全 文 ：第７卷第３期
２００９年５月
生 物 加 工 过 程
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．７Ｎｏ．３
Ｍａｙ２００９
收稿日期：２００８－１０－２４
基金项目：天津市科委资助项目（０７ＺＨＸＮＣ０４５００）
作者简介：刘武胜（１９８４—），男，江西吉安人，硕士研究生，研究方向：电化学生物传感器；张娟琨（联系人），教授，博士生导师，Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｊｋ＠
ｍａｉｌ．ｔｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
维生素 Ｂ２在玻碳电极上的伏安行为及痕量检测
刘武胜，张娟琨，卢金辉，白丽荣，董杉木
（天津科技大学 工业微生物教育部重点实验室，生物工程学院，天津 ３００４５７）
摘 要：玻碳电极在活化后，在ｐＨ＝５６的柠檬酸 磷酸二氢钠缓冲体系中，在 －０８～０１Ｖ范围内进行循环伏安
扫描，可观察到明显的准可逆氧化还原峰，峰电流与扫速成正比。实验表明，ＶＢ２在玻碳电极表面有弱吸附现象，
ＶＢ２浓度与峰电流在１０×１０
－５～２０×１０－４ｍｏｌ／Ｌ之间线性关系较好，最低检测限为５０×１０－７ｍｏｌ／Ｌ。
关键词：维生素Ｂ２；循环伏安；玻碳电极
中图分类号：Ｒ３９２．１１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２－３６７８（２００９）０３－００７３－０５
ＴｒａｃｅｖｉｔａｍｉｎＢ２ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｗｉｔｈｇｌａｓｓｙｃａｒｂｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
ａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒ
ＬＩＵＷｕｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｕａｎｋｕｎ，ＬＵＪｉｎｈｕｉ，ＢＡＩＬｉｒｏｎｇ，ＤＯＮＧＳｈａｎｍｕ
（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＣｏｌｅｇｅｏｆＢｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，
ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈａｃｔｉｖａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅａｎｄｃｉｔｒｉｃａｃｉｄ／ＮａＨ２ＰＯ４（ｐＨ５６）ｂｕｆｅｒｓｙｓｔｅｍ，ＣＶｓｃａｎｗｉｔｈ
ＧＣＥｗａｓｃａｒｉｅｄｏｕｔｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆ－０８Ｖｔｏ０１Ｖ．Ｑｕａｓｉｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅｒｅｄｏｘｐｅａｋｗａｓｃｌｅａｒｌｙｏｂ
ｓｅｒｖｅｄ．Ｐｅａｋｃｕｒｅｎｔｗａｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｔｏｓｃａｎｒａｔｅ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｏｓｈｏｗｅｄａｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｗｅａｋ
ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｖｉｔａｍｉｎＢ２ｏｎｔｈｅＧＣＥｓｕｒｆａｃｅ．ＴｈｅｒｅｗａｓａｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＶｉｔａｍｉｎＢ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａ
ｔｉｏｎａｎｄｐｅａｋｃｕｒｅｎｔｂｅｔｗｅｅｎ１０×１０－５ｍｏｌ／Ｌｔｏ２０×１０－４ｍｏｌ／Ｌ．Ｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｌｉｍｉｔｗａｓ
５０×１０－７ｍｏｌ／Ｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｉｔａｍｉｎＢ２；ｃｙｃｌｉｃｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ；ｇｌａｓｓｙｃａｒｂｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅ
改善电极表面的性质和促进电极间的电子转
移的方法之一是进行电极表面修饰和预处理。玻
碳电极（ＧＣＥ）是一种常见的固体电极，常常用来作
为表面修饰电极的基础。已经报道了一些预处理
ＧＣＥ的方法［１－４］，其中，最广泛的是电化学法，通常
采取在合适的电位下恒电位极化或较宽范围内进
行电位扫描［５］。一般认为氧化处理在碳表面产生
的含氧官能团能改进玻碳电极表面的性能。这些
官能团的存在已被各种手段表征［６－７］，并广泛用于
改进对生物物质的电化学响应和构建电化学检
测器。
维生素Ｂ２（ＶＢ２）又称核黄素，是黄素单苷酸和
黄素腺嘌呤二核苷酸的组成部分，所有的天然辅
酶，只有黄素单苷酸才具有传递１个或２个电子的
能力，并可加速氧分子还原。因为生物体内氧化还
原过程和电化学过程的共性———电子传递，所以采
用电化学方法研究核黄素的氧化还原行为具有重
要的意义。
由于维生素Ｂ２的重要性，寻找一种简单、高效、
快速的检测方法是十分必要的。维生素 Ｂ２传统的
分析方法主要有荧光分析法［８－９］、高效液相色谱分
析法（ＨＰＬＣ）［１０－１１］，同时也有在电化学方法方面的
报道［１２－１８］。
本研究全面评价缓冲体系、ｐＨ、扫描速度、富集
电位、富集时间、扫描电位范围对ＶＢ２在玻碳电极上
氧化还原反应的影响，选用玻碳电极作为工作电
极，建立一种快速、简便、高效的核黄素电化学检测
方法。
１ 材料与方法
１．１ 主要仪器和试剂
ＬＫ２００５Ａ型电化学工作站，天津市兰力科化学
电子高技术有限公司；维生素Ｂ２，分析纯，天津市瑞
金特化学品有限公司；柠檬酸、Ｎａ２ＨＰＯ４，分析纯，天
津市北方天医化学试剂厂；Ａｇ／ＡｇＣｌ参比电极、玻碳
电极、Ｐｔ电极为对电极组成的三电极体系；其他试
剂均为国产分析纯。
１．２ 维生素Ｂ２标准液的配制
准确称取０１ｍｍｏｌ维生素 Ｂ２于２５０ｍＬ棕色容
量瓶中，用体积分数１％醋酸定容到１００ｍＬ。实验
中根据需要逐级稀释至所需浓度。
１．３ 玻碳电极的预处理
依次用１５００＃和２０００＃砂纸对玻碳电极进行
打磨，取少许抛光粉于抛光布上，用双蒸水调成糊
状，对玻碳电极进行抛光。抛光后的玻碳电极依
次用适量醋酸、乙醇、丙酮超声２ｍｉｎ，再用适量双
蒸水超声 ２次，每次２ｍｉｎ，超声后的电极晾干
备用。
１．４ 玻碳电极的活化
预处理后的玻碳电极和Ａｇ／ＡｇＣｌ、Ｐｔ电极组成三
电极体系插入１０ｍｏｌ／ＬＨ２ＳＯ４中，在电位－１０～＋
１０Ｖ范围内进行循环伏安扫描，直至得到稳定的循
环伏安图，用双蒸水冲洗干净，备用。
１．５ 实验方法
将三电极体系插入含有适量 ＶＢ２的缓冲液中
（ｐＨ＝５６的柠檬酸 Ｎａ２ＨＰＯ４），于 －０３５Ｖ电压
下富集一定时间后，在（－０８～＋０１Ｖ）电位范围
内，以０１Ｖ／ｓ的扫描速度进行循环伏安扫描，记录
循环伏安曲线。
２ 结果与讨论
２．１ 维生素Ｂ２在玻碳电极上的循环伏安行为
