血红蛋白在双十二烷基二甲基铵2聚乙烯硫酸盐

    多双层复合薄膜电极上的电化学与电催化

    周颖琳 胡玉娇 曾泳淮3

    (北京师范大学化学系 ,北京 100875)

    摘 要 将 Hb涂布到由双十二烷基二甲基铵2聚乙烯硫酸盐(2C12N+

    PVS-)在热解石墨(PG)电极表面形成的

    薄膜上 ,即可形成稳定的 Hb22C12N+

    PVS-

    薄膜。在pH 5. 5的缓冲溶液中 ,该薄膜电极在 - 0. 18 V( vs. SCE)左

    右有一对相当可逆的循环伏安还原氧化峰 ,为 Hb血红素辅基 Fe D Fe C电对的特征峰 ,在 - 1. 08 V左右 HbFe

    C被进一步还原成 HbFe B。在2C12N+

    PVS-

    薄膜的微环境中 ,Hb与 PG电极之间的电子传递得到极大促进 ,并显示了较好的稳定性。应用所建立的薄层电化学模型和 E0′ 分散模型 ,对 pH 7. 0 缓冲溶液中 Hb22C12N+

    PVS-

    薄膜电极的方波伏安图进行非线性回归拟合处理 ,获得该体系平均式量电位 E0′ 和表观异相电子传递速

    率常数 ks。Hb22C12N+

    PVS-

    薄膜可以催化还原氧和某些有机卤化污染物 ,如:三氯乙酸(TCA) 。

    关键词 血红蛋白 ,表面活性剂2聚合物多双层复合膜 ,电化学 ,电化学催化

    2001204228收稿;2001209218接受

    本文系国家自然科学基金资助项目(No. 29375192)

