專利名稱：一種鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極在尿酸測定中的應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于電化學分析技術領域，主要涉及鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極NiAl-LDH/G在尿酸測定中的應用。
背景技術：
生物分子尿酸(UA)是人體內嘌呤代謝的最終產物，主要經酶的分解作用形成尿囊素由尿中自由排出。人體中尿酸的含量變化可以充分反映出人體新陳代謝、免疫等機能狀況，同時其含量過高可以與許多疾病相關，如心血管疾病、痛風、糖尿病、腎病、心臟病等。Tomita等研究發現戒煙人群中血尿酸含量水平(6. 18 mg/dL)比正在吸煙者高0.2 mg/dL。因此，建立人體體液中UA高靈敏準確定量檢測的方法具有十分重要的意義。目前，測定尿酸的方法主要有光譜法，化學發光法，色譜法，酶方法，電化學方法等。這些方法中，光譜法和化學發光法對樣品前處理較為復雜，并易受樣品中存在的其他發色團的干擾。色譜法需要多步的樣品預處理過程。酶方法雖具有較好的選擇性，但其價格昂貴，大大限制了它的使用范圍。直接電化學方法具有快速、簡便、低成本、靈敏度高、便于實時檢測和不受有色樣品的干擾等優點，故引起了科研工作者的興趣并得到了較為廣泛的應用。層狀雙層金屬氫氧化物(LDH)是一類陰離子型層狀無機功能材料，金屬離子在LDH層板上以一定方式均勻分布，形成了特定的化學組成和機構。由于其獨特的結構和性能優勢，LDH已經被廣泛的應用于催化、吸附、離子交換等領域。近年來LDH作為潛在的活性材料已被成功的應用于化學修飾電極的制備。Li等利用ZnAl-LDH本身所帶正電性及催化活性，采用電沉積技術制備了 ZnAl-LDH/GCE，并利用該修飾電極分別對領苯二酚、對苯二酚及尿酸、腎上腺素進行了分析檢測，并得到了良好的線性范圍、較低的檢出限。Gong等同樣采用電沉積技術制備了 NiAl-LDH修飾電極，并將該材料作為固相萃取裝置對甲基對硫磷進行了分析檢測，該方法的檢出限為0.6 ng/mlo Yin等將合成好的MgAl-LDH作為修飾電極的材料對水樣中的2-硝基酚進行了分析檢測，獲得了良好的線性范圍(I mM- 600 mM)及較低的檢出限(0.5 mM)。作為單原子厚度的二維碳原子材料，石墨烯具有大的比表面積、良好的導熱導電性能、優異的力學性能和生物相容性在對小分子的電化學分析檢測、生物傳感器的制備等方面得到了普遍的應用。Wang等利用石墨烯良好的導電性作為摻雜材料制備修飾電極對多巴胺進行了分析檢測，并獲得了良好的線性范圍及檢出限。石墨烯作為基體材料通過共價鍵、離子鍵及與插層分子之間的相互作用可以與多種材料進行雜化，如Ni(OH)2, ZnO, TiO2,Pt。這些雜化后的材料具有良好的電子轉移能力，較大的比表面積和結構穩定性，從而具有優良的電化學性能。

發明內容
本發明的目的正是基于上述現有技術狀況而提供的一種鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極在尿酸測定中的應用。本發明的目的是通過以下技術方案來實現一種鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極在尿酸測定中的應用該應用包括以下步驟
(1)制備鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極NiAl-LDH/G
a、石墨烯的制備以天然石墨為原料制備氧化石墨，將所制備的氧化石墨超聲分散半小時制備片層氧化石墨，加入葡萄糖到溶液中，然后將氨水加入到上述溶液，劇烈攪拌，將所得到的黑色分散液過濾，用去離子水徹底洗滌干凈，然后重新分散到去離子水中備用；
b、NiAl-LDH/G復合材料的制備將NaOH，Na2CO3加入到上述分散好的石墨烯分散液中，超聲，室溫條件并不斷攪拌，將上述溶液加入到含有Ni (NO3)2和Al (NO3)3溶液中，并用NaOH補充液控制溶液的pH值，將四口瓶移置60°C的水浴鍋中，晶化6 h，反應結束后抽濾，用去離子水洗滌至中性，并用無水乙醇洗滌三次，產物在60°C條件下真空干燥12 h，即得到NiAl-LDH/G復合材料；
