Studies on nontronite chemically modified electrode for the detection of bio-organic molecules

摘要 本實驗之內容主要可分為四階段，第一階段，主要是利用預氧化之粘粒修飾網版印刷電極(NSPE*)直接偵測除草劑Amitrole及生化物質維他命B6，其偵測原理是藉由施予+2.0 V的預氧化電位及預氧化時間60秒，使粘粒中低價態的鐵離子轉變成高氧化態，藉由與待測物之間形成硬酸硬鹼的作用力，以達成增加分析靈敏度之目的。最後可得Amitrole的偵測極限為0.33 mM (S/N = 3)，維他命B6的偵測極限為0.35 mM (S/N = 3)，並且電極經連續偵測十次分析物後，所得之再現性均相當不錯，其變異係數均控制在2 %之內。 第二階段，我們將NSPE*結合於流動注入分析系統 (flow injection)中，並將其應用於偵測Amitrole及維他命B6方面，藉以增加對此兩分析物之選擇性，並期望尋找到一套對Amitrole及維他命B6之偵測更靈敏的分析方法。最後可得Amitrole的偵測極限為0.07 ng/20 mL (S/N = 3)，而維他命B6的偵測極限為0.4 ng/20 mL (S/N = 3)，其中在連續注入十次的分析物後，所得之變異係數分別為0.98 % 和1.13 %，此結果表示了電極的穩定性相當的不錯。將此階段所得到之結果與靜態比較之，發現將此電極應用於流動注入分析系統中，對於改善分析物之靈敏度的確有幫助。 第三階段，我們利用NSPE*去同步偵測藥物中褪黑激素及維他命B6的含量，其實驗方法僅需藉由改變不同的pH值，即可輕易地將這兩種分析物的電位分離開來，且所得到之回收率均在99~103 %之間，顯示利用此分析方法所產生的干擾效應幾乎已被排除掉。 第四階段中，主要又可分為兩部分，第一部份主要是探討合成Clay/Lead-Ruthenium Oxide Pyrochlore 化學修飾電極 (CCME)之最適當條件，並配合循環伏安法及Michaelis-Menten 相關速率常數之LB-plot計算，而分別求出在不同比例的CCME對於偵測0.4 mM多巴胺之催化過程中，所包含的三種速率常數：K m、kc、k''E。而第二部份則利用所尋找出來的最佳比例之CCME並配合方波伏安法偵測多巴胺，可得偵測極限為0.54 nM (S/N = 3)。Present studies were subdivided in the four main categories. In the first part, Preanodized nontronite-screen printed electrode (NSPE*) was used to detect the amitrole and vitamin B6, by anodizing NSPE at 2.0 V vs. Ag/AgCl for 60s. Upon preanodization we believe the Iron ion in low oxidation become higher oxidation states and leads to effectively interaction with analyte, by the principle hard acid combine with hard base. Obtained detection limit for amitrole by SWV is 0.33 mM (S/N=3) and for Vitamin B6 is 0.35 mM (S/N=3) with the relative standard current deviation (RSD) of 2%. In the second step, NSPE* was utilized in flow injection analysis for the detection amitrole and vitamin B6. Obtained detection limit (S/N=3) for amitrole and vitamin B6 are 0.07 and 0.4 ng/20 ml with a RSD values of 0.98 and 1.13% respectively. Results indicate sensitive performance by FIA over SWV technique. In the third step, simultaneous measurement of melanin and vitamin B6 by adjusting the solution pH where the above compounds current signals were well separated, was carried out. In this method obtained recovery for some real samples is 99~103 %,indicates less interference effect of above compounds in its mixture. In the final step, Clay/lead-ruthenium oxide pyrochlore chemically modified electrode (CCME) was prepared using Ru3+ and Pb2+ ions and its effective ratio was systematically optimized. CCME was applied to effective detection of dopamine. Michaelis-Menten (MM) type of mechanism was adopted for dopamine oxidation. MM parameters like Km, kc and k''E were evaluated from LB plot analysis. Obtained detection limit by OSWV on CCME for dopamine is 0.54 nM (S/N=3).目錄 摘要………………………………………………………………….I 目錄………………………………………………………………….IV 圖目錄……………………………………………………………….VII 表目錄………………………………………………………………. IX 第一章 緒論………………………………………………..