第２０卷第３期　２００８年９月　湖南文理学院学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＡｒｔｓ　ａｎｄ　Ｓｃｉｅｎｃｅ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｌ０Ｌ２ＯＮｏ．３　

Ｓｅｐ．２００８　

文章编号：１６７２．６１４６（２００８）０３—００３８．０４　

Ｌ．半胱氨酸自组装膜修饰金电极的制备及应用　周谷珍，郑丽英，李莉花，孙元喜　（湖南文理学院化学化工学院，湖南常德，４１５０００）　

摘要：利用共价自组装的方法，制得了Ｌ一半胱氨酸单分　子层修饰金电极（Ｃｙ￣Ａｕ），并研究了Ｃｙｓ／Ａｕ的电化学特征　及ｚｎ　在Ｃｙｓ／Ａｕ上的电化学行为．以Ｃｙｓ／Ａｕ为工作电极，　建立了一种灵敏的、选择性检测水中痕量锌离子的新方法．　在Ｂｒｉｔｔｏｎ　Ｒｏｂｉｎｓｏｎ（Ｂ—Ｒ，ｐＨ＝７．５４）缓冲液中，Ｚｎ　在Ｏ．２　ｖ　左右出现一不可逆的还原峰．峰电流与浓度在１．５ｘ１０　ｍｏｌ／Ｌ～１．５ｘ１０　ｍｏｌ／Ｌ范围内具有良好的线性关系，检测限　可达３．５ｘ１０。。ｍｏｌ／Ｌ．将该法用于水样中微量ｚｎ　的测定，８　次测量结果的相对标准偏差小于２％，回收率为９７．７％～　１０５．４％，符合痕量分析要求．　关键词：Ｌ一半胱氨酸；自组装膜；修饰电极；锌　中图分类号：Ｏ　６５７．１　文献标识码：Ａ　

自组装单分子膜（Ｓｅｌｆ－Ａｓｓｍｂｌｅｄ　Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ，　ＳＡＭ）是固．液界面通过化学吸附形成的有序超薄膜　近年来分子自组装单层膜（ＳＡＭ）由于具有良好的稳　定性和有序性，因此在理论研究和技术等方面都得　到了广泛的重视…，成为电化学和电分析化学领域　的研究热点．在结构和性能上ＳＡＭ具有类似生物　膜的特性，稳定性高，对某些分子或离子具有高选　择性的识别功能．由于金表面无自然氧化膜，稳定　性好，而且与二硫化合物或硫醇形成的自组装体系　具有良好的稳定性，因而以Ａｕ．Ｓ键为基础的白组　装体系往往成为研究的首选体系，如巯基丙酸Ｌ２　Ｊ、　巯基环肽【３］、Ｌ一半胱氨酸［４，５１等在金电极上的自组装　均已有报导．　本文利用共价自组装的方法制备Ｌ一半胱氨酸　单分子层修饰金电极，并研究Ｌ一半胱氨酸单分子层　修饰金电极的电化学行为以及该修饰电极对Ｚｎ　还　原的电催化作用．建立了测定Ｚｎ２＋的新方法，并用　于水体中痕量ｚｎ抖的测定．　１实验部分　１．１仪器与试剂　ＡＤ３００电化学工作站（天津艾达科技发展有限　公司）；Ｌ．半胱氨酸（Ｌ—Ｃｙｓ，分析纯，上海曹杨第＿　中学化工厂），配制成０．０２　ｍｏｌ／Ｌ的水溶液；　Ｚｎ（ＮＯ３）２，配制成１．５ｘ１０　ｍｏｌ／Ｌ的锌标准储备液　（测试液均由该储备液逐级稀释而成）．其余试液均　用分析纯试剂配制而成，实验用水均为二次石英蒸　馏水，实验过程无须通氮除氧且在室温下进行．　１．２　Ｌ．半胱氨酸修饰金电极的制备　１．２．１金电极的预处理　将待修饰的金电极在５　金相砂纸上打磨，然后　分别用Ｏ．３　ｍ和Ｏ．０５／．ｔｍ的Ａ１２Ｏ３研磨膏在ＢＡＳ　抛光布上抛光成镜面，用二次水超声清洗２次，每　次５　ｍｉｎ．　将处理好的电极浸入新配制的Ｐｉｒａｎｈａ溶液（浓　硫酸和双氧水体积比为７：３）中１０　ｍｉｎ进行活化处　理；再分别用二次水和无水乙醇超声清洗２次（每次　５　ｍｉｎ），处理后的电极浸入无水乙醇中备用．　１．２．２金电极上Ｌ一半胱氨酸的自组装　将处理好的电极浸入浓度为０．０２　ｍｏｌ／Ｌ的Ｌ一　半胱氨酸一乙醇溶液中，浸泡２４　ｈ后取出放入无水　乙醇中浸泡３０　ｍｉｎ，除去非特征吸附的Ｌ．半胱氨酸　分子，即可得到Ｌ．半胱氨酸单分子层修饰的金电极　（Ｃｙｓ／Ａｕ）．将Ｃｙｓ／Ａｕ放入０．２　ｍｏｌ／Ｌ　Ｂ．Ｒ缓冲溶液　（ｐＨ＝７．５４）中，控制扫描电位范围为－０．６～０．６　Ｖ，以　１００　ｍＶ／ｓ的扫描速率进行循环伏安扫描至循环伏　安图稳定即可取出修饰电极用于测定．　１．３实验方法　将该修饰电极放入含一定浓度ｚｎ２＋的测试体系　中，在０．６　Ｖ处富集２５　Ｓ，然后从～０．６～Ｏ．６　Ｖ进行　循环伏安扫描，记录循环伏安图，根据还原峰电流　的大小对Ｚｎ　进行定量分析．　

