物即为金属有机框架材料zif-8。
18.（3）将4 mmol六水合硝酸钴和2 mmol三水合硝酸铜溶于40 ml去离子水中，充分搅拌。然后，以洗净且干燥后的aue为工作电极，采用循环伏安法电沉积cucoo2。制备过程中相关的电化学参数设置如下：扫描速率为40 mv/s，电压范围为-1.2 v至+0.2 v，循环圈数为15圈。从电解池中取出修饰电极，用去离子水漂洗3次，在红外光下干燥1小时左右，得到的电极记为cucoo2/aue。
19.（4）将步骤（2）中制得的15 mg zif-8白色粉末加入2 ml n, n-二甲基甲酰胺溶液中，用磁力搅拌器搅拌1小时，使粉末充分分散在溶液中，得到乳白色混合物。
20.（5）用移液枪取步骤（4）中制得的复合材料2 μl，均匀滴涂在石英晶体微天平的金电极表面，将电极置于红外光下干燥30分钟，此步骤重复3次。最后，将制备的修饰电极用去离子水冲洗并在常温下晾干备用，得到的电极记为zif-8/cucoo2/aue。复合材料修饰电极表面的场发射扫描电子显微镜图如图1所示。
21.实施例2本发明的zif-8/cucoo2复合材料修饰电极的电化学阻抗测试，具体操作步骤如下：（1）将zif-8/cucoo2复合材料修饰电极（zif-8/cucoo2/aue）作为工作电极，银或氯化银电极作为参比电极，铂电极为对电极，构建三电极体系，与电化学工作站相连。
22.（2）配制10 mm 的fe(cn) 63-/4-溶液（含0.1 m kcl），取5 ml倒入电解池中。
23.（3）进行电化学阻抗测试，频率范围设置为0.1 ~ 100k hz，振幅为5.0 mv。
24.图2为上述修饰电极与裸电极（aue）、zif-8修饰电极（zif-8/aue）、cucoo2修饰电极（cucoo2/aue）和zif-8/cucoo2复合材料修饰电极（zif-8/cucoo2/aue）在相同条件下进行电化学阻抗测试的响应。对于aue电极，其在高频区出现半圆，经过zif-8材料修饰后的zif-8/aue的电化学阻抗测试曲线中呈现的圆弧半径比裸电极的更小，表明zif-8的修饰提高了电极的电子转移速率，减小了电荷转移电阻；经过cucoo2修饰后的cucoo2/aue显示为一个半径较大的圆弧，表明cucoo2材料的修饰使得电极的电荷转移电阻增大；zif-8/cucoo2/aue的圆弧大小处于zif-8/aue和cucoo2/aue电极之间，表明zif-8和cucoo2两种材料成功修饰于电极表面。
25.实施例3本发明的zif-8/cucoo2复合材料修饰电极在不同的循环伏安法扫速下对1 mmol/l谷氨酸（0.1 mol/l的氯化钾溶液中）的响应探究，具体操作步骤如下：（1）配制0.1 mol/l的氯化钾溶液100 ml，称取0.0147 g谷氨酸溶于其中，得到浓度为1 mmol/l的谷氨酸溶液。
26.（2）将zif-8/cucoo2复合材料修饰电极作为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂电极为参比电极，插入溶液中，形成三电极体系。
27.（3）采取循环伏安法，设置扫描速度分别为20、40、60、80、100、120、140、160 mv/s，扫描电压为-0.6 v ~ + 0.6 v，循环圈数为1圈，测试电极的响应。
28.图3为zif-8/cucoo2复合材料修饰电极在不同的扫速下对1 mmol/l谷氨酸的循环伏安响应结果。结果表明，在其它条件相同的情况下，扫速对电极的响应产生一定的影响。随着扫速的增加，谷氨酸的氧化峰电流也逐渐增大。
29.实施例4本发明的zif-8/cucoo2复合材料修饰电极用于谷氨酸浓度-响应峰电流标准曲线绘制，具体操作步骤如下：（1）配制浓度为1、2.5、5、10、15、25、50 μm的谷氨酸溶液。
30.（2）取1 μm的谷氨酸溶液5 ml，注入电解池中。
31.（3）将zif-8/cucoo2复合材料修饰电极作为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂电极为参比电极，插入溶液中，形成三电极体系，与电化学工作站相连。
32.（4）采取差分脉冲伏安法，设置电压范围为
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0.45 v ~ + 0.75 v，测试电极的响
应并进行记录。
33.（5）分别取5 ml其它浓度的谷氨酸溶液，按照上述步骤（2）~（4）进行，测定的浓度的顺序为从低到高。
34.修饰电极对不同浓度谷氨酸溶液的响应结果如图4所示，随着谷氨酸浓度的增加，其产生的氧化峰电流有所改变，且变化趋势为不断增大。将谷氨酸浓度与其产生的峰电流绘制标准曲线，得到线性方程为i
p = 0.43186 c + 8.81584，其中，i
p
的单位是μa，c的单位是μm。
35.上述描述中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施方案仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。本发明的保护范围由所附权利要求及其任何等同物给出。