用于测量5’-鸟苷酸二钠浓度的复合材料修饰电极及应用技术领域
本发明属于食品分析检测技术领域，具体涉及到一种用于5’-鸟苷酸二钠浓度测
定的复合材料修饰电极及其应用。
背景技术
食物风味多种多样，除甜味、苦味、咸味和酸味这四大基本味觉外，还有第五种基
本味-鲜味。鲜味是许多食品中常见的一种风味，鲜味剂对蔬菜、肉、禽、乳类、水产类乃至酒
类都起着良好的增味作用。5’-鸟苷酸二钠(5’-GMP)是一种常见的鲜味核苷酸，常作为食品
添加剂的成分，与谷氨酸钠合用具有很强的协同作用。
目前，5’-GMP的传统检测方法主要有紫外分光光度法、毛细管电泳法、离子交换色
谱法和离子对反向高效液相色谱法等，但这些方法要么准确度不高，要么检测成本高、步骤
繁琐。电化学方法同样可以用来检测5’-GMP，并且因操作简便、选择性好、灵敏度高等优点
而备受人们青睐，研究大多集中与碳糊电极和玻碳电极，但碳糊电极总会出现重复性较差、
制作繁琐等缺点，玻碳电极的研究也多局限于单一的修饰材料，因此很有必要制备一种新
的稳定的复合材料修饰电极。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于测量5’-鸟苷酸二钠浓度
的复合材料修饰电极及应用，本发明能够快速灵敏实现5’-鸟苷酸二钠的浓度测定，且操作
简便、响应灵敏，具有广阔的应用价值。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于测量5’-鸟苷酸二钠浓度
的复合材料修饰电极，该复合材料修饰电极通过以下方法制备得到：
(1)在麂皮上依次使用第一抛光液和第二抛光液将玻碳电极打磨至镜面，第一抛
光液由粒径为300nm的α-Al2O3抛光粉与去离子水按质量体积比(mg/ml)1:1-3混合均匀制
得，第二抛光液由粒径为50nm的α-Al2O3抛光粉与去离子水按质量体积比(mg/ml)1:1-3混合
均匀制得，之后依次应用无水乙醇和去离子水超声洗涤电极1～2min；然后再将清洗过的玻
碳电极置于浓度为0.4～0.8mol/L的稀硫酸溶液中应用循环伏安法活化，直至响应稳定；最
后用去离子水将玻碳电极冲洗干净，并晾干备用。
(2)将步骤(1)预处理后的玻碳电极置于贵金属盐溶液中，贵金属盐溶液选自硝酸
银溶液、氯铂酸溶液、氯金酸溶液和氯化钯溶液，贵金属盐溶液浓度为1～2mmol/L，溶剂为
去离子水；采用电流时间法进行恒电位沉积，制得贵金属纳米粒子修饰电极，电流时间法沉
积电位为-0.3～-0.1V，沉积时间为200～300s。
(3)将碳纳米材料加入到分散液中，碳纳米材料选自碳纳米管、碳纳米球、石墨烯
和富勒烯，分散液选自二甲基甲酰胺(DMF)、十二烷基硫酸钠(SDS)、乙醇和丙酮，碳纳米材
料与分散液的质量体积比(mg/ml)为1-6:2；超声40～60min，得到分散混合均匀的悬浮液，
将悬浮液滴涂在步骤(2)制备的贵金属纳米粒子修饰电极表面，碳纳米材料悬浮液滴涂量
为8～14μL；在红外灯下10～15cm处烤60～90min，即得贵金属/碳纳米复合材料修饰电极。
一种上述复合材料修饰电极在测量5’-鸟苷酸二钠浓度中的应用。所述应用具体
为：将贵金属/碳纳米复合材料修饰电极作为工作电极、银电极或氯化银电极作为参比电
极、铂柱电极作为辅助电极构成三电极系统，置于含有5’-鸟苷酸二钠的待测缓冲液中，缓
冲液选自磷酸盐水溶液或醋酸盐水溶液，磷酸盐水溶液和醋酸盐水溶液的浓度为0.1～
0.2mol/L，并用氢氧化钠水溶液或稀硫酸微调pH值至2.5～4，5’-鸟苷酸二钠先通过电化学
富集，富集电位为0.3～0.8V，富集时间为200～400s；然后应用线性扫描伏安法测定该待测