２结果与讨论　２．１　Ｃｙｓ／Ａｕ电极的电化学特征　２．１．１　Ｃｙｓ／Ａｕ电极的循环伏安行为　图１为裸金电极和Ｃｙｓ／Ａｕ电极在１　ｍｏｌ／ＬＫＣ１　溶液中的循环伏安曲线．曲线表明裸金电极在该体　系中没有氧化还原峰（曲线ａ），而Ｃｙｓ／Ａｕ电极在该　第３期　周谷珍，郑丽英，李莉花，等Ｌ一半胱氨酸自组装膜修饰金电极的制备及应用　３９　体系中却有氧化还原峰出现（曲线ｂ），证明半胱氨酸　已被固定在金电极表面．　

电势，Ｖ　图ｌ裸金电极和Ｃｙｓ／Ａｕ修饰电极在相同体系中的　循环伏安图　体系：ｌ　ｍｏｌ／Ｌ　ＫＣ１溶液；电位范围：一０．２～０．６　Ｖ；扫　描速率：１００　ｍＶ／ｓ；ａ：裸金电极；ｂ：Ｃｙｓ／Ａｕ修饰电极　

２．１．２　Ｆｅ（ＣＮ）６３在Ｃｙｓ／Ａｕ电板上的电化学行　为　图２为Ａｕ、Ｃｙｓ／Ａｕ在０．０５　ｍｏｌ／Ｌ　Ｆｅ（ＣＮ）６３－＋　

０．０５　ｍｏｌ／Ｌ　ＫＣｌ体系中的循环伏安图．由图可以看　出，在Ｃｙｓ／Ａｕ上，氧化还原峰电位的差值增大，　表明修饰电极上反应的可逆性降低．显然，Ｌ一半胱　氨酸在金电极表面形成了有一定覆盖度的吸附层，　并且该吸附层对溶液间的异相电子转移有一定的　阻碍作用．　电势，Ｖ　图２　Ａｕ和Ｃｙｓ／Ａｕ在相同体系中的循环伏安图　体系：０．０５　ｍｏｌ／Ｌ　Ｆｅ（ＣＮ）６３－＋０．０５　ｍｏｌ／Ｌ　ＫＣ１；电位：一０．２～　０．３Ｖ；　扫描速率：１００　ｍＶ／ｓ；ａ一裸金电极的ＣＶ图；　ｂ—Ｃｙｓ／Ａｕ修饰电极的ＣＶ图　２．２　Ｚｎ　在Ｃｙｓ／Ａｕ上的电化学行为　２．２．１循环伏安行为　图３为裸金电极和Ｃｙｓ／Ａｕ在不同条件下的循　环伏安图，图中曲线ａ、曲线ｂ分别是裸金电极在　含１．５ｘ１０。。ｍｏｌ／Ｌ　Ｚｎ　的试液和Ｃｙｓ／Ａｕ在Ｂ—Ｒ（ｐＨ＝　７．５４）空白底液中的循环伏安图，没有观察到任何电　化学响应．曲线Ｃ是Ｃｙｓ／Ａｕ在含有１．５ｘ１０　ｍｏｌ／Ｌ　Ｚｎｚ＋试液中的循环伏安图，在～０．６～０．６　Ｖ范围内　可以清楚地观察到一还原峰，锌的还原峰电位为　ｃ＝０．２　Ｖ，说明Ｃｙｓ／Ａｕ对Ｚｎ“具有明显的电催化　还原作用．　图３　Ｃｙｓ／Ａｕ修饰电极在不同体系中的循环伏安图　空白体系：０．２ｍｏｌ／Ｌ的Ｂ—Ｒ缓冲溶液（ｐＨ＝７．５４）：测试　体系：１．５￣１０　ｍｏｌ／Ｌ的ｚｎ２＋＋窄白体系；电位范围：　０．６～０．６Ｖ；扫描速率：１００　ｍＶ／ｓ；ｆｌ一裸金电极在测　试体系中的ＣＶ图；ｂ—Ｃｙｓ／Ａｕ在空白体系中的ＣＶ图；　ｃ—Ｃｙｓ／Ａｕ在测试体系中的ＣＶ图　２．２．２扫描速率对ｚＩｌ２　还原峰电流的影响　在含ｚｎ　为１．５￣１０　ｍｏｌ／Ｌ的Ｂ．Ｒ缓冲溶液中，　分别在不同扫速下进行循环伏安扫描，记录循环伏　安图．实验发现，ＺｎＺ＋在Ｃｙｓ／Ａｕ上的还原峰电流与　扫速在２０　ｍＶ／ｓ￣２００　ｍＶ／ｓ的范围内呈线性关系．　说明ＺｎＺ＋在Ｃｙｓ／Ａｕ电极上是一个受吸附控制、不　可逆的表面电化学过程．　