血红蛋白在离子液体碳糊电极上的直接电化学

论文摘要

血红蛋白（Hb）是脊椎动物红细胞内的呼吸蛋白，是血液中运输氧气的主要物质，研究其直接电化学行为对于研究生命体内的电子转移过程，了解生命过程的氧化还原机理及建立高灵敏的检测方法等方面具有非常实际的意义。有“绿色”溶剂之称的室温离子液体近年来逐渐成为研究的热点，由于室温离子液体具有特殊的理化性质，在电分析化学领域它既可以作为溶剂和支持电解质，又可以作为粘合剂和固定膜用于制备修饰电极。本文制备了离子液体修饰电极，并采用不同的方法将Hb固定于电极表面，开展了Hb的直接电化学行为与电催化研究。论文主要包括以下内容：1．制备了2种离子液体修饰碳糊电极。分别以室温离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[BMIM]PF6）和六氟磷酸正丁基吡啶（BPPF6）代替传统石蜡为粘合剂与石墨粉相混合制备了新型的离子液体修饰碳糊电极（CILE）。采用扫描电子显微镜对其表面形貌进行了表征，以铁氰化钾为电化学探针对它们的电化学行为进行了研究，并与传统石蜡碳糊电极（CPE）进行了比较。结果表明，由于室温离子液体具有较高的导电性，使CILE比CPE具有更高的导电效率，电流响应明显增加；同时CILE具有较好的机械强度和很好的稳定性。2．开展了Hb在CILE上的直接电化学行为研究。分别以上述2种CILE为基底电极，以Nafion、纳米CaCO3、聚乙烯醇（PVA）、皂土（Clay）等为成膜材料，采用层层涂布法制备了不同类型的Hb修饰电极如PVA／Clay／Hb／CILE、Nafion／Nano-CaCO3／Hb／CILE等。考察了Hb在不同蛋白质膜电极上的直接电化学行为。实验结果表明，Hb在不同的修饰膜内基本保持了其生物活性，并且在修饰电极上其电子传递能力明显增强，表现出一对准可逆的氧化还原峰。对Hb的直接电化学行为进行了研究，求解了相关的电化学参数。由于Hb含有铁卟啉活性中心，具有类似过氧化物酶（POD）的催化活性，因此进一步研究了该修饰电极对H2O2、三氯乙酸（TCA）、亚硝酸钠（NaNO2）等小分子的催化性质。实验结果表明所制备的Hb修饰电极对H2O2表现出良好的电催化性能，催化还原峰电流在一定条件下与H2O2的浓度成正比，进而构建了用于检测微量H2O2的电化学传感分析的新方法。3．用血红蛋白、[BMIM]PF6以及石墨粉均匀混合得到血红蛋白-离子液体-碳糊修饰电极（Hb-IL-CPE）。采用扫描电子显微镜（SEM）和电化学法对混合在离子液体修饰碳糊电极中的血红蛋白（Hb）的性质进行了研究和表征。Hb在碳糊中保持了其生物活性并表现出良好的电化学行为，电化学实验表明了在pH 7.0的磷酸盐缓冲溶液（PBS）中出现一对峰形良好的准可逆氧化还原峰。对Hb的电化学参数进行了推导，电子转移数n为1.2，电子传递系数α为0.465，反应速率常数ks为0.434 s-1。该修饰电极对H2O2表现出非常好的电催化行为，当H2O2的浓度在8.0×10-6～2.8×10-4mol／L范围内时，还原峰电流随着H2O2浓度的增加而线性增加，其线性回归方程式为Iss（μA）=0.12 C（μmol／L）+0.73（γ=0.997，n=18），检测下限为1.0×10-6mol／L（3σ），表观米氏常数(KMapp)为1.103 mM。该传感器的表面易于更新，并表现出良好的重现性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 血红蛋白的结构、性质及研究意义
• 1.2 蛋白质直接电化学的研究进展
• 1.2.1 直接电化学研究意义
• 1.2.2 蛋白质在电极上的固定方法
• 1.3 血红蛋白在不同修饰电极上的电化学
• 1.3.1 染料修饰电极
• 1.3.2 模拟生物膜修饰电极
• 1.3.3 纳米修饰电极
• 1.4 离子液体在电分析化学中的应用
• 1.4.1 离子液体的理化性质
• 1.4.2 离子液体在电分析化学中的应用
• 1.5 本论文的基本思路和目的
• 参考文献
• 6修饰碳糊电极的制备与表征'>第二章 离子液体[BMIM]PF₆修饰碳糊电极的制备与表征
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 仪器与试剂
• 2.1.2 实验方法
• 2.2 结果讨论
• 2.2.1 制备条件的优化
• 2.2.2 扫描电子显微镜图
• 2.2.3 电化学表征
• 2.2.4 电化学阻抗谱图
• 2.2.5 电极重现性和稳定性
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 离子液体六氟磷酸正丁基吡啶修饰电极的制备与表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 仪器与试剂
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 制备条件的优化
• 3.2.2 扫描电子显微镜图
• 3.2.3 电化学表征
• 3.2.4 动力学参数的求解
• 3.2.5 电化学阻抗谱图
• 3.2.6 电极稳定性和重现性
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 6修饰碳糊电极的制备与应用'>第四章 膨润土-聚乙烯醇/Hb/离子液体[BMIM]PF₆修饰碳糊电极的制备与应用
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 仪器与试剂
• 4.1.2 实验方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 扫描电子显微镜图
• 4.2.2 紫外可见吸收光谱图
• 4.2.3 傅立叶变换红外光谱图
• 4.2.4 循环伏安图
• 4.2.5 pH值效应
• 4.2.6 生物电催化反应
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 3/离子液体[BMIM]PF₆修饰碳糊电极中的直接电化学行为'>第五章 血红蛋白在Nafion/Nano-CaCO₃/离子液体[BMIM]PF₆修饰碳糊电极中的直接电化学行为
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 仪器与试剂
• 5.1.2 Nafion/纳米碳酸钙/Hb/CILE的制备
• 5.1.3 电化学行为的研究
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 扫描电子显微镜图
• 5.2.2 紫外可见吸收光谱图
• 5.2.3 傅立叶红外光谱图
• 3/CILE中的直接电化学行为'>5.2.4 Hb在Nafion/Nano-CaCO₃/CILE中的直接电化学行为
• 5.2.5 扫描速度对Hb电化学响应的影响
• 5.2.6 pH值效应
• 5.2.7 电催化行为
• 5.2.8 电极的稳定性
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 3/Hb/离子液体BPPF₆修饰碳糊电极的直接电化学与电催化'>第六章 Nafion/Nano-CaCO₃/Hb/离子液体BPPF₆修饰碳糊电极的直接电化学与电催化
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 试剂
• 6.1.2 仪器
• 6.1.3 实验方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 Hb的直接电化学
• 6.2.2 紫外可见吸收光谱图
• 6.2.3 扫描电子显微镜图
• 6.2.4 电化学阻抗谱图
• 6.2.5 修饰电极的电催化性质
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 第七章 血红蛋白-离子液体-碳糊混合电极的直接电化学和电催化
• 7.1 实验部分
• 7.1.1 试剂
• 7.1.2 仪器
• 7.1.3 修饰电极的制备
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 扫描电子显微镜图
• 7.2.2 电化学阻抗谱图
• 7.2.3 Hb在离子液体修饰碳糊电极中的直接电化学
• 2O₂的电催化性质'>7.2.4 对H₂O₂的电催化性质
• 7.2.5 常见干扰物质的影响
• 7.2.6 电极的稳定性和重现性
• 7.3 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读学位期间已发表和待发表的相关学术论文题录