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以含銅赤血鹽修飾碳糊電極之反應參數對電流式過氧化氫感測器之應答電流之影響及其應用於葡萄糖生醫感測器之研究
蕭佳政、林庭立、林浩
南台科技大學化學工程與材料工程研究系
摘要
近年來，糖尿病已成為國人十大死亡原因之ㄧ，所以簡便快速之葡萄糖生醫感測器成為重要之研究主題。葡萄糖與氧氣經酵素催化可產生葡萄糖酸及過氧化氫。本研究利用含銅赤血鹽來修飾碳糊電極，由於含
銅赤血鹽本身具有強催化性能與具有導電性能的碳粉及碳漿製作成碳糊電極，藉以提升過氧化氫之應答電流，在磷酸鹽緩衝溶液中偵測過氧化氫之應答電流，計算過氧化氫之濃度，藉以推算葡萄糖之濃度。在30℃，
操作電位為 -200 mV，攪拌速率為500 rpm，以0.05M 磷酸鹽緩衝溶液偵測過氧化氫之應答電流，可得靈敏度為407.28 μA/cm2．mM H2O2，而在操作電位為 -200 mV，攪拌速率為300 rpm 的靈敏度為259.18 μA/cm2
．mM H2O2；當操作電位為 0 mV ，攪拌速率為500 rpm 時的靈敏度為 41.85 μA/cm2．mM H2O2。顯示在操作電位為 -200 mV 時，攪拌速率為500 rpm 比攪拌速率為300 rpm之靈敏度有明顯提升，而在攪拌速率為
500 rpm 時，操作電位為 -200 mV 之靈敏度亦比操作電位為 0 mV 之靈敏度有明顯提升。
結果與圖表：
前言：
近年來過氧化氫常被食品加工業者添加在豆類加工製品、麵製品、罐頭等作為殺菌、
漂白、保存之用。依食品衛生標準，食品不得檢驗出過氧化氫殘留。由於過氧化氫的沸點
高達152℃，因此即使將食物煮熟煮沸，過氧化氫仍會殘留存在食物中。長期食用，可能
導致健康傷害。 所以發展出過氧化氫感測器，藉以偵測過氧化氫是否殘存或過量。若再
由過氧化氫含量，進而推算葡萄糖之濃度，即可製備葡萄糖生醫感測器(偵測原理如圖一
所示) ，故過氧化氫之偵測技術為一重要的研究主題。
圖一 : 葡萄糖酵素電極之偵測原理
氧化反應
還原反應
GODox
2e
2e
-
H2O2
-
Gluconic
acid
實驗步驟：
2H2O )
( H2O2 + 2H+ + 2e-
Glucose
本研究針對含銅赤血鹽(cupric hexacyanoferrate,Cu(Ⅱ)HCF)對過氧化氫之催化還原能力，
以含銅赤血鹽修飾碳糊電極(carbon paste electrode, CPE)，加以提升偵測過氧化氫之電流應
答能力，將來可進而將此一技術應用於葡萄糖感測器之研究。
Med ox
H2O
2e
O2
(O2+ 2H+ + 2e-
H2O2 )
50
Current(μA)
(B)
(
含銅赤血鹽之製備:
-
Med red
(Mediator)
-
GODred
2e
工
作
電
極
y = 32.336x + 12.307
40
R2 = 0.9556
30
20
y = 20.893x + 9.1719
10
R2 = 0.9904
(B)
(B)
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
( )
過氧化氫濃度(mM)
(A)
)
(A)
(A)
0.09 M CuSO4 溶液
50 mL
離心並去
除上層液
（ ）
重複離心與清除
上層液步驟三次
0.06 M 赤血鹽 溶液
50mL
Cu(Ⅱ) HCF
粉末
乾燥
（
圖二:(A)未經修飾碳糊電極(B)銅赤血鹽與碳粉掺混比例
3:7 之碳糊電極的 CV 比較圖[於30℃含0.1MKCl之
0.05MPBS中,通氮除氧20 分鐘,掃描電位範圍為 -0.6～
+0.6 V (vs.Ag/AgCl),掃描速率為 50 mV/s]
圖三：以不同攪拌速率下之碳糊電極偵測過氧化氫之應
答電流之TB圖及檢量線圖(A)300rpm(B)500rpm 於 5 mL ,
pH = 7.4 之0.05 M PBS中，通氮除氧20分鐘後, T=30℃，