C、將玻碳電極拋光成鏡面，超聲清洗干凈，使用殼聚糖醋酸溶液，將制備好的NiAl-LDH/G復合材料加入到殼聚糖溶液中，超聲混合，將上述超聲好的分散液滴涂在潔凈的玻碳電極表面，在紅外燈條件下干燥至溶劑全部揮發，在玻碳電極表面形成一層含有NiAl-LDH/G復合物的膜，即得到了 NiAl-LDH/G電極。(2)考察NiAl-LDH/G復合物的電催化性能
在室溫條件下(20±1°C )，采用CHI660D電化學工作站進行循環伏安測試，測試體系為不同pH值PBS配制的尿酸標準溶液和吸煙者尿液樣本(測試前用PBS緩沖溶液稀釋10倍)，以飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲為對電極，上述復合物電極為工作電極，組成電催化氧化尿酸體系。在靜態體系下進行電化學測試，掃描電位窗口為-0. 1-0. 6 V。DPV的實驗參數為振幅50 mV，脈沖寬度60 ms，脈沖周期200 ms。所用目標溶液均提前配制，并在4 °〇冰箱中保存備用。(3)考察UA在不同修飾電極上的DPV行為
在-0. ro. 6 V電位窗口及0.1 M PBS (pH 7. 0)水溶液中研究了 100剛UA在裸GCE電極(圖1中a)和NiAl-LDH/G復合材料修飾電極(圖1中b)上的差示脈沖伏安圖。由圖可見，在裸GCE電極上，在0. 263 V出現了 UA的較寬的氧化峰，峰電流為3. 2 MA。然而，在NiAl-LDH/G復合材料修飾電極上，與裸GCE相比，UA的出峰電位沒有太大變化，但是，峰電流比裸電極高3. 2倍，并且峰型更好。這說明NiAl-LDH/G復合材料具有較高的電催化能力，可以加速電化學反應的電子轉移。其可能原因是由于石墨烯本身具有提高電子轉移的能力，以及其作為載體使NiAl-LDH粒子的分散性提高，暴露出更多的具有電催化活性分子的 Ni2+。(4)尿酸(UA)的定量檢測
在上述優化的實驗條件下，采用檢測靈敏度較高的DPV方法對不同濃度的UA進行定量測定。UA的氧化峰電流Ipa與其濃度在30 m 800剛范圍內呈良好的線性關系，線性回歸方程 Ipa =0. 02173 C (剛)+ 8. 01669，r=0. 9956，檢出限為 6 剛。(5)考察電極重復性、穩定性及干擾試驗
對同一玻碳電極在相同條件下修飾五次，在500 m UA溶液中進行測定，其RSD為
3.14% ；同一修飾電極對在500 m UA平行測定I次，其氧化峰電流的RSD為2. 69%。將該修飾電極置于0.1 M PBS (pH 7.0)在4°C冰箱中保存7天，峰電流仍能夠保持初始值的95. 1%。上述結果表明NiAl-LDH/G修飾電極具有良好的穩定性和重現性。
該實驗還考察了尿酸中常見物質對UA電化學響應信號測定的干擾影響。實驗結果表明，500倍的蔗糖、檸檬酸鹽、葡糖糖，250倍的尿素、K+、Na+、NH4+, 100倍的Mg2+、Zn2+對500 m UA測定的相對誤差均小于5%，故認為這些常見物質對UA的測定不存在干擾。可見本方法對尿酸的測定具有良好的選擇性，因此可用于人體尿樣中尿酸含量的測定。
本發明通過一種簡單的方法，以石墨烯(G)作為載體，通過簡單、低溫的共沉淀的方法，將NiAl-LDH原位負載在石墨烯表面，制備NiAl-LDH/G復合材料。在合成的過程中，NiAl-LDH能夠均勻、穩定地在石墨烯表面成核生長。由于石墨烯的載體作用，NiAl-LDH粒子的分散性提高，暴露出更多的電催化活性中心Ni2+，而且石墨烯加速電子傳遞的作用提高了 NiAl-LDH中電活性物種Ni2+對電活性分子的電催化氧化活性。通過X-射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)對制備的復合材料進行形貌、組成、形態分析，然后將制備的復合材料作為修飾電極的材料，利用該修飾電極對尿酸進行電催化性能研究。本發明的應用與現有技術相比所具備的優點在于
①與其他傳統的檢測方式比較，檢測方法簡單快速，靈敏度高，檢出限低，反應體系無毒害。②方法穩定性高，對儀器要求簡單，易于推廣是用。③本方法還具有操作簡便、快速的特點。


圖1為尿液樣本稀釋十倍后檢測的差示脈沖伏安圖；圖中3、13、(3濃度分別為85.75m, 229. 32 m, 247. 74 剛。
具體實施例方式本發明以下結合實例(附圖)做進一步描述，但并不是限制本發明。制備鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極NiAl-LDH/G實例
