修饰电极的制备方法与饲料添加剂赖氨酸铜中游离铜离子的测定应用

摘要

本发明公开了修饰电极的制备方法与饲料添加剂赖氨酸铜中游离铜离子的测定应用，该制备方法，包括步骤：1）将裸玻碳电极进行表面处理；2）将上步得到的电极、对电极、参比电极置于硫酸溶液中进行循环扫描至伏安图稳定为止，活化电极；3）将三电极置于含有半胱氨螯合金属的溶液中，进行循环扫描，得到最终的修饰电极。也公开了修饰电极在铜离子及赖氨酸铜螯合率检测中的应用。本发明的制备方法简单，所制备的修饰电极用于铜离子和赖氨酸铜螯合率的检测，准确度高，检测方法简单，无需使用昂贵的仪器。

说明书

技术领域

本发明涉及修饰电极的制备方法与饲料添加剂赖氨酸铜中游离铜离子的测定应用。

背景技术

微量元素氨基酸螯合物是最近发展起来的第三代微量元素饲料添加剂，由于其稳定性好、抗干扰性强、生物效价高等特点，成为饲料行业应用的热点。业内人士常用微量元素氨基酸螯合率的高低来反映微量元素氨基酸螯合物品质。螯合率的测定对于动物营养研究、微量元素氨基酸螯合物的制备与畜牧生产、市场监督具有重要的理论与实际意义。目前蛋氨酸系列微量元素氨基酸络(螯)合物螯合率测定国家建立了标准，但是赖氨酸（铜、锌）系列这类易溶于水的螯合物没有相应国家标准，其难点在于样品中螯合态和游离态的微量元素难以准确分离，而且在酸和碱的环境中都有一定程度的分解，故难以测定游离态金属离子含量。目前对可溶性的微量元素氨基酸螯合物的螯合率测定主要是通过测定游离金属离子和总金属离子的含量，计算出螯合态的金属离子的含量间接确定。

对于金属离子的测定有很多方法，因修饰电极测定方法成本低、实验条件易控制、易制作、简单、灵敏度高和响应快速等优点，具有应用于生产一线的前景。有研究者采用对氨基苯甲酸、L-谷氨酸/铁氰根、聚对氨基苯甲酸/石墨烯-全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物等修饰电极测定金属铜离子，取得良好的检测效果。本文通过循环伏安法电聚合制备半胱胺锌螯合物修饰玻碳电极，利用差分脉冲伏安法测定溶液中金属铜离子含量。另外，实验考察了修饰电极对赖氨酸铜不存在电化学响应，从而能够通过直接测定赖氨酸铜产品中游离铜离子含量来计算赖氨酸铜的螯合率。

