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user: 3. 结果与讨论 3.1. 金纳米材料的外观及表征 3.1.1. 金纳米材料溶液的外观图 本文的任务是使用合成的金纳米材料修饰玻碳电极，将其用于抗坏血酸含量测定的电化学方法研究。如图1所示，a溶液是以硫酸钠为塑形剂所制备的金纳米材料，b溶液是由磺酸钠为塑形剂所制备的金纳米材料，c溶液是由硫酸钠和磺酸钠共同为塑形剂所制备的金纳米材料。 图1. 不同塑形剂制备的金纳米材料溶液的外观图。a：塑形剂：硫酸钠；b：塑形剂：磺酸钠；c：塑形剂：硫酸钠和磺酸钠 如图1为三种不同塑形剂制备的金纳米材料超声分散外观图。图1中a溶液的颜色为深褐色，肉眼能看到有些许黑色沉淀；图1中b溶液为红褐色，金纳米材料分散较均匀，肉眼几乎看不见沉淀；图1中c溶液为暗紫红色，溶液比较清澈。金纳米材料分散均匀，几乎无沉淀。 3.1.2. SEM形貌表征 将制备好的金纳米材料样品放入样品交换室内，采用20.00 KV的电压、0.1 m/s的速度对金纳米材料样品进行扫描，以下图均为金纳米材料的样品在扫描电子显微镜中所观察到的形貌： 图2. 磺酸钠为塑形剂所制备的金纳米材料的SEM图。a) 放大2.4万倍；b) 放大5万倍 图3. 硫酸钠为塑形剂所制备的金纳米材料的SEM图。a) 放大4万倍；b) 放大10万倍 图4. 磺酸钠和硫酸钠共同为塑形剂所制备的金纳米材料的SEM图。a) 放大2万倍；b) 放大4万倍 从SEM图(图2、图3、图4)可以看出，三种塑形剂所制备的金纳米材料形貌各不相同，材料的宽一般为几十纳米，长一般为几百纳米到微米级。磺酸钠为塑形剂制备的金纳米材料(图2)，形貌较规则，大多数是锥形，具有一定的刚性，下文简称该纳米材料为金纳米锥。硫酸钠为塑形剂制备的金纳米材料(图3)，形貌不规整，多为杂乱无章的块状，下文简称该纳米材料为金纳米块。磺酸钠和硫酸钠为塑形剂制备的金纳米材料(图4)，形貌为丝带状，比上述两种材料制备的金纳米材料要柔软，下文简称该纳米材料为金纳米带。 3.1.3. 金纳米材料的吸收光谱表征 用紫外–可见光谱对金纳米材料表征，在300~1100 nm范围内，进行波长扫描，可得到以下吸收光谱图： 图5. 三种金纳米材料的吸收光谱图。A：金纳米锥；B：金纳米块；C：金纳米带 从图5可见，三种金纳米材料均在800~1100 nm有优势吸收，分析原因可能是这些金纳米材料尺寸较大。此外在500 nm左右有一个倒峰，说明金纳米材料中几乎无微小颗粒。 3.2. AA在三种金纳米材料修饰电极上的CV信号 将上述三种金纳米材料，按照相同的方法对玻碳电极进行修饰，制成金纳米锥修饰电极、金纳米块修饰电极和金纳米带修饰电极。然后在相同的测定条件下，利用CV法进行研究。 3.2.1. 不同修饰电极测定空白溶液(pH 7.0的PBS溶液)的CV信号 将金纳米锥修饰电极、金纳米块修饰电极、金纳米带修饰电极和裸电极分别对pH 7.0的PBS溶液进行CV扫描。如图6所示，曲线A、B、C、D分别为裸电极、金纳米锥修饰电极、金纳米块修饰电极、金纳米带修饰电极在PBS溶液的CV信号。由图6可以看出，四种电极在PBS溶液中均没有氧化还原峰。 图6. 不同修饰电极检测纯PBS溶液的CV图。A：裸电极；B：金纳米锥修饰电极；C：金纳米块修饰电极；D：金纳米带修饰电极 3.2.2. 不同修饰电极测定AA的电化学信号 为更好地比较不同电极对AA的电催化能力，将三种金纳米材料修饰电极分别对浓度为1.0 mmol·L −1 的AA溶液(用pH 7.0的PBS溶液溶解稀释)进行CV扫描，并将其与裸电极检测相同浓度AA的氧化峰电位进行比较。如图7所示，曲线A、B、C、D分别为裸电极、金纳米锥修饰电极、金纳米块修饰电极、金纳米带修饰电极在1.0 mmol·L −1 AA溶液的CV信号。 图7. 三种修饰电极和裸电极检测AA的CV图。A：裸电极；B：金纳米锥修饰电极；C：金纳米块修饰电极；D：金纳米带修饰电极 由图7可见，AA在四种电极上均产生不可逆的氧化反应。与裸电极相比，AA在修饰电极上产生的氧化峰电流更大，是因为金纳米材料是良好的导电物质，可加强玻碳电极的性能，对AA有很强的电流响应能力。