含銅赤血鹽:碳粉=3:7，每隔100秒加入同量10 μL之
100mM的過氧化氫溶液]
y = 20.893x + 9.1719
20
R2 = 0.9904
Current(μA)
Current(μA)
40
30
y = 2.7357x + 3.0505
R2 = 0.9614
10
0
50
y = 32.336x + 12.307
40
R2 = 0.9556
30
y = 3.4293x + 1.2865
20
R2 = 0.9512
10
(B)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
(
(B)
過氧化氫濃度(mM)
(
0
工作電極之製備：
）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
過氧化氫濃度(mM)
)
)
1. 取一長 7cm 之單銅芯電線，電線內徑為 0.5mm ，切除前後二端各
5mm 之絕緣外層，且清洗電線裸露的二端並風乾備用。
(A)
(A)
（
電極表面積
=0.0805cm2
7 cm
）
（
圖四：不同操作電位下之碳糊電極偵測過氧化氫之應答電
流之TB圖及檢量線圖(A)0mV(B)-200mV(vs.Ag/AgCl)[在
pH7.4，含0.1M KCl之0.05M PBS中，通氮除氧20分鐘後，
攪拌速率為300rpm，T=30℃，含銅赤血鹽:碳粉=3:7，每隔
100秒注入同量10 μL之100mM的過氧化氫]
0.05
cm
0.5 cm
）
圖五：不同操作電位下之碳糊電極偵測過氧化氫之應答電
流之TB圖及檢量線圖(A)0mV(B)-200mV(vs.Ag/AgCl)[在
pH7.4，含0.1M KCl之0.05M PBS中，通氮除氧20分鐘後，
攪拌速率為500rpm，T=30℃，含銅赤血鹽:碳粉=3:7，每
隔100秒注入同量10 μL之100mM的過氧化氫]
表一:不同操作條件之靈敏度比較表
2.將含銅赤血鹽與碳粉以適當比例 (重量比) 均勻混合，最適比例為
3:7，再與碳漿以 1:1 摻合均勻(以環己酮調勻)，均勻塗佈在電線裸露
一端後置烘箱中乾燥
含銅赤血鹽
＋ 碳粉
操作電位(mV)
轉速(rpm)
300
靈敏度
μA/cm2‧mM H2O2
33.983
0
0.9614
0
500
41.85
0.9556
-200
300
259.18
0.9904
-200
500
407.28
0.9512
R2
均勻混合
結論：
由實驗結果顯示在碳糊電極的製作中加入含銅赤血鹽修飾後，電流應答有明顯的增加。可知本研究所採用共沉法所
製備之含銅赤血鹽具有極佳之催化還原H2O2之能力，且相同操作電位下，攪拌速率越高其靈敏度有明顯提升；在相同攪
拌速率下，操作電位-200mV比0 mV 之靈敏度高;因此用含銅赤血鹽修飾碳糊電極應用於電流式過氧化氫感測器及葡萄
糖生醫感測器將為一具潛力之重要研究。未來將把本研究運用於電流式葡萄糖生醫感測器或其他生醫感測器之製備。
與等量碳漿
混合
均勻塗抹
參考文獻：
[1] Itaya K., Shoji N., Uchida I., “Catalysis of the Reduction of Molecular Oxygen to Water at Prussian Blue Modified Electrodes”, J.
銅
芯
電
線
m.Chem. Soc, Volume:106, (1984), pp.3423-3429.
[2] Joseph Wang*, Xueji Zhang, Madhu Prakash, Analytica Chimica Acta 395 (1999) 11 – 16
[3] Rasa Garjonyte, Albertas Malinauskas*, Sensors and Actuators B 46 (1998) 236 – 241
[4] 彭振育、張良謙、林浩、李錦厚，”含鈷赤血研修飾碳糊電及應用於電流式感測器”，中國材料科學學會2003年年會暨國科會研究成果發表會