检测过氧化氢 4/5 - 使用普鲁士蓝

检测过氧化氢

过氧化氢的电化学检测对利用氧化酶构建生物传感器很有意义。检测方面的主要问题是，过氧化氢的氧化作用发生在相对于 Ag/AgCl 的 0.6 V 以上的电位时。在这么高的电位下，实际样品中经常存在的许多其他物种也可能会产生干扰。这些物质可能是抗坏血酸（维生素 C）、胆红素和尿酸盐。

人们提出了用薄膜将这些物质排除在电极之外的想法。这层膜会使所有进出电极的传输过程变得更加困难。后来，人们开发出了将电子从酶传输到电极的介质，一些基于氧化酶的电极就不再需要过氧化氢检测了。

如前所述（见 "为什么要检测过氧化氢？ 一章），过氧化氢是由酶产生的，但它对细胞有害。细胞利用过氧化物酶来消耗过氧化氢。辣根过氧化物酶在电化学应用中很受欢迎，因为电极可以直接与酶的活性中心相连。因此，过氧化物酶可用于过氧化氢检测，但这种酶成本高、稳定性低，而且难以与电极结合，因此寻找无机替代品很有意义。

使用普鲁士蓝

电极上的薄普鲁士蓝层是一种非常合适的替代品。1990 年进行的首次研究表明，通过对银/氯化银施加约 40 mV 的还原电压，传感器的性能良好。实验表明，普鲁士蓝对过氧化氢的催化活性比对氧气的催化活性高 100 倍，这引起了科学界的极大兴趣。经过优化后，基于普鲁士蓝的传感器能够在 0 V 对 Ag/AgCl 的电压下正常工作，因此普鲁士蓝被称为 "人工过氧化物酶"。在这种低电位下，许多常见的干扰物质不会发生电化学反应。

普鲁士蓝的催化作用和选择性是普鲁士蓝晶体结构的结果。晶体中的小通道允许过氧化氢进入。在铁离子的包围下，电子很容易转移到过氧化氢上。而对于大多数其他干扰物质，通道则不够大。

局限性

遗憾的是，这些传感器仅限于中性或酸性溶液。普鲁士蓝在碱性溶液中不稳定。普鲁士蓝中的铁离子会形成可溶于水的氢氧化铁。当相应的氧化酶的最佳 pH 值在碱性区域时，这就是一个问题。研究人员已经开发出不同的方法来制作普鲁士蓝薄膜，使其在中性或碱性介质中表现出更高的稳定性。其中大多数方法都基于这样一个理念，即氢氧根离子很容易接触到铁，因此改变结构就能提高稳定性。不同的技术是在其他离子存在的情况下沉积或析出普鲁士蓝的新方法。

Sitnikova 等人[1] 开发了一种普鲁士蓝（六氰基铁酸盐）和六氰基铁酸盐镍的分层薄膜。这种薄膜可稳定数小时而不会降低灵敏度，在中性和碱性溶液中也很稳定。其他铁配体的存在也不会对这层膜造成威胁。

文学

[1] N. Sitnikova, A. Borisova, M. Komkova, A. Karyakin,Anal Chem83 (2011), p. 2359-2363.