AA在裸电极上(曲线A)的氧化峰电位为0.43 V，氧化峰电流值为27.73 μA。AA在金纳米锥修饰电极(曲线B)上的氧化峰电位为0.38 V，氧化峰电流为39.77 μA。AA在金纳米块修饰电极(曲线C)上的氧化峰电位为0.40 V，氧化峰电流为34.33 μA。AA在金纳米带修饰电极(曲线D)上的氧化峰电位为0.42 V，氧化峰电流为47.79 μA。 三种修饰物相比较，金纳米带修饰电极检测AA时氧化峰电流变化值最明显。金纳米锥修饰电极和金纳米块修饰电极均使AA的氧化峰发生负移，而金纳米带修饰电极测得的AA的氧化峰电位基本不变。金纳米带修饰电极对AA的电流响应信号最大。 3.3. DPV法对抗坏血酸(AA)的定量分析 由上述结果可知，三种金纳米材料修饰电极对AA的检测都有较强的催化作用，将三种金纳米材料的修饰电极用相同的检测参数，分别测定不同浓度的AA，并研究其浓度和电流之间的关系，计算其线性范围和检出限，然后进行抗干扰、重现性、稳定性和加标回收实验，计算其回收率。 3.3.1. 线性范围和检出限 通过DPV法研究了AA浓度与电流之间的关系。将三支金纳米材料修饰电极在相同的检测条件下，分别对不同浓度的AA进行扫描测定。得到其对应的DPV数据，计算其线性方程和检出限。 图8(a)是金纳米锥修饰电极对不同浓度AA的扫描结果，曲线由上到下，AA浓度从高到低。由图可知，AA的出峰电位基本不变，均保持在0.23 V左右。随着AA浓度的不断增加，其氧化峰的电流也不断变大。 图8(b)是金纳米锥修饰电极测定不同浓度的AA溶液和其氧化峰电流值之间的关系。线性范围为114.38~500 μmol·L −1 ，回归方程y = 0.0053x + 0.859，相关系数为r = 0.9979，检出限为11.23 μmol·L −1 。 图8. 金纳米锥修饰电极扫描不同浓度AA的DPV图(a)和线性关系图(b) 图9(a)是金纳米块饰电极对于不同浓度AA的扫描检测结果，曲线由上到下，AA浓度从高到低。由图可知，AA的出峰电位基本不变，均保持在0.2 V左右。随着AA浓度的不断增加，其氧化峰的电流也不断变大。 图9(b)是金纳米块修饰电极测定不同浓度的AA溶液及其氧化峰电流值之间的关系。线性范围为92.65~500 μmol·L −1 ，回归方程为y = 0.0056x + 0.1876，相关系数为r = 0.9978，检出限为5.38 μmol·L −1 。 图9. 金纳米块修饰电极扫描不同浓度AA的DPV图(a)和线性关系图(b) 图10(a)是金纳米带修饰电极对不同浓度AA的扫描检测结果，曲线由下到上，AA浓度逐渐增大。由图可知，AA的出峰电位基本不变，均保持在0.2 V左右。随着AA浓度的不断增加，其氧化峰的电流也不断变大。 图10(b)是金纳米带修饰电极测定不同浓度的AA溶液和其氧化峰电流值之间的关系。线性范围为52.33~1000 μmol·L −1 ，回归方程为y = 0.0055x + 0.3484，相关系数为r = 0.9995，检出限为9.1 μmol·L −1 。 3.3.2. 干扰实验 为考察金纳米材料修饰电极对AA的选择性，选择了4种常见物质来考察金纳米材料修饰电极的抗干扰情况。在相同的检测参数下，分别以三种金纳米材料修饰电极为工作电极，固定AA的浓度为5.0 mmol·L −1 ，对2.0 mmol·L −1 的尿酸(UA)、2.0 mmol·L −1 的多巴胺(DA)、5.0 mmol·L −1 的赖氨酸(Lys)、2.0 mmol·L −1 的葡萄糖(Glu)进行检测。 实验结果表明，三种修饰电极在5.0 mmol·L −1 AA溶液中，加入UA、DA、Lys、Glu后，对AA的检测无明显干扰，即三种修饰电极对AA均有较好的选择性。 图10. 金纳米带修饰电极扫描不同浓度AA的DPV图(a)和线性关系图(b) 3.3.3. 三种修饰电极的稳定性 用同一支修饰电极放置不同时间(20 min、40 min、60 min、80 min、100 min)后对AA进行测定，作出其DPV图，计算RSD。 1) 金纳米锥修饰电极的稳定性：该电极放置不同时间后对AA进行测定(图11)，RSD为1.53%。实验结果表明，金纳米锥修饰电极具有较好的稳定性。 图11. 