    1 引 言

    血红蛋白(Hb)是血红素蛋白质的一种 ,在脊椎动物的血液中担负着储存和运输氧的重要任务。但

    由于其分子结构庞大 ,电活性中心不易暴露 ,以及在电极的吸附变性而造成电极表面的钝化 ,使得它在

    一般固体电极上的电子传递速率很慢 ,得不到有效的电流响应。许多研究者都致力于电子传递媒介

    体1

    ,促进剂2

    和特殊电极材料3

    的研究以加速 Hb 的电子传递速率。1996 年 ,Rusling等4

    首次将 Hb

    嵌入热解石墨(PG)电极表面的多双层表面活性剂薄膜中 ,使 Hb与 PG电极之间的电子传递速率大大增

    加。为了改善这种薄膜的稳定性 ,胡乃非等5 ,6

    在多双层表面活性剂薄膜中引入离子型聚合物或离子

    交换型粘土作为骨架材料 ,制得了 Hb2多双层复合薄膜电极 ,进而研究 Hb 电化学性质和电化学催化。

    胡玉娇等7

    报道了肌红蛋白(Mb)在2C12N+

    PVS-

    多双层复合膜电极上的直接电化学。本文在上述工作

    的基础上对 Hb在2C12N+

    PVS-

    多双层复合膜电极上的电化学行为和电催化性质进行了探讨。

    2 实验部分

    2. 1 试剂

    血红蛋白(Hb ,Sigma 公司) ;聚乙烯硫酸酯钾盐( K+

    PVS-

    ,Sigma 公司) ;双十二烷基二甲基溴化铵

    (2C12N+

    Br

    -

    ,Kodak公司) ;三氯乙酸(TCA ,分析纯 ,北京东郊化工厂) 。

    缓冲溶液总浓度是0. 1 mol L 的醋酸钠 ,0. 05 mol L 的磷酸二氢钾 ,0. 05 mol L 的硼酸或0. 05 mol L

    的柠檬酸溶液。用盐酸或氢氧化钠溶液调整到所需的pH值。所有缓冲溶液中均含 0. 1 mol L 的溴化

    钾。其它试剂均为分析纯 ,水为二次蒸馏水 ,采用高纯氮除氧。

    2. 2 薄膜的制备

    按照文献7

    方法制得聚离子化合物2C12N+

    PVS-。将65 mg 2C12N+

    PVS-

    固体溶解在10 mL 氯仿中。

    用微量注射器将5μ L 6. 5 g L 的 2C12N+

    PVS-

    氯仿溶液均匀地涂布到新磨光的 PG电极表面 ,然后在电

    极上套一小试管 ,使氯仿在较为密封的环境中缓慢地挥发 ,从而得到较为均匀的薄膜。新制作的

    2C12N+

    PVS-

    薄膜电极隔夜放置之后 ,用微量注射器将5μ L 1. 7 × 10 - 5

    mol L 的 Hb水溶液均匀地涂布到

    其表面 ,然后在电极上套一小试管 ,让 Hb22C12N+

    PVS-

    薄膜在密封环境中隔夜干燥。

    第30卷

    2002年3月 分析化学 (FENXI HUAXUE) 研究报告

    Chinese Journal of Analytical Chemistry

    第3期

    262～2662. 3 仪器及实验方法

    电化学测量在 CHI 660电化学工作站(美国 CHI公司)上进行 ,通过 586 IBM兼容微机 ,应用 CHI电

    化学软件进行各种化学测量。采用三电极体系 ,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极 ,辅助电极为铂电极 ,涂布在 PG上的薄膜电极为工作电极。每次实验前都用高纯氮除氧 20 min 以上 ,在测试过程中反应池

    内始终保持氮气氛。在氧的催化实验中 ,用注射器向除过氧的一定体积的溶液中注入一定量的空气。

    3 结果和讨论

    3. 1 循环伏安法( CV)

    将 Hb22C12N+

    PVS-

    薄膜电极放入不含 Hb的pH 5. 5的空白缓冲溶液中 ,经过几次循环伏安扫描之

    图1 循环伏安图

    Fig. 1 Cyclic voltammograms

    pH 5. 5缓冲溶液(buffer) , v = 0. 2 V s。a. didodecyldimethylam2

    monium polyvinyl sulfate ( 2C12 N+

    PVS-) 薄 膜 ( films ) ; b.

    hemoglobin(Hb)22C12N+

    PVS-

    薄膜(films) 。

    后 ,可以观察到两对相当可逆的还原氧化峰(图 1b) 。

    第一对峰出现在 - 0. 18 V ,为 Hb 血红素 Fe D Fe C

    氧化还原电对的特征峰6 ,8。第二对峰出现在 - 1.

    08 V , 很可能是 Fe C Fe B氧化还原电对的特征

    峰9。这两对峰的峰高随着浸泡时间无增长现象 ,峰高在7 h内保持不变 ,在两天内较稳定。由于第一

    对峰比第二对峰的峰形更好且研究得较多 ,因此下

    面的实验均主要研究第一对峰 ,且将薄膜电极在底

    液中浸泡半小时后进行。与之对比 ,不含 Hb 的 2C12

    N+

    PVS-

    薄膜电极在这个电位范围内则没有电信号

    (图1a) 。

    作为比较 ,将空白的 2C12N+

    PVS-

    薄膜电极放入

    含有1. 7 ×10 - 5

    mol L Hb 的pH 5. 5 的缓冲溶液中 ,然后做循环伏安扫描以测试 Hb 进入薄膜中的可能

    性。结果表明随着浸泡时间的增长 ,第一对还原氧

    化峰也逐渐增大 ,伴随着电位稍微负移。峰电流的增长说明的确有 Hb 从溶液进入 2C12N+

    PVS-

    薄膜

    中 ,而且 ,随着浸泡时间的增长 ,进入薄膜中的 Hb 也在逐渐增多。21 h 之后 ,峰高不再继续增长 ,说明

    此时进入薄膜中的 Hb已达稳态。2C12N+

    PVS-

    薄膜是由带正电荷的2C12N+

    骨架和带负电的 PVS-

    通过

    库仑引力相互作用形成多双层复合膜。从整体上讲它是电中性的 ,而 Hb 的等电点pI为 6. 8 ,在pH 5. 5

    时 Hb带正电 ......