以因子实验设计分析二环戊二烯亚铁修饰碳糊电极对侦测...

以因子实验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 分析二环戊二烯亚铁修饰碳糊电极对侦测... 以因子實驗設計分析二環戊二烯亞鐵修飾碳糊電極對偵測過氧化氫之影響 郭寶財、胡真熏、林浩 南台科技大學化學工程與材料工程系 摘要--葡萄糖藉由葡萄糖氧化酵素的催化,可產生葡萄糖酸和過氧化氫。本研究運用二環戊二烯亞鐵來修飾碳糊電極,二環戊二烯亞鐵本身具有強催化性能,與具有導電性能的碳粉製作成碳糊電極,藉以提升過氧化氫之應答電流,在磷酸鹽緩衝溶液中偵測過氧化氫之應答電流,計算過氧化氫之濃度,藉以推算葡萄糖之濃度。本研究實施三個因子〔操作電位、攪拌速率及磷酸鹽緩衝溶液(PBS)之pH值〕及二個水準之因子實驗設計來分析以二環戊二烯亞鐵修飾碳糊電極之反應參數對偵測過氧化氫之平均應答電流之影響,經由SPSS(Statistical Package for the Social Science)統計分析軟體對平均應答電流之變異數分析的結果顯示操作電位的主效果檢定,F = 141.515,顯著性,0.05,、攪拌速率的主效果檢定,F =7.487,顯著性,0.05,與pH值之主效果檢定,F = 89.901,顯著性,0.05,皆達顯著水準,在30?下,以二環戊二烯亞鐵修飾碳糊電極[二環戊二烯亞鐵,碳粉=3,7(重量比)] ,當操作電位為-200 mV ,攪拌速率為500 rpm,以0.05 M 磷酸鹽緩衝溶液,pH,7.4,偵測過氧化氫之應答電流,可得偵測極限為0.02 mM HO,22 22線性範圍為 0.02~1.2 mM HO,R為0.9998,靈敏度為161.43 µA/cm,mM HO。 2222關鍵字,因子實驗設計、二環戊二烯亞鐵、反應參數、碳糊電極、過氧化氫 加物使用範圍及用量標準規定,食品中不得殘一、前言 留過量。民眾食用多了可能會引起頭痛、嘔吐過氧化氫,hydrogen peroxide,常做為食 等症狀,另外過氧化氫具有強氧化力,可造成品殺菌劑,具有漂白、防腐效果,依據食品添 皮膚、眼睛及腸胃道的腐蝕性傷害,長期食用萄糖之濃度。二環戊二烯亞鐵〔(ferrocene),有致癌的危險,對於人體健康是一潛在威脅,Fe(CH)〕,是具有過渡金屬的電子及相當於552 故發展出快速且方便使用的過氧化氫感測器有機芳香族化合物的多電子性質,使其在合成為重要的研究主題。近年來,糖尿病已成為國上具有高度穩定性,本研究即運用其特性來修人十大死亡原因之一,所以發展出簡便快速的飾碳糊電極,在磷酸鹽緩衝溶液中偵測 HO 22葡萄糖生醫感測器亦為重要之研究主題。本研之應答電流,藉以推算過氧化氫之濃度,進而究運用二環戊二烯亞鐵來修飾碳糊電極,二環將此一技術應用於葡萄糖感測器之研究。 戊二烯亞鐵本身具有強催化性能,與具有導電 二、實驗部份 性能的碳粉製作成碳糊電極,藉以提升過氧化 2.1 儀器 氫之應答電流,在磷酸鹽緩衝溶液中偵測過氧 使用電化學分析儀(CHI 401A),以循環伏安法化氫之應答電流,計算過氧化氫之濃度,藉以 〔Cyclic Voltammetry ( CV )〕 和Time Base 推算葡萄糖之濃度。一般在傳統實驗作法上常 ( TB 模式 ) 來偵測過氧化氫或葡萄糖反應之會浪費許多人力、物力、時間及金錢,採用因 應答電流 ; pH meter (Metrohm 731 型) 量子實驗設計可更有效、更系統化的進行實驗和 測各溶液之酸鹼值。循環恆溫槽 (Wisdom 數據收集與解析且普遍應用於許多領域,對於 BC-2DT 10L) 使恆溫水在反應槽夾層循環控科學試驗甚至工業製程改進更是非常重要的 溫 ; 超音波震盪器(DELTA D200) ;烘箱工具。葡萄糖和氧氣,藉由葡萄糖氧化酵素的 (DENG YNG) ; 電磁攪拌器(Fargo) ; 10 µL微催化,可產生葡萄糖酸和過氧化氫,利用電子 量吸量管作為微量及一般試液體積之量取,自傳媒在還原電位下將過氧化氫還原,產生電流 製 Ag / AgCl 為參考電極,以下實驗數據均相訊號,即可得知過氧化氫之濃度,進而推算葡 對於此參考電極 ; 圈繞白金絲作輔助電極 ; 單芯銅電線塗佈修飾碳糊為工作電極,以上述音波震盪去除電極 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面雜質,最後風乾備用。