金纳米锥修饰电极稳定性检测的DPV图 2) 金纳米块修饰电极的稳定性：该电极放置不同时间后对AA进行测定(图12)，RSD为15.16%。实验结果表明，金纳米块修饰电极稳定性较差。 图12. 金纳米块修饰电极稳定性检测的DPV图 3) 金纳米带修饰电极的稳定性：该电极放置不同时间段对AA进行测定(图13)，RSD为3.42%。实验结果表明，金纳米带修饰电极具有较好的稳定性。 图13. 金纳米带修饰电极稳定性检测的DPV图 3.3.4. 加标回收实验 取10片维生素C咀嚼片(规格：100 mg)，碾碎成粉末状，称取0.09 g粉末，置100 mL容量瓶中，先加少量纯净水溶解，再用纯净水定容至刻度，将其过滤，可得到AA浓度为500 μmol·L −1 的样品溶液。再配制3个不同浓度的AA标准品溶液各三份，进行加标回收实验，得出实验数据，计算回收率。 1) 金纳米锥修饰电极检测AA的加标回收实验 对三个不同浓度的AA溶液进行加标回收实验，平均回收率为97.10%，RSD为4.4%，效果良好。测得的数据如下表1所示。 Table 1 Experimental data of labeled recovery of gold nanocone 样品序号 初始浓度 (μmol·L −1 ) 加入浓度 (μmol·L −1 ) 测得值 (μmol·L − 1 ) 回收率 (%) 平均回收率(%) 平均回收率(%) RSD (%) RSD (%) 1 200.00 50.00 247.36 94.71 96.98 97.10 2.34 2.96 2 248.49 96.98 3 249.62 99.24 4 100.00 295.09 95.09 96.97 2.33 5 298.87 98.88 6 297.55 97.54 7 150.00 345.09 96.73 97.15 5.06 8 353.40 102.26 9 338.68 92.45 表1. 金纳米锥加标回收实验数据表 2) 在金纳米块修饰电极中进行的AA的加标回收实验 对三个不同浓度的AA溶液进行了加标回收实验，平均回收率为99.02%，RSD为4.40%，效果良好。测得的数据如下表2所示。 Table 2 Experimental data of labeled recovery of gold nanoparticle 样品序号 初始浓度 (μmol·L −1 ) 加入浓度 (μmol·L −1 ) 测得值 (μmol·L − 1 ) 回收率 (%) 平均回收率(%) 平均回收率(%) RSD (%) RSD (%) 1 200.00 50.00 248.82 97.64 97.16 99.02 4.43 4.40 2 250.61 101.21 3 246.32 92.64 4 100.00 294.54 94.54 97.75 4.49 5 295.96 95.96 6 302.75 102.75 7 150.00 356.86 104.57 102.15 3.90 8 346.32 97.55 9 356.50 104.33 表2. 金纳米块加标回收实验数据表 3) 在金纳米带修饰电极中进行的AA的加标回收实验 对三个不同浓度的AA溶液进行了加标回收实验，平均回收率为101.45%，RSD为2.2%，效果良好。测得的数据如下表3所示。 Table 3 Experimental data of labeled recovery of gold nanoribbon 样品序号 初始浓度 (μmol·L −1 ) 加入浓度 (μmol·L −1 ) 测得值 (μmol·L − 1 ) 回收率 (%) 平均回收率(%) 平均回收率(%) RSD (%) RSD (%) 1 200.00 50.00 251.02 102.04 101.55 101.45 3.25 2.13 2 252.29 104.58 3 249.02 98.04 4 100.00 300.84 100.84 100.65 1.01 5 299.56 99.56 6 301.56 101.56 7 150.00 349.38 99.59 102.13 2.22 8 354.29 102.86 9 355.93 103.95 表3. 金纳米带加标回收实验数据表