发明内容

本发明的目的在于提供修饰电极的制备方法与饲料添加剂赖氨酸铜中游离铜离子的测定应用。

本发明所采取的技术方案是：

一种修饰电极的制备方法，包括步骤：

1）将裸玻碳电极进行表面处理；

2）将上步得到的电极、对电极、参比电极置于硫酸溶液中进行循环扫描至伏安图稳定为止，活化电极；

3）将该三电极再置于含有含有半胱胺螯合金属的溶液中，进行循环扫描，得到最终的修饰电极。

步骤1）中，表面处理的方法为：打磨、抛光、清洗、干燥。

步骤2）具体为：将上步得到的电极、对电极、参比电极置于0.3-0.8mol/L的硫酸溶液中进行循环扫描至伏安图稳定为止，活化电极。

扫描的范围为-1.2～+1.6V；扫描的速率为80-120mv/s。

步骤3）中，含有半胱氨螯合金属的溶液为含有5×10^-3mol/L -8×10^-3mol/L半胱胺螯合锌与0.08-0.12mol/L KCl的溶液。

步骤3）中，扫描的圈数为25-35圈；扫描的速率为40-60mV/s。

三电极系统置于含有半胱氨螯合金属的溶液中进行循环扫描的圈数为25-35圈；扫描的速率为40-60mV/s。

所制备的修饰电极在游离铜离子及赖氨酸铜螯合率检测中的应用。

本发明的有益效果是：

本发明的制备方法简单，所制备的修饰电极用于铜离子及赖氨酸铜螯合率的检测，准确度高，检测方法简单，无需使用昂贵的仪器。

附图说明

图1为裸玻碳电极在6×10^-3mol/L3:2半胱胺锌溶液的聚合循环伏安图（CVs）。

图2为CS-Zn/GCE修饰电极和裸玻碳电极在氯化钾底液中对铜离子的循环伏安曲线。

图3为CS-Zn/GCE修饰电极对不同浓度的铜离子的差分脉冲伏安曲线。

图4为CS-Zn/GCE修饰电极对铜离子响应电流与浓度的线性关系。

图5为CS-Zn/GCE修饰电极和裸玻碳电极在氯化钾底液中对赖氨酸铜的循环伏安曲线。

图6为CS-Zn/GCE修饰电极对铜离子样品1的DPV曲线。

图7为CS-Zn/GCE修饰电极对铜离子样品2的DPV曲线。

图8为CS-Zn/GCE修饰电极对铜离子样品3的DPV曲线。

图9为CS-Zn/GCE修饰电极对赖氨酸铜样品1的DPV曲线。

图10为CS-Zn/GCE修饰电极对赖氨酸铜样品2的DPV曲线。

具体实施方式

一种修饰电极的制备方法，包括步骤：

1）将裸玻碳电极进行表面处理；

2）将上步得到的电极、对电极、参比电极置于硫酸溶液中进行循环扫描至伏安图稳定为止，活化电极；

3）再将三电极置于含有半胱胺螯合金属的溶液中，进行循环扫描，得到最终的修饰电极。

针对上述方法，优选的，步骤1）中，表面处理的方法为：打磨、抛光、清洗、干燥；进一步优选的，为：将裸玻碳电极（d=3mm）在金相砂纸上打磨，依次用3μm、0.5μm、0.03μm粒度的Al₂O₃粉末上抛光成镜面；再分别用2mol/LNaOH、(1+1)HNO₃、70vol%无水乙醇和二次水超声清洗，处理后的电极室温晾干。

针对上述方法，优选的，步骤2）中，参比电极是饱和甘汞电极，对电极是1cm×1cm的铂片电极；

针对上述方法，优选的，步骤2）具体为：将上步得到的电极、对电极、参比电极置于0.3-0.8mol/L的硫酸溶液中进行循环扫描至伏安图稳定为止，活化电极；其中，扫描的范围为-1.2～+1.6V；扫描的速率为80-120mv/s；

进一步优选的，步骤2）具体为：将上步得到的电极、对电极（1cm×1cm的铂片电极）和参比电极（饱和甘汞电极）放入0.5mol/LH₂SO₄于-1.2～+1.6V范围内进行循环扫描至伏安图稳定为止，活化电极，扫描速率为100mV/s。

针对上述方法，优选的，含有半胱氨螯合金属的溶液为含有5×10^-3mol/L -8×10^-3mol/L半胱胺螯合锌与0.08-0.12mol/L KCl的溶液；进一步优选的，为含有6×10^-3mol/L半胱胺螯合锌与0.1mol/L KCl的溶液；其中，所述的半胱胺螯合锌中，半胱胺和锌的摩尔比为3:2或2:1。

针对上述方法，优选的，步骤3）中，扫描的圈数为25-35圈；扫描的速率为40-60mV/s；进一步优选的，扫描的圈数为30圈，扫描速率为50 mV/s。

所制备的修饰电极在铜离子检测中的应用；优选的，在Cu（Ⅱ）离子及赖氨酸铜螯合率检测中的应用。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：

制备例：

实施例1：

将裸玻碳电极（d=3mm）在金相砂纸上打磨，依次并用3μm、0.5μm、0.03μm粒度的Al₂O₃粉末上抛光成镜面。分别用2mol/LNaOH、(1+1)HNO₃、70%无水乙醇和二次水超声清洗，处理后的电极室温晾干。将清洗好的裸玻碳电极、对电极（1cm×1cm的铂片电极）和参比电极（饱和甘汞电极）放入0.5mol/LH₂SO₄于-1.2～+1.6V范围内进行循环扫描至伏安图稳定为止，活化电极，扫描速率为100mV/s。然后，将三电极放入含有6.0×10^-3mol/L3:2半胱胺锌溶液的0.1mol/L 的氯化钾溶液中，在-1.2～+1.6V电位范围内，50mV/s循环扫描30圈，制得CS-Zn/GCE修饰电极。