電極成三電極電化學系統。 然後將二環戊二烯亞鐵(ferrocene)及碳粉與碳2.2 藥品 漿以適當比例混合,並以環己酮調節黏稠度均 二環戊二烯亞鐵〔Ferrocene(MERCK)〕,勻混合後即成碳糊,然後將碳糊均勻塗佈在前過氧化氫〔Hydrogen Peroxide(MERCK)〕,碳述之電線一端,在室溫下乾燥後即為本研究之粉〔Graphite Carbon Powder(關東化學藥品)〕,工作碳糊電極。 碳漿〔Carbon Paste(景鴻塗料有限公司)〕,氫2.3.2過氧化氫的偵測 氧化鈉〔Sodium Hydroxide(和光純藥工業)〕, 以上述製備之二環戊二烯亞鐵所修飾之鹽酸〔Hydrochloric Acid(MERCK)〕 碳糊電極當作工作電極,圈繞白金線做為輔助,環己酮〔Cyclohexanone(片山試藥)〕,磷酸電極,Ag/AgCl電極作為參考電極,將此三電 二氫鉀〔Potassium Dihydrogenphosphate(片山極置入反應槽於30 ? 0.2?,5 mL,0.05 M 試藥)〕,氯化鉀〔Potassium Chloride(關東化學磷酸鹽(PBS)緩衝溶液中,利用電化學分析儀藥品)〕,95,藥用酒精〔95, Alcohol(台灣菸O之應答電流並聯接電之TB 模式來偵測H22 酒公司)〕。 腦與列印機分別作數據之處理,儲存及繪圖。 2.3實驗步驟 三、結果與討論 2.3.1 工作電極之製備 為實施以二環戊二烯亞鐵修飾之碳糊電 取一長7 cm 之單芯銅電線,電線內徑為 極與未經修飾之碳糊電極之比較將製備好的0.05 cm ,切除前後二端各0.5 cm 之絕緣外層 碳糊電極置入含 5 mL 之 0.05M PBS 之電解 2(兩端裸露部份之表面積 0.0805 cm),再將電 槽中,以電化學分析儀(CHI 401A)之循環伏安線裸露部份以洗劑與超純水沖洗數次,並以超 法(CV)偵測 HO,並通氮除氧20 分鐘使液22 面充滿氮氣隔氧為了避免氧氣與其他具有電遍應用於許多領域,對於科學試驗甚至工業製化學活性之生理物質的干擾。圖1 是於5 mL 程改進更是非常重要的工具,本研究實施三個之 0.05 M PBS 中,pH = 7.4, (A) 經二環戊因子〔操作電位、攪拌速率及磷酸鹽緩衝溶液二烯亞鐵及碳粉之比為3,7修飾之碳糊電極(PBS)之pH值〕及二個水準之因子實驗設計(見的CV圖,掃描電位範圍為-0.8 , +0.8 V (B) 表1)來分析以二環戊二烯亞鐵修飾碳糊電極為未經修飾之碳糊電極的CV圖,掃描電位範之反應參數對偵測過氧化氫之平均應答電流圍為-0.8 , +0.8 V,掃描速率為50 mV/s,掃之影響,經由SPSS(Statistical Package for the 描20個區段,比較後可知二環戊二烯亞鐵具Social Science) 統計分析軟體對平均應答電流有提升應答電流之功效且由圖1(A)可發現還之變異數分析的結果顯示操作電位的主效果原峰大約在 -0.4 V 左右,而最適還原電位約檢定,F = 141.515,顯著性,0.05,、攪拌速率在 –200m V處,且為了避免溶液中氧氣的干的主效果檢定,F =7.487,顯著性,0.05,與擾和減小未來發展成生醫感測器時被干擾物 pH值之主效果檢定,F = 89.901,顯著性,(抗壞血酸、尿酸等) 的影響,所以選擇 0.05,皆達顯著水準(見表2和3)。 –200mV還原電位來進行操作。 四、結論 本研究運用二環戊二烯亞鐵來修飾碳糊 因子實驗設計對平均應答電流之變異數電極,二環戊二烯亞鐵本身具有強催化性能, 分析的結果顯示操作電位的主效果檢定、攪拌與具有導電性能的碳粉製作成碳糊電極,藉以 速率的主效果檢定與pH值之主效果檢定皆達提升過氧化氫之應答電流,在磷酸鹽緩衝溶液 顯著水準,顯著性,0.05,。在30?下,以二中偵測過氧化氫之應答電流,計算過氧化氫之 環戊二烯亞鐵修飾碳糊電極[二環戊二烯亞濃度,藉以推算葡萄糖之濃度。實驗設計法普 鐵,碳粉=3,7(重量比)] ,當操作電位為-200 mV ,攪拌速率為500 rpm,以0.05 M 磷酸鹽 ,B, 緩衝溶液,pH,7.4,偵測過氧化氫之應答電 流,可得偵測極限為0.02 mM HO(見圖2),22 2線性範圍為 0.02~1.2 mM HO,R為0.9998,22 圖1 、 (A)經二環戊二烯亞鐵修飾之碳糊電極 2靈敏度為161.43µA/cm,mM HO(見圖3)。