２．２．３　ｐＨ值对还原峰电流的影响　当ＤＨ小于４．５时，Ｚｎ　在Ｃｙｓ／Ａｕ上的还原峰　较小；当ｐＨ在５．５～７．５范围内时，峰电流随着ｐＨ　的升高而迅速增大；而当ｐＨ超过７．５后，随ｐＨ的　升高峰电流反而减小；当ｐＨ大于１１．０时，锌离子　产生沉淀，不能准确测定．这是因为Ｌ一半胱氨酸膜　的等电点约为５．０７，在ｐＨ小于等电点时，膜呈荷　正电的特征；在ｐＨ大于等电点时，膜则呈荷负电　的特性．本文实验中选用ｐＨ＝７．５４的Ｂ—Ｒ缓冲溶液　作为底液，此时ｚｎ２＋在Ｃｙｓ／Ａｕ上反应有最大的峰　电流，测定灵敏度高．　２．２．４富集方法对峰电流的影响　本实验尝试了３种富集方法，即扫描上限（＋０．６）　正电位富集、扫描下限（一０．６）负电位富集和开路搅拌　富集对峰电流的影响．结果表明，扫描上限正电位　湖南文理学院学报（自然科学版）　２００８年　富集的效果最好．因为在电场的作用下，ｚｎ　在溶　液中的扩散速度加快，与修饰电极表面的羧基及氨　基的结合力增大，使得在相同的时间内，扩散到电　极表面从而被吸附的ＺＩ１２　增多，导致电化学响更好．　２．２．５富集时间对峰电流的影响　富集时间对Ｚｎｚ＋在Ｃｙｓ／Ａｕ上的还原峰电流的　影响很大．实验发现当富集时间小于２０　Ｓ时，峰电　流随着富集时间的延长而迅速增大，说明富集过程　是比较迅速的；当富集时间超过２０　Ｓ后，峰电流的　增加趋于缓慢，以致几乎不再发生变化，所以富集　时间选择２５　Ｓ．　２．３线性范围与检测限　在上述最佳条件下，Ｚｎ抖在Ｃｙｓ／Ａｕ上的还原峰　电流与其浓度在１．５ｘ１０～ｍｏｌ／Ｌ　１．５ｘ１０　ｍｏｌ／Ｌ范　围内有良好的线性关系，线性方程为ｉｐ（￣ｔＡ）＝一３．３８—　１．０５ｘ１０　Ｃ（ｍｏｌ／Ｌ），线性相关系数为０．９９９　２．检测　限为３．５ｘ１０。”ｍｏｌ／Ｌ．　２．４干扰实验　锌离子浓度为１．５ｘ１０　ｍｏｌ／Ｌ时，同浓度的Ａｇ　、　Ｃａ２　、Ｍｇ２十的存在对Ｚｎ２＋的测定没有影响；而同浓　度的Ｍｎ２＋、Ｎｉ２＋会使ｚｎ２＋的峰电流分别下降１５．９％、　９．５％；当溶液中存在同浓度的Ｆｅ¨、Ｃｕ２＋时使Ｚｎ２＋　的峰电流分别下降２０．９％、４３．９％，极大地干扰Ｚｎ　的测定．实验表明，Ｆｅ３＋的干扰可用盐酸羟胺先还原　而除去，而Ｃｕ　的干扰可以通过加入Ｉ一使之生成沉　淀而除去．　２．５样品的测定　２．５．１天然水中锌的测定　直接量取一定量的水样（平行８份），按实验方　法进行测定，记录循环伏安图，量取峰电流值，计　算实际水样中ｚｎ　的含量．结果列于表１中．由表１　可知，平行测定８次水样的相对标准偏差小于２％，　完全满足微量分析的要求．　表１实际水样分析结果　２．５．２样品回收率实验　在水样中加入一定量的标准Ｚｎ　溶液（平行８　份），然后按样品分析方法进行测定，根据结果计算　回收率，结果列于表２中．由表２可知，回收率在　９７．７％～１０５．４％之间，符合定量分析的要求．　