缓冲液的氧化峰峰电流，低电位为0.5～0.7V，高电位为1.4～1.6V，扫描速度为60～180mV/
s；将该氧化峰峰电流值代入公式i＝0.6921c+2.0290，得到鸟苷酸二钠溶液的浓度，其中浓
度c的单位是μmol/L，峰电流i的单位是μA。
本发明的有益效果是，本发明用于5’-GMP测定的贵金属/碳纳米复合材料修饰电
极比单一碳纳米材料修饰电极效果更好。贵金属纳米材料具有增强电极导电性、催化性和
生物相容性等优点；碳纳米材料不仅催化性能优异，而且其导电性能够大大加快电极电子
转移速率。因此该修饰电极对5’-GMP表现出了更好的催化效果，不仅显著提高了响应电流
信号，而且增强了电极稳定性和重复性等性能，实现了对5’-GMP浓度便捷高效的测定。
附图说明
图1为SMWCNT/GCE的扫描电镜图；
图2为Au/SMWCNT/GCE的扫描电镜图；
图3为GCE(a)和Au/SMWCNT/GCE(b)在5mmol/L[Fe(CN)6]3-/4-(含0.1mol/L KCl)溶
液中的电化学阻抗谱图；
图4为不同电极在100μmol/L 5’-GMP溶液中循环伏安法检测效果对比图；
图5为Au/PABSA/GCE电极在pH为2～9时对5’-GMP检测的循环伏安对比图；
图6为Au/PABSA/GCE电极上5’-GMP氧化峰峰电流与pH值的关系；
图7为Au/PABSA/GCE电极在扫描速度为20～380mV/s时对5’-GMP检测的循环伏安
扫描图；
图8为Au/PABSA/GCE电极在5’-GMP浓度为1×10-5～6×10-4mol/L范围时的线性扫
描伏安图；
图9为Au/PABSA/GCE电极上5’-GMP氧化峰峰电流与其浓度关系标准曲线。
具体实施方式
碳纳米材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料，具有许多异常的力
学、电学和化学性能。碳纳米材料自身对5’-GMP具有优异的催化活性。经研究发现，贵金属
纳米材料比表面积大、导电性能优良，对很多电活性物质具有较强的催化活性。贵金属纳米
材料的加入可以进一步增大响应电流值。为充分发挥上述两种材料的优势，发明人制备了
一种新的用于5’-GMP检测的贵金属/碳纳米复合材料修饰电极，发现其催化性能要优于碳
纳米材料单独对电极修饰时的性能。
下面的实施实例可以使本专业普通技术人员更全面地理解本发明，但是本发明并
不局限于此。
实施例1
制备用于5’-鸟苷酸二钠浓度测定的金纳米/羧基化多壁碳纳米管复合材料修饰
电极(Au/PABSA/GCE)，包括以下步骤：
(1)玻碳电极预处理：在麂皮上依次使用粒径为300nm和50nmα-Al2O3抛光粉的糊状
抛光液将玻碳电极打磨至镜面，糊状抛光液中抛光粉与去离子水的质量体积比(mg/ml)为
1:1-3，之后依次应用无水乙醇和去离子水中超声洗涤电极1min，然后再将清洗过的玻碳电
极置于0.5mol/L稀硫酸溶液中，在-0.5～1.2V电位区间以100mV/s的扫速进行循环伏安活
化，直至响应稳定，最后用去离子水将玻碳电极冲洗干净，并晾干备用。
(2)在对玻碳电极修饰之前，电极需在1mmol/L K3[Fe(CN)6]溶液中(含0.1mol/L
KCl)进行循环伏安扫描以验证电极可逆性，其中循环电位区间设为-0.2～0.8V，扫速设为
60mV/s。如果[Fe(CN)6]3-/4-在GCE上的氧化还原反应峰电位差△Ep约为64mV,说明电极表面
已达到清洁和活化的要求，去离子水冲洗电极晾干备用。
(3)预处理后的玻碳电极置于1.2mmol/L氯金酸(含有0.1mol/L硝酸钾)溶液中，采