22 (B) 未經修飾之碳糊電極的 CV 圖 結果顯示本研究之最適操作條件為操作電位= Fig1. CV graphs for (A) carbon paste electrode modified with ferrocene (B) unmodified carbon -200 mV,攪拌速率=500 rpm,pH =7.4。 paste electrode 五、參考文獻 表1 因子實驗設計之三個因子和二個水準 [1] Updike, S. J., and G. P. Hicks, “The Enzyme Electrode,” Nature, 214, 986(1967). [2] Uang, Y.-M., and Chou, T.-C., “Criteria for Designing a Polypyrrole Glucose Biosensor by Galvanostatic Electropolymerization, ” Electroanalysis, 14, 1564(2002). [3] Kim, M. A., and W. Y. Lee, “Amperometric Phenol Biosensor Based on Sol-Gel Silicate/Nafion Composite Film,” Analytica Chimica Acta, 479, 143(2003). Table 1. Three factors and two levels of the [4] Singh, S., A. Chaubey, and B. D. Malhotra, factorial design “Amperometric Cholesterol Biosensor Based on Immobilized Cholesterol Esterase and Cholesterol Oxidase on Conducting Polypyrrole Films,” Analytica Chimica Acta, 502, 229 (2004). [5] Montgomery, D. C., “ Design and Analysis of Experiments, ”5th Edition, 170 (2006). 表2 以二環戊二烯亞鐵修飾碳糊電極偵測過 氧化氫之平均應答電流之因子實驗設計的十 六個實驗之實驗結果 ,A, Table 2. The results of the sixteen experiments of the factorial design for detection of the average responding current of hydrogen peroxide for the carbon paste electrode modified with the ferrocene 圖2 以二環戊二烯亞鐵修飾碳糊電極偵測過 氧化氫之偵測極限之 TB 圖 Fig 2. The detection limit of TB graph for detection of HOfor carbon paste electrode 22 modified with the ferrocene 表3 以二環戊二烯亞鐵修飾碳糊電極對偵測 過氧化氫之平均應答電流之變異數分析 結果 Table 3. The results of analysis of variance for detection of the average responding current of hydrogen peroxide for the carbon paste electrode modified with the ferrocene 圖3 以二環戊二烯亞鐵修飾碳糊電極偵測 過氧化氫之線性範圍之 TB 圖 Fig 3. The linear range of TB graph for detection of HOfor carbon paste electrode 22 modified with the ferrocene