石墨烯的制備以天然石墨為原料制備氧化石墨。將所制備的氧化石墨超聲分散半小時即可制備片層氧化石墨。將2 g葡萄糖加入到250 mL上述分散好的溶液中(0. 5 mg/mL),充分攪拌30 min。然后將I mL氨水(25%，v/v)加入到上述溶液，劇烈攪拌數分鐘，并在95°C下攪拌一小時。將所得到的黑色分散液過濾，用去離子水徹底洗滌干凈，然后重新分散到去離子水中備用。NiAl-LDH/G復合材料的制備將一定質量的NaOH，Na2CO3加入到上述重新分散好的50 mL 0.5 mg/mL石墨烯分散液中，其中NaOH濃度為0. 2 M，Na2CO3濃度為0. 05 M，超聲30 min。室溫條件并不斷攪拌的情況下，將上述溶液加入到50 mL含有Ni (NO3)2 (0.075 M)和Al (NO3)3 (0.025 M)。并用NaOH補充液(0.2 M)控制溶液的pH值為10. 5。將四口瓶移置60°C的水浴鍋中，晶化6 h。反應結束后抽濾，用去離子水洗滌至中性，并用無水乙醇洗滌三次，產物在60°C條件下真空干燥12 h，即得到NiAl-LDH/G復合材料。NiAl-LDH/G復合物電極的制備將玻碳電極分別用1. 0 Mm、0. 3 Mm和0.05 MmAl2O3粉末拋光成鏡面，水沖洗之后，依次在無水乙醇和二次蒸餾水中超聲清洗f 2分鐘。為了進一步驗證電極表面是否處理干凈，選用三電極系統，其中打磨后的玻碳電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲為對電極，以濃度為I mM、0.1 M的K3Fe(CN)6和KNO3溶液為電極探針，采用CHI660D進行循環伏安測試，電壓掃描范圍為-0. 1-0.6 V，掃速為50mV/ S。當兩者峰峰電位差小于75 mV，陰陽極峰對稱，兩峰的電流值相等時，再換用0.5 M的仏504溶液進行循環伏安測試，其中電壓窗口為-0.2-0. 8 V，掃速為0.1 V/s，當陰陽兩極峰的峰電壓不超過70 mV時，表明玻碳電極已經處理干凈。配制質量分數為0.3%的殼聚糖醋酸溶液，使用之前將其稀釋五倍。稱取2 mgNiAl-LDH/G復合材料加入到I ml上述稀釋后的溶液中，在室溫條件下超聲混合30 min，將10 W上述超聲好的分散液滴涂在潔凈的玻碳電極表面，在紅外燈條件下干燥至溶劑全部揮發，在玻碳電極表面形成一層含有NiAl-LDH/G復合物的膜，即得到了 NiAl-LDH/G復合物電極。采用同樣的方法制備NiAl-LDH膜電極以進行對比實驗。
應用檢測
考察NiAl-LDH/G復合物的電催化性能
在室溫條件下(20±1°C )，采用CHI660D電化學工作站進行循環伏安測試，測試體系為不同pH值PBS配制的尿酸標準溶液和吸煙者尿液樣本(測試前用PBS緩沖溶液稀釋10倍)，以飽和甘汞電極為參比電極，鉬絲為對電極，上述復合物電極為工作電極，組成電催化氧化尿酸體系。在靜態體系下進行電化學測試，掃描電位窗口為-0. 1-0. 6 V。DPV的實驗參數為振幅50 mV，脈沖寬度60 ms，脈沖周期200 ms。所用目標溶液均提前配制，并在4 °〇冰箱中保存備用。考察UA在不同修飾電極上的DPV行為
在-0. ro. 6 V電位窗口及 0.1 M PBS (pH 7. 0)水溶液中研究了 100剛UA在裸GCE電極(圖1中a)和NiAl-LDH/G復合材料修飾電極(圖1中b)上的差示脈沖伏安圖。由圖可見，在裸GCE電極上，在0. 263 V出現了 UA的較寬的氧化峰，峰電流為3. 2 MA。然而，在NiAl-LDH/G復合材料修飾電極上，與裸GCE相比，UA的出峰電位沒有太大變化，但是，峰電流比裸電極高3. 2倍，并且峰型更好。這說明NiAl-LDH/G復合材料具有較高的電催化能力，可以加速電化學反應的電子轉移。其可能原因是由于石墨烯本身具有提高電子轉移的能力，以及其作為載體使NiAl-LDH粒子的分散性提高，暴露出更多的具有電催化活性分子的 Ni2+。尿酸(UA)的定量檢測
在上述優化的實驗條件下，采用檢測靈敏度較高的DPV方法對不同濃度的UA進行定量測定。UA的氧化峰電流Ipa與其濃度在30 m 800剛范圍內呈良好的線性關系，線性回歸方程 Ipa =0. 02173 C (剛)+ 8. 01669，r=0. 9956，檢出限為 6 剛。考察電極重復性、穩定性及干擾試驗
對同一玻碳電極在相同條件下修飾五次，在500 m UA溶液中進行測定，其RSD為