…….1 1-1 前言……………………………………………………….1 1-2 電化學分析法之簡介…………………………………….4 1-2-1 循環伏安法……………….………………………….5 1-2-2 方波伏安法…………………………………………..5 1-2-3 安培偵測法、流動式注入分析系統………………..7 1-2-4 Michaelis-Menten kinetics……………………………7 1-3 粘粒之簡介………………………………………………. 9 1-4 鉛釕黃綠石氧化物之簡介……………………………….11 1-5 Amitrole簡介及其文獻回顧……………………………...13 1-5-1 Amitrole簡介…………………………………………13 1-5-2 Amitrole偵測之文獻回顧……………………………15 1-6 褪黑激素、維他命B6簡介及其文獻回顧………………17 1-6-1 褪黑激素、維他命B6簡介……………………….…17 1-6-2 維他命B6偵測之文獻回顧………….……………...18 1-6-3 褪黑激素偵測之文獻回顧………..…………………19 1-6-4 褪黑激素和維他命B6同步偵測之文獻回顧……….20 1-7 多巴胺簡介及其文獻回顧……………………………….21 1-7-1 多巴胺簡介…………………………………………..21 1-7-2 多巴胺偵測之文獻回顧……………………………..22 第二章 實驗部分………………………………………………...24 2-1 儀器設備………………………………………………….24 2-2 藥品……………………………………………………….24 2-3 溶液的配製……………………………………………….25 2-4 電極的製作與修飾……………………………………….26 2-5 實驗過程………………………………………………….26 2-5-1 靜態中偵測Amitrole、Vitamin B6及Melatonin之 過程…………………………………………………27 2-5-2 動態中偵測Amitrole、Vitamin B6之過程………….28 2-5-3 偵測Dopamine之過程………………………………28 第三章 結果與討論…..………………………………………….33 3-1 NSPE*偵測Amitrole在靜態中之探討…………………..33 3-1-1 Amitrole與電極表面行為之探討……………………34 3-1-2 預氧化溶液、電位及時間之探討…………………..37 3-1-3 酸鹼值對電流值及電位之探討……………………..39 3-1-4 方波最佳參數探討…………………………………..40 3-1-5 預濃縮時間探討……………………………………..41 3-1-6 電極再現性之探討…………………………………..42 3-1-7 線性範圍及偵測極限………………………………..43 3-1-8 NSPE*偵測Amitrole在動態中之探討……………...44 3-1-9 不同修飾電極對偵測Amitrole之探討….………….44 3-1-10 反應電位之探討……………………………………45 3-1-11 幫浦流速之探討……………………………………46 3-1-12 動態中電極再現性之探討…………………………48 3-1-13 動態中線性範圍及偵測極限之探討………………48 3-1-14 干擾物質之探討……………………………………50 3-2 NSPE*偵測Vitamin B6在靜態中之探討………………...51 3-2-1 Vitamin B6與電極表面行為之探討…………………52 3-2-2 預氧化溶液、預氧化電位及時間之探討…………..53 3-2-3 酸鹼值對電流值及電位之探討……………………..55 3-2-4 方波最佳參數探討…………………………………..56 3-2-5 預濃縮時間探討……………………………………..57 3-2-6 電極再現性之探討…………………………………..58 3-2-7 線性範圍及偵測極限………………………………..59 3-2-8 NSPE*偵測Vitamin B6在動態中之探討……………60 3-2-9 不同修飾電極對偵測Vitamin B6之探討…………..60 3-2-10 反應電位及流速之探討……………………………61 3-2-11 動態中電極再現性之探討…………………………63 3-2-12 動態中線性範圍及偵測極限之探討………………64 3-3 同步偵測Melatonin和Vitamin B6之探討………………65 3-3-1 同步偵測中最佳酸鹼值之探討……………………..67 3-3-2 同步偵測中方波最佳參數之探討…………………..67 3-3-3 Melatonin 、Vitamin B6分別在pH 4.5之檸檬酸 緩衝溶液中的線性範圍及偵測極限之探討……… 70 3-3-4 同步偵測中Vitamin B6校正曲線及線性範圍之 探討…………………………………………………71 3-3-5 同步偵測中對Melatonin校正曲線及線性範圍之 探討…………………………………………………72 3-3-6 真實樣品(藥錠)之探討……………………………...74 3-4 CCME化學修飾電極之探討……………………………..79 3-4-1 不同比例CCME之探討…………………………….79 3-4-2 不同比例CCME的動力學研究之探討…………….80 3-4-3 不同電極偵測Dopamine之探討………..…………85 3-4-4 Dopamine與CCME表面行為之探討………………86 3-4-5 酸鹼值對電流值及電位之探討……………………..87 3-4-6 方波最佳參數探討…………………………………..88 3-4-7 預濃縮時間探討……………………………………..89 3-4-8 電極再現性之探討…………………………………..89 3-4-9 線性範圍及偵測極限之探討………………………..90 第四章 結論與未來展望..……………………………………….92 4-1 偵測Amitrole、維他命 B6及褪黑激素之結論…………92 4-2 NSPE*之未來展望………………………………………..93 4-3 合成CCME最佳化條件及偵測多巴胺之結論及未來展望…………………………………………………………99 第五章 參考文獻……..