葡萄糖和油脂酸败产物检测传感反应机理研究

论文摘要

电化学传感器是指感应（或响应）生物、化学量,并按一定规律将其转化成电信号输出的器件或装置,它一直是电分析科学中一个非常活跃的研究前沿。用葡萄糖传感器测定人体血糖是电化学传感器最重要的应用之一。基于纳米表面的葡萄糖传感器是目前的研究热点和发展方向,本文采用循环伏安、交流阻抗等手段研究了纳米铂修饰电极上葡萄糖氧化的电子转移反应。食用油脂在贮藏过程中,由于氧化酸败作用使其丧失风味、营养价值降低,缩短了货架寿命,并且造成有毒物质的蓄积。因此从油品的安全储存及营养与卫生的角度出发,有必要对油脂酸败进行深入细致的研究。目前是用烦琐的气相色谱和质谱联用进行测试,而采用简便易行的电化学检测是一种新的思路,本文用调和油和花生油模拟油脂酸败过程,尝试检测酸败体系的电导和氧化还原性能,为检测油脂质量的电化学传感器的研发积累信息。对玻碳电极和铂电极进行不同形式的修饰,制备不同的传感电极,对葡萄糖在这些电极上的酶催化氧化进行循环伏安测试,结果证明,加入媒介质后,借助于媒介质的氧化还原峰对葡萄糖的氧化进行观察,电流响应明显,媒介质能够促使电子传递,降低工作电位,可以排除其它活性物质的干扰;同时修饰纳米铂和葡萄糖氧化酶的工作电极比其他修饰电极体系所产生的电流大。原因是纳米铂有良好的生物相容性、良好的电子传导能力,并且能够提供更大的表面积、表面反应活性高、表面活性中心多、催化效率高等特性。对不同反应体系的机理进行了初步探讨。对各种电极在空白体系、K3Fe（CN）6溶液、葡萄糖溶液中阻抗行为进行了研究。在不同电压时对葡萄糖溶液进行交流阻抗测试,结果表明葡萄糖氧化存在一个电阻最小的电位,即媒介质氧化峰电位,电压控制在此电位时,电极反应所受阻力小,有利于化学反应的进行。不同浓度的葡萄糖溶液的交流阻抗测试结果表明,随着葡萄糖浓度的增加, Nyquist图中半圆的直径变大,说明探针[Fe（CN）6]3-/4-在电极表面的电子转移过程受到严重的限制,主要是因为结合到修饰电极表面发生反应的葡萄糖数量增加,使得氧化还原对[Fe（CN）6]3-/4-在电极表面电子转移阻力变大。一方面增大了[Fe（CN）6]3-/4-在通过膜时的阻力,另一方面,也使[Fe（CN）6]3-/4-向电极表面扩散的有效截面积进一步变小。与前面循环伏安测试结果一致。以花生油和调和油为例,模拟油脂酸败实验,初步测试了酸败体系的一些参数,发现自然酸败体系和模拟酸败体系的电导率均增大,且电导率随酸败产物的浓度的增大而增加,电导率的变化可给出初步的定性判断。初步讨论了油脂酸败机理,并结合文献分析和油脂酸败实验提出了鉴别合格食用油的一些方法和防止油脂酸败的一些建议。由于油脂酸败过程复杂、酸败产物种类繁多,酸败产物的气-质色谱图有待于进一步分析,适合于电化学氧化/还原分析的酸败产物的选择有待于进一步探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 生物传感器的原理及分类
• 1.2 葡萄糖传感器
• 1.2.1 电流型葡萄糖生物传感器
• 1.2.2 电极上酶的固定化方法
• 1.2.3 电子媒介体
• 1.3 油脂酸败及检测简介
• 1.3.1 引言
• 1.3.2 油脂的基本结构
• 1.3.3 油脂氧化类型
• 1.3.4 评价酸败的指标
• 1.3.5 目前存在检测方法
• 1.4 选题主要依据及工作总体思路
• 1.4.1 选题主要依据及目标
• 1.4.2 工作总体思路
• 第二章 主要仪器试剂和实验方法
• 2.1 主要仪器和试剂
• 2.1.1 电极制备及表征的主要仪器
• 2.1.2 电化学测试仪器设备
• 2.1.3 材料与试剂
• 2.2 电化学测量体系及实验方法
• 2.2.1 电化学测量体系
• 2.2.2 实验方法
• 第三章 不同电极上葡萄糖氧化的循环伏安响应
• 3.1 葡萄糖在修饰的玻碳电极和铂电极上的循环伏安响应
• 3.1.1 工作电极的预处理和修饰
• 3.1.2 磷酸缓冲溶液（PBS, 底液）的配置
• 3.1.3 修饰的玻碳电极和铂电极上的循环伏安响应
• 3.2 葡萄糖在修饰纳米 Pt 的玻碳电极上的循环伏安响应
• 3.2.1 GC/Pt/GOx 电极、GC/Pt/Fc/GOx 电极的制备
• 3.2.2 纳米 Pt 修饰的玻碳电极上的循环伏安响应
• 3.3 葡萄糖在纳米铂修饰的铂电极上的循环伏安响应
• 3.3.1 Pt/纳米 Pt/GOx 电极的制备
• 3.3.2 修饰纳米 Pt 的铂电极上的循环伏安响应
• 3.4 葡萄糖传感器的反应机理
• 3.5 本章小结
• 第四章 葡萄糖传感器的阻抗行为
• 6]^3-/4-为探针的阻抗行为'>4.1 以[Fe（CN）₆]^3-/4-为探针的阻抗行为
• 4.2 不同电极体系的阻抗行为
• 4.3 纳米铂修饰的玻碳电极的阻抗行为
• 4.4 修饰纳米铂的铂电极的阻抗行为
• 4.5 本章小结
• 第五章 油脂氧化酸败产物检测初探
• 5.1 油脂氧化酸败产物对人体的危害
• 5.2 油脂氧化酸败实验和产物检测初探
• 5.2.1 油脂酸败
• 5.2.2 酸败产物
• 5.2.3 酸败体系电化学响应初探
• 5.3 油脂酸败机理
• 5.4 食用油的鉴别方法和安全储藏
• 5.5 本章小结
• 全文总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