3.14% ；同一修飾電極對在500 m UA平行測定I次，其氧化峰電流的RSD為2. 69%。將該修飾電極置于0.1 M PBS (pH 7.0)在4°C冰箱中保存7天，峰電流仍能夠保持初始值的95. 1%。上述結果表明NiAl-LDH/G修飾電極具有良好的穩定性和重現性。該實驗還考察了尿酸中常見物質對UA電化學響應信號測定的干擾影響。實驗結果表明，500倍的蔗糖、檸檬酸鹽、葡糖糖，250倍的尿素、K+、Na+、NH4+, 100倍的Mg2+、Zn2+對500 m UA測定的相對誤差均小于5%，故認為這些常見物質對UA的測定不存在干擾。可見本方法對尿酸的測定具有良好的選擇性，因此可用于人體尿樣中尿酸含量的測定。本發明修飾電極的應用實例
分別取3個健康人的尿液樣本于4°C冰箱中保存備用。測試前移取I mL用0.1 M PBS(pH 7. 0)稀釋10倍，搖勻。用DPV方法進行測定，所得結果如圖1。每個樣本平行測定五次，根據所得峰電流平均值根據標準曲線計算其濃度分別為85. 75 m, 229.32剛，247.74剛。然后分別加入100 m的尿酸進行回收率測定(平行測定7次)，回收率均在96. 1% 101. 6%之間，所得結果令人滿意。
權利要求
1.一種鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極在尿酸測定中的應用。
2.根據權利要求1所述的鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極在尿酸測定中的應用，其特征在于該應用包括以下步驟 (I )制備鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極NiAl-LDH/G ； (2 )考察NiAl-LDH/G復合物的電催化性能； (3 )考察UA在不同修飾電極上的DPV行為； (4 )尿酸(UA)的定量檢測； (5 )考察電極重復性、穩定性及干擾試驗。
3.根據權利要求1或2所述的鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極在尿酸測定中的應用，其特征在于所述鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極NiAl-LDH/G通過以下工藝步驟制備 a、石墨烯的制備以天然石墨為原料制備氧化石墨，將所制備的氧化石墨超聲分散半小時制備片層氧化石墨，加入葡萄糖到溶液中，然后將氨水加入到上述溶液，劇烈攪拌，將所得到的黑色分散液過濾，用去離子水徹底洗滌干凈，然后重新分散到去離子水中備用； b、NiAl-LDH/G復合材料的制備將NaOH，Na2CO3加入到上述分散好的石墨烯分散液中，超聲，室溫條件并不斷攪拌，將上述溶液加入到含有Ni (NO3)2和Al (NO3)3溶液中，并用NaOH補充液控制溶液的pH值，將四口瓶移置60°C的水浴鍋中，晶化6 h，反應結束后抽濾，用去離子水洗滌至中性，并用無水乙醇洗滌三次，產物在60°C條件下真空干燥12 h，即得到NiAl-LDH/G復合材料； C、將玻碳電極拋光成鏡面，超聲清洗干凈，使用殼聚糖醋酸溶液，將制備好的NiAl-LDH/G復合材料加入到殼聚糖溶液中，超聲混合，將上述超聲好的分散液滴涂在潔凈的玻碳電極表面，在紅外燈條件下干燥至溶劑全部揮發，在玻碳電極表面形成一層含有NiAl-LDH/G復合物的膜，即得到了 NiAl-LDH/G電極。
全文摘要
一種鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極在尿酸測定中的應用，該應用包括以下步驟(１)制備鎳鋁層狀雙金屬氫氧化物修飾電極NiAl-LDH/G；(２)考察NiAl-LDH/G復合物的電催化性能；(３)考察UA在不同修飾電極上的DPV行為；(４)尿酸(UA)的定量檢測；(５)考察電極重復性、穩定性及干擾試驗。本發明的應用與現有技術相比所具備的優點在于與其他傳統的檢測方式比較，檢測方法簡單快速，靈敏度高，檢出限低，反應體系無毒害。方法穩定性高，對儀器要求簡單，易于推廣是用。本方法還具有操作簡便、快速的特點。
文檔編號G01N27/26GK103063717SQ20121058836
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者侯宏衛, 田永峰, 張小濤, 劉彤, 陳歡, 韓書磊, 胡清源 申請人:國家煙草質量監督檢驗中心