图１为维生素 Ｂ２在 ｐＨ＝５６的缓冲体系中不
同扫描速度的循环伏安曲线。由图１可以看出，扫
描速度对峰电位的影响不是很大。当扫描速度过
大时候，氧化峰电位正移，峰顶变宽，峰型不理想；
扫描速度过小时，还原峰电位负移，峰型低且不灵
敏。当扫描速度在０１Ｖ／ｓ时峰型最理想。
图１ 不同扫速下ＶＢ２在玻碳电极上的循环伏安曲线
Ｆｉｇ．１ ＴｈｅＣＶｏｆＶＢ２ｏｎＧＣＥａｔｄｉｆｅｒｅｎｔ
ｓｃａｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄ
图２ ＶＢ２的ｉｐ（还原峰电流）和Ｖ
１／２（扫速的平方根）
线性关系
Ｆｉｇ．２ ＬｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｉｐａｎｄＶ
１／２
由图１可知，峰位置和扫速无关，ΔＥｐ＝Ｅｐ，ａ－
Ｅｐ，ｃ＝００６（Ｅｐ，ａ为阳极扫描峰电位，Ｅｐ，ｃ为阴极扫描
峰电位），ｉｐ，ａ／ｉｐ，ｃ≈１（ｉｐ，ａ为阳极峰电流，ｉｐ，ｃ为阴极
峰电流），以还原峰电流（ｉｐ）对扫描速度（Ｖ）的１／２
作图得一近似直线（图２）。这表明维生素 Ｂ２在玻
碳电极上的行为符合准可逆过程特征。由文献
［１７］可知维生素 Ｂ２在酸性介质中是以离子状态存
在的，且符合以下质子合平衡：
ＲＦ＋Ｈ 幑幐＋ ＲＦＨ＋，ＲＦＨ＋＋Ｈ 幑幐＋ ＲＦＨ２＋２
（１）
４７ 生 物 加 工 过 程 第７卷
根据文献［１９］报道，维生素Ｂ２的一级质子合常
数约为１０１０，二级质子合常数约为１０６，故在 ｐＨ＜６
的溶液中，维生素 Ｂ２主要以 ＲＦＨ
２＋
２ 的形式存在，电
极的总反应可能是：
ＲＦＨ２＋２ ＋２ｅ幑幐
－ ＲＦＨ２ （２）
根据式（１）和式（２），溶液 ｐＨ的变化必然对维
生素Ｂ２的氧化还原反应产生影响。
２２ 缓冲液体系的影响
分别以０２ｍｏｌ／Ｌ柠檬酸 磷酸二氢钠、柠檬酸
钠 磷酸二氢钠、０２ｍｏｌ／Ｌ柠檬酸钠、０２ｍｏｌ／Ｌ
ＰＢＳ、０２ｍｏｌ／Ｌ醋酸钠作为缓冲液体系进行实验，从
图３可以看出醋酸钠、ＰＢＳ作为缓冲体系时的峰电
流没有柠檬酸 磷酸二氢钠作为缓冲体系时大，而以
柠檬酸钠、柠檬酸钠 磷酸二氢钠作为缓冲体系时氧
化还原峰的可逆性不好。综合峰电流和峰的可逆性，
在柠檬酸 磷酸二氢钠的缓冲液体系中，维生素Ｂ２的循
环伏安图峰型最好且最灵敏（图３（ａ），图３（ｂ）），因而
本实验以柠檬酸 磷酸二氢钠为缓冲体系。
图３ 不同缓冲体系的ＶＢ２循环伏安图
Ｆｉｇ．３ ＣＶｏｆＶＢ２ｉｎｄｉｆｅｒｅｎｔｂｕｆｅｒｓｙｓｔｅｍ
２３ 缓冲体系ｐＨ值对峰电流和峰电位的影响
由式（２）可知，溶液的 ｐＨ变化必然对维生素
Ｂ２的氧化还原反应产生影响（图４）。当改变柠檬酸
和磷酸二氢钠的比例时，发现在 ｐＨ＝５６时氧化还
原峰的信号最好。峰电位随 ｐＨ值的增大而负移
（图４），其线性方程为Ｅｐ＝－００５４５ｐＨ －００５４２
（Ｒ２＝０９７４，ｎ＝８），因此，本实验选择缓冲液 ｐＨ
为５６。
图４ ｐＨ对ＶＢ２峰电位及峰电流的影响
Ｆｉｇ．４ ＥｆｅｃｔｓｏｆｐＨｏｎｔｈｅｐｅａｋｐｏｔｅｎｔｉａｌａｎｄｐｅａｋ
ｃｕｒｒｅｎｔｏｆＶＢ２
２４ 富集电位的影响
不同的吸附电位对ＶＢ２产生的氧化还原峰有一
定的影响。在其他条件不变的情况下，以 －０３５Ｖ
作为吸附电位，峰型最好且稳定，故本实验采用
－０３５Ｖ作为富集电位。
２５ 富集时间的影响
分别用０１ｍｏｌ／ＬＶＢ２、０００１ｍｏｌ／ＬＶＢ２研究富
集时间对峰电流的影响（图５），富集时间太短时，峰
型不好且不稳定，而在２４０ｓ之后比较稳定，２４０ｓ之
后富集时间对峰电流基本不影响，所以选择２４０ｓ作
为富集时间。
图５ 吸附时间对峰电流的影响
Ｆｉｇ．５ Ｅｆｅｃｔｓｏｆａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｔｉｍｅｏｎｔｈｅｐｅａｋｃｕｒｒｅｎｔ
２６ 扫描电位范围的选择
