谢 英 冉 升

(1.保定学院生化系，河北 保定 071000;2.保定市第二中学，河北 保定 071000)

血红蛋白(Hb)是人体中一类重要的生物大分子，其具有运氧功能。定量测定血清中Hb是疾病检测、生化分析的重要指标，电化学方法在生物化学分析方面应用广泛，然而Hb在未修饰电极上过电位很大，很难发生还原反应，检测不到电流信号。文献表明可以加入修饰媒介体[1]或加入促进剂[2]。本文研究Hb在月桂酸、胆固醇和大豆卵磷脂修饰的玻碳电极上的电化学行为，运用循环伏安方法、数值分析和计算机模拟为基本的研究手段，以期得到合理的理论模型，继而有效地控制Hb的电还原过程。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器:电化学工作站(美国普林斯顿公司)，工作(月桂酸、大豆卵磷脂和胆固醇修饰的玻碳电极)、辅助(大面积的铂片电极)、参比电极(Ag/AgC1电极)组成的三电极体系。

试剂:牛血红蛋白，月桂酸，大豆卵磷脂，胆固醇、氯化钾，氯仿等。0.02mol/L磷酸二氢钾和磷酸氢二钠(pH=5～8)为缓冲溶液.所用试剂均为分析纯。

1.2 实验设计

以血红蛋白在磷酸二氢钾和磷酸氢二钠缓冲溶液中，玻碳电极依次经丙酮、稀硫酸(1.00mol/L)、去离子水超声洗涤。用Al2O3粉末抛光，再用去离子水清洗电极，最后用滤纸将电极表面吸干。将已抛光的玻碳电极倒立且固定在干燥的烧杯内，用微量注射器取成膜液(月桂酸、大豆卵磷脂、胆固醇)5μL均匀滴加在电极表面，盖好玻璃罩待溶剂挥发后测定血红蛋白浓度，溶液PH，电势扫描速率等对峰电流的影响。

2 结果与讨论

2.1 循环伏安图谱的直观信息

2.1.1 不同电势扫描速率下的循环伏安响应谱

由图可知，无阳极氧化峰出现，阴极呈现出单一的还原峰，且电势扫描速率越高该还原峰电势越小，故可认为血红蛋白在该膜修饰的电极电催化还原反应为不可逆。

2.1.2 连续多次循环伏安扫描测试

连续多次伏安扫描测试中，血红蛋白还原峰电流先增加后减小，因而可认为血红蛋白在该膜修饰电极的电催化还原反应有弱吸附现象。

(图1 不同扫描速率下的循环伏安曲线，血红蛋白浓度:1.01 ×10-6 mol/L，pH=5.00。响应曲线1—6所对应的电扫描速率分别为，10、20、40、60、80 和100mV/s)

2.2 信息数据的解析与拟合

2.2.1 血红蛋白的[ip，V]PH，c数据集的线性回归处理

分别对

ipa=ka×v (2)线性回归拟合，

(表1 不同溶液pH条件下ip对，ip对V的回归处理血红蛋白浓度:1.00 ×10-6Mol/L;电势扫描速率 ν 在10 ～100mV/s.)

(表1 不同溶液pH条件下ip对，ip对V的回归处理血红蛋白浓度:1.00 ×10-6Mol/L;电势扫描速率 ν 在10 ～100mV/s.)

溶液PH ip=k0+kd×v 1 2 ip=k0+ka ×v k0×106 kd×105 R F×103 K0×106 kd×104 R F×103 8.0 -2.17 3.59 0.985 25.7 1.03 0.867 0.998 1.63 7.5 -2.03 4.51 0.996 3.91 2.11 1.07 0.990 14.4 7.0 -5.29 6.37 0.995 31.9 0.517 1.52 0.994 19.7 6.5 -4.54 5.73 0.993 34.8 0.662 1.37 0.995 8.37 6.0 -6.38 7.46 0.986 75.7 0.294 1.80 0.999 2.19 5.5 -3.55 5.27 0.996 12.2 1.26 1.26 0.996 9.83 5.0 -3.12 4.82 0.998 7.24 1.29 1.15 0.995 13.6

模型拟合，见表1(F为误差平方和)，线性相关系数R≥0.917，但其回归直线截距k0不为零(与峰电流相比太大)，ip～的数值都随电势扫描速率增大而变大，ip～V的数值都随电势扫描速率增大而减小，不能视为常数【3】，故不能确定是吸附还是扩散控制。

2.2.2 血红蛋白的[ip，V]PHρ二元线性回归处理

对涉及电活性质粒吸附反应体系来说，

(表2 不同溶液PH条件下ip对kd+kav二元线性回归处理血红蛋白浓度:1.00×10-6 Mol/L，电势扫描速率ν在10～100mV/s。)

(表2 不同溶液PH条件下ip对kd+kav二元线性回归处理血红蛋白浓度:1.00×10-6 Mol/L，电势扫描速率ν在10～100mV/s。)

溶液PH kd×106 ka×105 F×102 8.0 10.4 6.32 6.82 7.5 23.5 5.05 4.52 7.0 7.08 13.3 20.1 6.5 7.92 11.7 6.00 6.0 2.54 17.5 3.74 5.5 14.3 9.09 3.86 5.0 14.8 7.85 5.36

采按照ip=ipd+ipa=kd×+ka×v模型进行回归处理结果F(误差平方和)值明显增大。

综上，对ipd=kd×，ipa=ka× v，ip=ipd+ipa=kd×+ka×v所得出数据并不理想，即该扩散和吸附行为与电化学理论中常规模型并不相同。

2.2.3 血红蛋白的[ip，C]PH，v数据集的回归处理

(图2 血红蛋白的浓度C与还原峰电流ip的关系(ν=20mv/s，pH=6.0)

图2中 ip～C 曲线类似 Michaelis-Menton【4】方程，可表示为，考虑到吸附态活性物质对电流有显著影响，对(4)式进行修正得

表3 以(4)(5)式为模型的非线性回归处理ν=20mv/s，pH=6.0

表3可见，F值更大些，且K0参数大于[ip，C]PH，v数据集中最小浓度对应的ip值(2.17×10-7A)。故对(4)和(5)式施以分形修正，给出如下模型

表4 以(6)(7)式为模型的非线性回归处理ν=20mv/s，pH=6.0

由于 α =2-D=1.34，因而求出分维 D=0.66。

3 结论

经月桂酸、大豆卵磷脂和胆固醇修饰的玻碳电极的微孔粗糙程度不一，且血红蛋白微粒表面凹凸不平，而电催化反应一般是在一系列孤立的点上进行，即该电极/溶液界面结构类似于Cantor集合，Hausdorff维数 D=0.66，处于0和1之间Hausdorff维数(D=0.66)偏离1的程度较大，故可推断血红蛋白在经月桂酸、大豆卵磷脂和胆固醇修饰的玻碳电极上的电催化还原机制比较复杂[5]，可进一步研究讨论。

[1]袁倬斌，张玉忠，赵红。分析化学，2001，29：1332-1335

[2]何亚楠，李根喜，史海蓉等。分析化学，1997，25(1)：49-51

[3](美)A.J.巴德，L.R.福克纳著，谷林锳等译。《电化学方法原理及应用》，化学工业出版社，1984，616-620

[4]李后强，赵华明。自然杂志，1999，13(6)327-330

[5]丁小勤，胡劲波，李启隆。蛋白质的电分析化学研究[J]，分析试验室，2006 年01 期