表２回收率实验　

３结论　本文建立了一种快速、简便和灵敏的检测水中　痕量锌离子的方法．该方法与常规的双波长分光光　度法、双硫腙比色法和原子吸收光谱法等相比较，　具有以下明显的优点：①测定方法简单，成本低，　被检测的样品不需经过任何预处理过程而直接取　样测定；②测定速度快，完成一次样品分析仅需几　十秒钟；③方法灵敏度高，测定结果准确可靠．　参考文献：　［１】李海英，张浩力，张锦，等．新型偶氮苯硫醇的衍生物　自组装膜的制备及结构表征ｆＪ１．物理化学学报，１９９９，　ｌ５（３１：１９８—２０１．　【２】刘平，李玉光，马洁，等．巯基丙酸在金电极上的自组　装及天花粉蛋白在它上面的电化学『Ｊ１．首都师范大学学　报（自然科学版），２００４，２５（１）：２９．３３．　【３】阮北，鲁彬，童汝亭，等．自组装巯基环肽单层膜修饰　金电极电化学行为的研究【Ｊ】．河北师范大学学报（自然　科学版），２００３，２７（５）：４８４—４８７．　ｆ４】杨培慧，颜丽，汤绮娜，等．Ｌ一半胱氨酸自组装膜电极对　硒的电催化及分析应用【Ｊ】．分析化学，２００４，３２（４）：　５０７—５　ｌ０．　『５】李昌安，葛存旺，刘战辉，等．Ｌ一半胱氨酸修饰金电极测　定水中铜离子的研究【Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），　２００４，３４（１）：７８—８１．