薄膜修飾電極以電化學循環伏安法偵測過氧化氫

第四章血紅蛋白酵素電極偵測過氧化氫

4.3 酵素催化還原過氧化氫

4.4.4 薄膜修飾電極以電化學循環伏安法偵測過氧化氫

藉由循環伏安法探討薄膜修飾電極電催化還原過氧化氫的能力，

當 H2O2加進 pH7 的 PBS 時，還原峰電流值明顯增加。圖 4-7 (a)為 GD/rGO/Hb/Nf 薄膜修飾電極在除氧的 0.1M PBS(pH7)中逐漸加入不同濃度過氧化氫之 CV 圖，電位範圍從 0V 到-0.9V，掃描速率 50 mV/s。

當 H2O2加進 PBS 時，觀察到明顯的還原波峰隨著 H2O2濃度增加而電流值增大，而相同條件下，(b) GD/Hb/Nf、(c) rGO/Hb/Nf、(d) Hb/Nf，

都具相同結果，但是電流導電值卻截然不同，圖 4-7 (d) Hb/Nf 單獨

Hb 在玻璃碳電極上催化過氧化氫還原的效果最差，而(c) rGO/Hb/Nf 無法看出有效的催化能力，(b) GCE/GD/Hb/Nf 不僅增加了導電度也和過氧化氫濃度成正比，值得注意地方是(a) GD/rGO/Hb/Nf 的還原峰位置比其他三者往高電位移動至-0.2 V 的電位，證明此薄膜修飾電極催化活性極好，關於血紅蛋白催化過氧化氫還原的反應方程式如下:

97^，98^，99

Hb(hemeFe³⁺) + e⁻ ↔ Hb(hemeFe²⁺) (4 − 3) 2Hb(hemeFe²⁺) + H₂O₂+ 2H⁺ + 2e⁻

2Hb(hemeFe³⁺) + 2H₂O (4 − 4)

圖 4- 7

(a) GD/rGO/Hb/Nf, (b) GD/Hb/Nf, (c) rGO/Hb/Nf, (d) Hb/Nf

電極在除氧過的 0.1 M PBS(pH 7)中依序加入 0.2、0.4、0.6、0.8、1.0

mM 過氧化氫之 CV 圖，電位範圍 0 V 到-0.9 V，掃描速率 50 mV/s。

4.4.5 薄膜修飾電極以計時安培法偵測葡萄糖

我們使用計時安培法對各不同修飾條件的電極進行測定過氧化氫研究，因為過氧化氫為電化學活性物質，即使裸電極(玻璃碳電極) 也可以偵測 H2O2的還原，因此利用此實驗來比較各個修飾電極對於催化過氧化氫還原的效能，將薄膜修飾旋轉電極放置於除氧的磷酸緩衝溶液中，逐漸添加過氧化氫，利用安培反應來研究過氧化氫的電催化還原。圖 4-8 為(a)為 GD/rGO 與 GD/rGO/Hb/Nf 兩者電極偵測過氧化氫的安培反應 i-t 曲線比較，工作電極店位設定在-0.4 V，旋轉速度 2000 rpm，每 50 秒注射 500 µM 的過氧化氫，結果顯示含有血紅蛋白的修飾電極偵測過氧化氫的 i-t 曲線斜率最大，提升了約 40%，證明其靈敏度佳，偵測過氧化氫的效能最優。圖 4-8 (b)測試了不同條件的修飾電極，分別為玻璃碳電極(GCE)、玻璃碳-金奈米粒電極(AuNP)、

玻璃碳-樹狀金電極(GD)，和其修飾血紅蛋白比較，結果觀察到含有血紅蛋白修飾皆可以幫助催化過氧化氫還原，而 GCE 未經任何修飾其效能最差，為了凸顯樹狀金電極的特性，我們實驗了 AuNP 與其比較，電鍍時間 500 秒，電位條件不變但電解液中未加入 L-cystein 所電沉積的金奈米粒子，與樹狀金電極相差了約 35%，所有電極偵測應答時間皆<5 s。

圖 4- 8 各個不同薄膜修飾在旋轉電極上，在 PBS (pH 7)中利用計時 安培法偵測過氧化氫之 i-t 曲線圖，轉速 2000 rpm，電位為-0.4 V，

每 50 秒逐量加入 500 µM 濃度的過氧化氫

我們針對 GD/rGO/Hb/Nf 與 GD/Hb/Nf 兩者薄膜修飾電極偵測過氧化氫找出最小偵測極限、靈敏度、偵測線性範圍等偵測數據，圖 4-9 為(a) GD/rGO/Hb/Nf，(b)GD/Hb/Nf 薄膜修飾在旋轉電極，在已除氧 pH7 0.1M PBS 中每 50 秒注射不同濃度 H2O2，插圖為最小偵測極限實驗 S/N=3，結果顯示兩者偵測極限並無太大差別，圖 4-9 (a) GD/rGO/Hb/Nf 反應電流值與偵測濃度稍大於圖(b) GD /Hb/Nf。

圖 4- 9

(a) GD/rGO/Hb/Nf, (b)GD/Hb/Nf 薄膜修飾在旋轉電極上，在

已除氧 PBS (pH 7)中利用計時安培法偵測過氧化氫之 i-t 曲線圖，轉 速 2000 rpm，電位為-0.4 V，每 50 秒逐量加入不同濃度的過氧化氫

圖中插圖分別為最小偵測極限。

圖 4-10 為安培法 i-t 曲線與過氧化氫濃度獲得之校正曲線圖，圖 4-10 (a)為 GD/rGO/Hb/Nf 薄膜修飾旋轉電極，線性回歸方程式表示為 I_P(µA) = −0.0436[H₂O₂](µA mM⁄ ) − 0.027(µA) ，相關係數 ( R² = 0.9998)，偵測線性範圍 0.003-22.7 mM，最小偵測極限為 1 µM，靈敏度為 0.623 mAmM^-1cm^-2；圖 4-10 (b)為 GD/Hb/Nf 薄膜修飾旋轉電極，

線性回歸方程式表示為 I_P(µA) = −0.0265[H₂O₂](µA mM⁄ ) − 0.0516(µA)，相關係數(R²= 0.9993)，偵測線性範圍 0.003-20 mM，最小偵測極限為 1 µM ，靈敏度為 0.379 mAmM^-1cm^-2。結果顯示 GD/rGO/Hb/Nf 薄膜修飾電極對於偵測過氧化氫為良好的感測器。

圖 4- 10 (a) GD/rGO/Hb/Nf, (b) GD/Hb/Nf 薄膜修飾旋轉電極 i-t 曲 線圖之檢量線。

表 4-1 不同材料電極製備葡萄糖生物感測器之電化學參數比較

Electrode Linear range

(mM)

sensitivity LOD (µM)

GS: graphene; CS:chitosan; Gr: graphene; DAH: 1,6-diaminohexane;

CHIT: chitosan

在文檔中樹狀奈米金與rGO複合材料合成與其電化學感測之研究 (頁 85-91)

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