用电流时间法进行恒电位沉积。在-0.2V恒电位下沉积240s，制得金纳米修饰电极(Au/
GCE)。
(4)将5mg SMWCNT加入5mL DMF分散剂中，超声50min，得到分散混合均匀的黑色悬
浮液，并取10μL滴涂在Au/GCE修饰电极表面，红外灯下12cm烤70min晾干即得Au/SMWCNT/
GCE复合材料修饰电极。
步骤(3)中通过固定10μL碳纳米管悬浮液滴涂量，在60～420s纳米金恒电位沉积
时间中优化出最佳沉积时间为240s；步骤(4)中通过固定240s纳米金恒电位沉积时间，在5
～20μL碳纳米管悬浮液滴涂量中优化出最佳滴涂量为10μL。优化过程在100μmol/L 5’-GMP
磷酸盐缓冲液中进行。
图1和图2分别为SMWCNT/GCE和Au/SMWCNT/GCE电极的扫描电镜图。可以看到在图1
中，碳纳米管成功地沉积在GCE表面，而在图2中，明显观察到有纳米金颗粒掺杂在碳纳米管
中。
图3为GCE(a)和Au/SMWCNT/GCE(b)在5mmol/L[Fe(CN)6]3-/4-(含0.1mol/L KCl)溶
液中的电化学阻抗谱图。频率范围设置为0.1～106Hz，其中Nyquist图谱高频部分半圆直径
反应电荷传递电阻Rct的大小，由曲线b得[Fe(CN)6]3-/4-在Au/SMWCNT/GCE只有35Ω的电荷
交换电阻，通过对比曲线a，说明复合材料修饰电极比裸电极具有更好的导电性，同时也表
明修饰材料已成功地固定在电极表面。
图4为不同电极在100μmol/L 5’-GMP磷酸盐缓冲液中循环伏安法检测效果对比
图。其中，GCE和Au/GCE电极响应电流均比较微弱，并且对5’-GMP没有催化作用，SMWCNT/GCE
和Au/SMWCNT/GCE不仅响应电流明显增大，而且均出现了5’-GMP的氧化峰。通过对比
SMWCNT/GCE和Au/SMWCNT/GCE的氧化峰大小，表明Au/SMWCNT/GCE对5’-GMP氧化催化性能更
加优异。
如图5所示，循环伏安法优化Au/SMWCNT/GCE检测5’-GMP时的pH值，图6清晰地表明
5’-GMP氧化峰电流值和溶液pH的关系。实验在含100μmol/L 5’-GMP且pH为2～9的磷酸盐缓
冲液进行，通过对比不同pH时的氧化峰大小，选取pH＝3时作为5’-GMP检测时的最佳pH值。
如图7所示，循环伏安法优化Au/SMWCNT/GCE检测5’-GMP时的扫描速度。实验在20
～380mV/s扫速下进行，考虑到检测时间不能太长、峰形稳定、电极消耗等因素，选自100mV/
s作为检测时的最佳扫描速度。
循环伏安法优化Au/SMWCNT/GCE检测5’-GMP时的富集电位和富集时间。通过比较0
～0.8V富集电位区间内5’-GMP氧化峰峰电流和峰形，得到0.6V作为最佳富集电位；通过比
较0～420s富集时间区间内5’-GMP氧化峰峰电流大小，发现当时间大于330s后，峰电流基本
不再变化甚至有所降低，故选自330s作为最佳富集时间。
在上述实验条件下，采用线性扫描伏安法在0.6～1.5V电位区间内对已知浓度梯
度为1×10-5～6×10-4mol/L的5’-GMP溶液进行定量测定，实验结果如图8所示。在一定范围
内，5’-GMP浓度越大，对应的氧化峰电流值就越大，通过一系列峰电流值与浓度的一一对应
关系绘制出反映氧化峰峰电流与浓度关系的标准曲线，图9显示5’-GMP峰电流大小与其浓
度表现出良好的线性关系，线性方程为i＝0.6921c+2.0290，其中浓度c的单位是μmol/L，峰
电流i的单位是μA，线性相关系数R＝0.9987，检测限为1.5×10-6mol/L(S/N＝3)。
