Transcript 下載/瀏覽
以含釕黃血鹽修飾電極應用於偵測過氧化氫感測器之靈敏度之研究 A Study of the Electrode Modified with Ruthenium Hexacyanoferrate and Its Application to the Detection of the Sensitivity of the Hydrogen Peroxide Sensor 廖國翔、林庭立、林浩 南台科技大學化學工程與材料工程系 葡萄糖和氧氣藉由葡萄糖氧化酵素的催化，可產生葡萄糖酸和過氧化氫，由於含釕黃血鹽具有強催化性能，故可藉 以提升還原過氧化氫之應答電流。本研究利用含釕黃血鹽來修飾碳糊電極，含釕黃血鹽本身具有強催化性能，與具有導 電性能的碳粉製作成碳糊電極，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，於還原電位下，推 算過氧化氫之濃度，進而推算出葡萄糖之濃度。在 30℃下，以含釕黃血鹽修飾碳糊電極[含釕黃血鹽：碳粉=3：7(重量 比)]操作電位為 –200mV ，以 0.05 M 磷酸鹽緩衝溶液偵測過氧化氫之電流應答，可得偵測極限為 0.02 mM H2O2 ，線性 範圍為 0.02~2.7 mM H2O2 ，R2=0.9996 ，靈敏度為 661.8µA/cm2-mM H2O2 。而未經修飾之碳糊電極偵測過氧化氫之偵 測極限為0.02 mM H2O2，線性範圍為0.02～2.7mM H2O2， R2=0.998 ，靈敏度為 31.3 μA/cm2ּmM H2O2 。由此結果可知 含釕黃血鹽偵測過氧化氫具有極佳之靈敏度，並可進而應用於葡萄糖生醫感測器。 關鍵字：含釕黃血鹽、碳糊電極、過氧化氫、生醫感測器 結果與圖表： 前言： 現今之食品工業有時會添加過氧化氫作為防 腐劑，因此過氧化氫感測器為重要之研究主題。 葡萄糖和氧氣受葡萄糖氧化酵素催化，將葡萄 糖氧化成葡萄糖酸並將氧氣還原成過氧化氫，， 利用所得之電流信號之大小，即可計算出過氧 化氫的含量，進而推算葡萄糖之濃度。本研究 利用含釕黃血鹽來修飾碳糊電極，含釕黃血鹽 本身具有強催化性能，與具有導電性能的碳粉 製作成碳糊電極，藉以提升過氧化氫之應答電 流，並可進而應用於葡萄糖生醫感測器。 實驗步驟： 釕黃血鹽粉末製備： 30 mM 黃血鹽 溶液 5 mL 離心並去除 上層液 圖ㄧ：未經修飾之碳糊電極在 pH=7.4 ， 5 mL 0.05 M 之 PBS 含0.1 M KCl 溶液中， 通氮除氧20 分鐘，掃描電位範圍 -0.6 ~ + 0.6V ， 起始電位 -0.6V， 30℃，掃描 速率 50 mV/s 掃引 20 區段之 CV 圖 重複離心與清除上 層液步驟（三次） 圖二：含釕黃血鹽經修飾之碳糊電 極在 pH=7.4 ， 5 mL 0.05 M 之 PBS 含0.1 M KCl 溶液中，通氮除氧20 分鐘，掃描電位範圍 -0.8 ~ +0.8V， 起始電位 -0.8V ，30℃，掃描速率 50 mV/s 掃引 20 區段之 CV 圖 圖三：以不同比例的含釕黃血鹽 與碳粉製作之工作電極，於 pH =7.4之 5 mL 0.05 M 磷酸鹽緩衝溶 液(PBS)中，通氮除氧20 分鐘， 操作電位 -200 mV(vs. Ag/AgCl) ， 攪拌速率 500 rpm ， T=30℃，每 隔 100 秒加入同量之 100 mM 的 過氧化氫溶液之 TB 圖 乾燥 釕黃血鹽 粉末 3 mM 三氯化釕 溶液 50 mL 工作電極之製備： 1. 取一長 7cm 之單銅芯電線，電線內徑為 0.05cm ，切除前後二端各 0.5cm 之絕緣外 層，且清洗電線裸露的二端並風乾備用。 7 cm 0.05 cm 0.5 cm 2. 將含釕黃血鹽粉體及碳粉各以 3 : 7 之重 量比例與油墨混合，混合完全後即成碳糊。 圖四：以含釕黃血鹽與碳粉最適比例(3： 7)修飾的碳糊電極， 於 pH＝7.4之5 mL 0.05 M 磷酸鹽緩衝溶液(PBS)中，通氮除 氧20 分鐘，操作電位 -200 mV(vs. Ag/AgCl) ， 攪拌速率 600 rpm， T=30℃， 每隔 100 秒加入不同量之 100 mM 的過氧 化氫溶液之 TB 圖 圖五：以含釕黃血鹽與碳粉最適比例(3：7) 修飾的碳糊電極上，於 pH= 7.4之 5 mL 0.05 M 磷酸鹽緩衝溶液(PBS)中，通氮除氧20 分 鐘,，操作電位 -200 mV(vs.Ag/AgCl) ， 攪 拌速率 600 rpm ， T=30℃ ， 每隔 100 秒加 入 15 µL 之 100 mM 的過氧化氫溶液之 TB 圖 結論：由實驗結果顯示在碳糊電極的製作中加入含釕黃血鹽修飾後，應答電流有 明顯的增加，而含釕黃血鹽與碳粉摻混的最適比例為3：7，且對過氧化氫偵測極 限為 0.02 mM H2O2，線性範圍為 0.02 ~ 2.7 mM H2O2，R2 值為 0.9986，靈敏度 為661.8 μA/cm2-mM H2O2。由以上實驗所得數據，相較於一般類普魯士藍(電子 傳媒)催化過氧化氫之應答電流，可知本研究所採用共沉法所製備之含釕黃血鹽具 有極佳之催化還原H2O2之能力，將其應用於過氧化氫之偵測並進而應用於葡萄糖 生醫感測器將是相當有價值之研究。 參考文獻 3. 將碳糊均勻塗佈在前述之電線一端，在室溫 下乾燥後即為碳糊電極 。 1. Updike, S. J. ; Hicks, G. P., Nature, 1967, 214, 986. 2. Charpentier, L. ; Murr, N. El., Analytica Chimica Acta, 1995, 318, 83. 3. Nagata, R. ; Clark, S. A. ; Yokoyama K. ; Tamiya, E. ; Karube, I., Analytica Chimica Acta, 1995, 304, 157. 4. Zhang, C. ; Haruyama T. ; Kobatake, E. ; Aizawa, M., Analytica Chimica Acta, 2001, 442, 257. 5. Uang, Y.-M. ; Chou, T.-C., Biosensors and Bioelectronics, 2003, 19, 141.