扫描电位不同，峰型不同。电位太低时，还原峰
变宽，氧化峰变宽；电位太高时，还原峰变低，氧化峰
变高，由于本实验主要是利用ＶＢ２的还原峰进行定量
分析，并综合峰型等影响因素，故选择（＋０１，－０８）
作为本实验的扫描电位范围。
５７ 第３期 刘武胜等：维生素Ｂ２在玻碳电极上的伏安行为及痕量检测
２７ 标准曲线及最低检测限
在选定的 ｐＨ＝５６的柠檬酸 磷酸二氢钠缓冲
体系中，改变 ＶＢ２浓度（１０×１０
－５ ～２０×１０－４
ｍｏｌ／Ｌ），测定结果表明ＶＢ２的峰电流在该范围内有较
好的线性关系（图６），线性方程为
ｙ＝１８２９ｘ＋２９３９６
Ｒ２＝０９９８４
最低检测限为５０×１０－７ｍｏｌ／Ｌ。
２８ 试样的测定
取维生素Ｂ２片剂，研细，粉末用溶于１％的醋酸
定容到１００ｍＬ，取一定量的试样储存液按实验方法
进行维生素Ｂ２的循环伏安法测定（表１）。
图６ 维生素Ｂ２浓度与峰电流的线性关系
Ｆｉｇ．６ ＬｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｖｉｔａｍｉｎＢ２
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｐｅａｋｃｕｒｒｅｎｔ
表１ 维生素试样的分析及回收率实验结果
Ｔａｂｌｅ１ ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｒｅｓｕｌｔｓｉｎｖｉｔａｍｉｎＢ２ｓａｍｐｌｅ
质量／
ｍｇ
平均质量／
ｍｇ
标示量／
ｍｇ
相对标准
偏差／％
加入质量／
ｍｇ
测出质量／
ｍｇ
回收率／
％
平均回
收率／％
相对标准
偏差／％
４９５ ７５６ ７４８ ９９０
４９７ １５１２ １５３１ １０１３
５０４ ４９４８ ５０ １１９ ３４０２ ３３７９ ９９３ １００７３６ ２４８
４８６ ４９１４ ５１７９ １０５４
４９２ ５６７０ ５５９４ ９８７
采用循环伏安法对维生素Ｂ２进行定量分析，方
法简便且灵敏度较高。传统的荧光法检测ＶＢ２的最
低检测限一般在２０×１０－６ｍｏｌ／Ｌ，本实验的最低检
测限达到５０×１０－７ｍｏｌ／Ｌ。文献［８］中也有用同步
荧光法测定复合维生素片中的 ＶＢ２的量，而复合维
生素片中的其他维生素对检测结果还有比较大的
影响，而本实验能有效避免维生素Ｂ１和维生素Ｂ６荧
光峰接近所造成的影响。
３ 结 论
在ｐＨ＝５６的柠檬酸 磷酸二氢钠缓冲体系中，
经过电化学活化处理的ＧＣＥ对维生素Ｂ２有较好的电
化学响应，实验表明ＶＢ２在电极表面具有准可逆氧化
还原峰，维生素 Ｂ２浓度与峰电流在１０×１０
－５～２０
×１０－４ｍｏｌ／Ｌ之间线性关系较好，最低检测限为
５０×１０－７ｍｏｌ／Ｌ。
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ｖｉｔａｍｉｎＢ２［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００１，２０（２）：
１２１５．
［１９］ＫｓｅｎｚｈｅｋＯＳ，ＰｅｔｒｏｖａＳＡ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｆｌａｖｉｎｓ
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３）：
櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒
１０５１２７．
国内简讯
我国首个裂殖壶菌项目建成并投入使用
利用中国海洋大学享有的海洋真菌裂殖壶菌 ＯＵＣ８８的工业应用专利技术，我国首个裂殖壶菌
（Ｓｃｈｉｚｏｃｈｙｔｒｉｕｍｌｉｍａｃｉｎｕｍ）工业化生产装置在无棣县建成并投入使用。年产裂殖壶藻干粉３０ｔ以上，ＤＨＡ
质量达细胞干质量的２０％以上。
（文伟河）
７７ 第３期 刘武胜等：维生素Ｂ２在玻碳电极上的伏安行为及痕量检测