根据上述获得的线性方程，即可实现对未知浓度的5’-GMP溶液样品进行浓度测
定。将未知浓度的50mL 5’-GMP溶液加入电解池中，三电极体系为基础，以本发明制备的修
饰电极作为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂柱电极为辅助电极。实验在CHI660E电
化学工作站上进行，其附属的计算机软件进行实验参数设置和数据获取，在0.6～1.5V电位
范围内以100mV/s扫速进行线性伏安扫描，将在5’-GMP溶液中获得的氧化峰峰电流i带入线
性方程i＝0.6921c+2.0290，即可得到该5’-GMP溶液的浓度。
实施例2
制备用于5’-鸟苷酸二钠浓度测定的金纳米/羧基化多壁碳纳米管复合材料修饰
电极(Au/PABSA/GCE)，包括以下步骤：
(1)玻碳电极预处理：在麂皮上依次使用粒径为300nm和50nmα-Al2O3的糊状抛光液
将玻碳电极打磨至镜面，之后依次应用无水乙醇和去离子水中超声洗涤电极90s，然后再将
清洗过的玻碳电极置于0.6mol/L稀硫酸溶液中，在-0.6～1.3V电位区间以120mV/s的扫速
进行循环伏安活化，直至响应稳定，最后用去离子水将玻碳电极冲洗干净，并晾干备用。
(2)预处理后的玻碳电极置于1.5mmol/L氯金酸(含有0.05mol/L硝酸钾)溶液中，
采用电流时间法进行恒电位沉积。在-0.15V恒电位下沉积280s，制得金纳米修饰电极(Au/
GCE)。
(3)将5mg SMWCNT加入10mL DMF分散剂中，超声45min，得到分散混合均匀的黑色
悬浮液，并取14μL滴涂在Au/GCE修饰电极表面，红外灯下10cm烤60min晾干即得Au/SMWCNT/
GCE复合材料修饰电极。
用该实施例制备的复合材料修饰电极用实施例1所示的方法测量已知浓度的鸟苷
酸二钠溶液的氧化峰峰电流，再将该氧化峰峰电流值代入公式i＝0.6921c+2.0290，得到的
鸟苷酸二钠溶液的浓度与其实际浓度一致；且操作简便、响应灵敏。
实施例3
制备用于5’-鸟苷酸二钠浓度测定的金纳米/羧基化多壁碳纳米管复合材料修饰
电极(Au/PABSA/GCE)，包括以下步骤：
(1)玻碳电极预处理：在麂皮上依次使用粒径为300nm和50nmα-Al2O3的糊状抛光液
将玻碳电极打磨至镜面，之后依次应用无水乙醇和去离子水中超声洗涤电极2min，然后再
将清洗过的玻碳电极置于0.7mol/L稀硫酸溶液中，在-0.6～1.5V电位区间以140mV/s的扫
速进行循环伏安活化，直至响应稳定，最后用去离子水将玻碳电极冲洗干净，并晾干备用。
(2)预处理后的玻碳电极置于2mmol/L氯金酸(含有0.15mol/L硝酸钾)溶液中，采
用电流时间法进行恒电位沉积。在-0.25V恒电位下沉积200s，制得金纳米修饰电极(Au/
GCE)。
(3)将10mg SMWCNT加入5mL DMF分散剂中，超声45min，得到分散混合均匀的黑色
悬浮液，并取8μL滴涂在Au/GCE修饰电极表面，红外灯下15cm处烤80min晾干即得Au/
SMWCNT/GCE复合材料修饰电极。
用该实施例制备的复合材料修饰电极用实施例1所示的方法测量已知浓度的鸟苷
酸二钠溶液的氧化峰峰电流，再将该氧化峰峰电流值代入公式i＝0.6921c+2.0290，得到的
鸟苷酸二钠溶液的浓度与其实际浓度一致；且操作简便、响应灵敏。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和
权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。