………………………………………….101 圖目錄 圖 1-1 典型之循環伏安圖…………………………………...5 圖 1-2 方波波形示意圖……………………………………...6 圖 1-3 Dopamine之方波伏安圖……………………………..6 圖 1-4a 粘粒之四面體層結構……………………………….10 圖 1-4b 粘粒之八面體結構………………………………….10 圖 1-4c 多鐵蒙特石結構…………………………………….10 圖 1-5 1/4個oxide pyrchlore的結構圖………………………12 圖 1-6A Amitrole之結構式…………………………………..14 圖 1-6B Vitamin B6之結構式………………………………...14 圖 1-6C Melatonin之結構式…………………………………14 圖 1-6D Dopamine之結構式…………………………………14 圖 2-1 自動網版印刷電極刷製機…………………………...29 圖 2-2 粘粒修飾網版印刷電極之製作過程………………...30 圖 2-3 電化學儀器裝置……………………………………...31 圖 2-4 三電極系統…………………………………………...31 圖 2-5 粘粒鉛釕黃綠石修飾電極之製作過程……………...32 圖 3-A-1 不同電極最佳值之比較…………………………...33 圖 3-A-2 不同分析方法最佳值之比較……………………...34 圖 3-A-3 電極表面行為之探討……………………………...36 圖 3-A-4 預氧化溶液酸鹼值之探討………………………...37 圖 3-A-5 預氧化電位時間最佳值之探討…………………...38 圖 3-A-6 酸鹼值對電流值及電位之探討…………………...39 圖 3-A-7 方波最佳參數之探討……………………………...40 圖 3-A-8 預濃縮時間最佳值之探討………………………...41 圖 3-A-9 電極再現性之探討………………………………...42 圖 3-A-10 偵測Amitrole之濃度校正曲線………………….43 圖 3-A-11 不同電極對偵測Amitrole之探討……………….45 圖 3-A-12 不同電極Applied Potential之探討………………46 圖 3-A-13 Flow Rate之探討………………………………….47 圖 3-A-14 電極再現性之探討……………………………….48 圖 3-A-15 偵測Amitrole之濃度校正曲線…………………. 49 圖 3-B-1 不同電極最佳值之探討…………………………...51 圖 3-B-2 不同分析方法最佳值之探討……………………...52 圖 3-B-3 電極表面行為之探討……………………………...53 圖 3-B-4 預氧化溶液酸鹼值之探討………………………...54 圖 3-B-5 預氧化電位及時間最佳值之探討………………...55 圖 3-B-6 酸鹼值對電流值及電位之探討…………………...56 圖 3-B-7 方波最佳參數之探討……………………………...57 圖 3-B-8 預濃縮時間最佳值之探討………………………...57 圖 3-B-9 電極再現性之探討………………………………...58 圖 3-B-10 偵測Vitamin B6之濃度校正曲線………………..59 圖 3-B-11 不同電極對偵測Vitamine B6之探討……………60 圖 3-B-12 不同電極Applied Potential之探討………………61 圖 3-B-13 Flow Rate之探討………………………………….62 圖 3-B-14 電極再現性之探討……………………………….63 圖 3-B-15 偵測Vitamine B6之濃度校正曲線……………… 64 圖 3-C-1 同步偵測中最佳酸鹼值之探討…………………...66 圖 3-C-2 同步偵測之方波振幅對電流值之探討…………...68 圖 3-C-3 同步偵測之方波頻率對電流值之探討…………...69 圖 3-C-4 偵測Melatonin之濃度校正曲線………………….70 圖 3-C-5 偵測Vitamine B6之濃度校正曲線………………..71 圖 3-C-6 同步偵測MT、PH之濃度校正曲線……………..72 圖 3-C-7 同步偵測MT、PH之濃度校正曲線……………..73 圖 3-C-8 同步偵測中MT及PH再現性之探討……………74 圖 3-C-9 偵測真實樣品之結果(Melatonin)…………………75 圖 3-C-10 偵測真實樣品之結果(Vitamine B6)……………..76 圖 3-C-11 偵測真實樣品之結果(同步偵測)………………..77 圖 3-D-1 Pb2+/Ru3+濃度比與電流的關係圖………………….80 圖 3-D-2 偵測Dopamine之濃度對電流之關係圖………….81 圖 3-D-3 掃瞄速率對電流值之探討………………………...81 圖 3-D-4 Pb2+/Ru3+不同濃度比與不同反應速率關係圖…….82 圖 3-D-5 Pb2+/Ru3+濃度比與電流函數之關係圖…………….84 圖 3-D-6 不同電極及分析方法之比較……………………..85 圖 3-D-7 電極表面行為之探討……………………………...86 圖 3-D-8 酸鹼值對電流值及電位之探討…………………...87 圖 3-D-9 方波參數最佳值之探討…………………………...88 圖 3-D-10 預濃縮時間之探討……………………………….89 圖 3-D-11 電極再現性之探討……………………………….90 圖 3-D-12 偵測Dopamine之濃度校正曲線………………..91 圖 4-1 不同粘粒之比較……………………………………...93 圖 4-2 不同含氮官能基之比較……………………………...98 圖 4-3 NSPE*、SPE*偵測serotonin及melatonin…………..96 圖 4-4 NSPE*、SPE*偵測多巴胺之代謝物比較圖…………97 圖 4-5 NSPE*不同預濃縮電位之比較………………………94 圖 4-6 偵測DA電極表面行為之探討………………………95 表目錄 表1-1 其他不同形式之粘粒………………………………....9 表3-A-1 NSPE*偵測Amitrole之干擾物質探討………….…50 表3-C-1 偵測Melatonin及Vitamin B6最佳化條件探討…....6