表征例：

利用循环伏安法制备3:2半胱胺锌/GCE修饰电极，图1为裸玻碳电极在6×10^-3mol/L3:2半胱胺锌溶液的聚合循环伏安图（CVs），图1显示，从初始电位-1.2V开始以100mV/s的扫描速率向1.6V扫描，第一圈出现氧化峰和还原峰，反向扫描时未见氧化还原峰。第二圈开始只出现氧化峰，且随着扫描圈数的增加，曲线的电流变化值趋于稳定。由于3:2半胱胺锌导电性能弱，随着扫描圈数的增加，聚合物膜电阻越来越大，聚合物薄膜的生长速率则越来越小，当峰电流几乎不再变化，说明聚合物在电极表面不再生长。

检测例1：

修饰电极对铜离子的电化学反应：

研究过程中发现，修饰电极及裸玻碳电极在含有铜离子的缓冲溶液中并没有电化学响应，而在0.1mol/L氯化钾溶液中两种修饰电极在-0.5-0.5V范围内存在电化学响应，两种修饰电极和裸玻碳电极在氯化钾底液中的循环伏安曲线如图2所示。图2说明裸玻碳电极在0.1mol/L KCl溶液中无电化学响应，而CS-Zn/GCE修饰电极在扫描电位范围内有氧化峰，且存在电化学响应。

修饰电极对铜离子的检测：

CS-Zn/GCE修饰电极对铜离子的检测：

移取40.00mL 的0.1mol/L KCl溶液到电解池中，采用精密移液管分别移取0.02mL、0.08mL、0.10mL、0.14mL、0.18mL、0.20mL到电解池中，忽略体积变化，浓度分别为5×10^-5mol/L、2×10^-4mol/L、2.5×10^-4mol/L、3.5×10^-4mol/L、4.5×10^-4mol/L、5×10^-4mol/L。CS-Zn/GCE修饰电极对不同浓度的铜离子的差分脉冲伏安曲线如图3所示。根据图3中DPV曲线上响应电流随浓度变化而发生变化，得到其线性关系如图4所示。

从图4可知，3:2半胱胺锌/GCE修饰电极对铜离子的响应电流与其浓度在一定范围内呈线性关系，采用线性回归方法得其线性范围为0.01~0.5 mmol/L，线性曲线关系为I=-0.1005C-1.6E-5，相关系数为0.9863。

检测例2：

修饰电极对赖氨酸铜的电化学反应：

    通过研究修饰电极和裸玻碳电极在0.1mol/L氯化钾底液中对赖氨酸铜标准品的循环伏安曲线表明（图5），修饰电极在赖氨酸铜标品溶液中并未响应，在一定范围内，修饰电极能够通过测定饲料中游离铜离子，间接测定赖氨酸铜的螯合率。根据赖氨酸铜产品中游离铜离子和总铜离子的测定值，计算螯合铜离子含量。

CS-Zn/GCE修饰电极对赖氨酸铜螯合率的检测

     在相同实验条件下，取0.015g和0.036g的赖氨酸铜产品的KCl溶液，多次测定样品1、2，各自的响应电流值Ip(1)、Ip（2）结果如表3、表4、图9和图10所示。通过表4中修饰电极对赖氨酸铜产品的测定发现，修饰电极对赖氨酸铜溶液中游离铜离子的测定相对标准偏差接近，测定的螯合率达到91.78%和91.93%。

应用例：

将修饰电极用于水中的铜离子测试，图6、7、8分别为CS-Zn/GCE修饰电极对铜离子样品1、2、3的DPV曲线；图9、10分别为CS-Zn/GCE修饰电极对赖氨酸铜样品1、2的DPV曲线。

表1-4为相应的测定结果：

表1  铜离子RSD值测定

表2  修饰电极测定水样中铜离子

表3  游离铜离子RSD值测定

表4  修饰电极测定赖氨酸铜的螯合率

表格注释：例如表1中的“I=-0.1005C-1.6E-5”为响应电流与浓度之间的拟合线性关系，“1E-05”代表10^-5。