论文总字数：14096字

目 录

葡萄糖的电化学检测 2

1. 前言 2

1.1葡萄糖的理化性质 2

1.2葡萄糖的作用 2

1.2.1葡萄糖的生物机能 2

1.2.2葡萄糖的药理作用 3

1.2.3葡萄糖的工业应用 3

1.2.4葡萄糖在食品中的应用 4

1.3葡萄糖检测的意义 4

1.3.1葡萄糖检测在工业中的意义 4

1.3.2葡萄糖检测在临床医学中的作用 4

1.4葡萄糖的检测方式 4

1.4.1氧化还原滴定法 5

1.4.2葡萄糖己糖激酶法 5

1.4.3高效液相色谱法（HPLC） 5

1.4.4利用特异性相互作用 5

1.5电化学工作站 5

2. 实验部分 6

2.1 仪器与试剂 6

2.2检测葡萄糖的电化学性质 7

2.3 电极的葡萄糖测定 10

2.4 注意事项 10

3. 结果与分析 11

3.1 循环伏安法检测葡萄糖的实验结果分析 11

3.1.1 葡萄糖浓度与氧化峰电流关系 11

3.1.2 电极扫描速度/扫描速度平方根与氧化峰电流关系 13

3.2 计时电流法检测葡萄糖的实验结果分析 17

4. 结束语 18

葡萄糖的电化学检测

环境科学与工程学院 应用化学 孙榛 20131377008

摘要：葡萄糖作为一种重要的原料，在化学、医学、生物科技、工业等领域发挥着重要作用，在近代工业社会的发展史中，葡萄糖扮演着不可或缺的角色。因此在各个领域，有必要对葡萄糖进行准确的检测。和其它传统的检测方法相比，高灵敏度、高准确度、测量范围宽、仪器设备操作单、价格低廉是电化学检测的明显优势。本论文将通过电化学工作站，使用循环伏安法与计时电流法对葡萄糖进行检测，研究它的波谱曲线与相关性质。

关键词：葡萄糖 检测 循环伏安 计时电位

The electrochemical determiantion of glucose

Sunzhen

School of Environmental Science amp; Engineering,Nanjing University of Information Science amp; Technology ,Nanjing 210044

Abstract

As an important raw material, glucose plays an important role in the fields of chemistry， medicine， biotechnology and industry. In the history of modern industrial society， glucose plays an indispensable role. It is necessary to accurately detect glucose in various fields. Compared with other traditional detection methods, electrochemical detection has the advantages of high sensitivity, high accuracy,wide measuring range，simple operation and cheap price and other advantages. In this paper，cyclic voltammetry and chronically current method are used for the detection of glucose to explore its spectral curves and related properties completely by electrochemical workstation.

Keywords: glucose,determination,cyclic voltammetry, chronically current method

1. 前言

1.1葡萄糖的理化性质

葡萄糖又被称为血糖、玉米葡糖、玉蜀黍糖， 甚至简称为葡糖。作为一种单糖，葡萄糖在自然界有着广阔的分布并且十分重要。^[1]它的水溶液旋光向右， 所以又被称为称“右旋糖” 。萄糖是己醛糖，化学结构简式 CH₂OH—CHOH—CHOH—CHOH—CHOH—CHO，与果糖(CH₂OH(CHOH)₃COCH₂OH)互为同分异构体，相对分子质量180，是一种白色晶体，，易溶解在水中， 微溶解于乙醇，不溶于乙醚，葡萄糖有甜味但是甜味不如蔗糖， 熔点为146 ℃，，它的结构简式中包含5 个羟基和1醛基，，拥有多元醇和醛的性质。^[2]

天然的葡萄糖全部属于D构型，不管是游离或者是结合的葡萄糖，它主要以吡喃式构形含氧环存在于水中，为α和β两种构型的衡态混合物。^[3]在常温条件下，葡萄糖可以通过α－D－葡萄糖的水合物（含1个水分子）形式从过饱和的水溶液中析出，熔点为80℃；无水α-D-葡萄糖通常作为一种晶体，在50～115℃之间析出，它的熔点为146℃。β-D-葡萄糖是一种稳定形势，它只在115℃以上析出，熔点在148～150℃之间。

D-葡萄糖有与醛糖的一样化学性质，通过氧化剂的作用，可以形成葡萄糖酸，葡糖二酸或葡萄糖醛酸，在还原剂的作用下，形成山梨醇。葡萄糖也可以与苯肼组合从而产生在晶体形状和熔点等方面与其它糖不同的葡萄糖，并且可用作识别葡萄糖的方法。^[4]

1.2葡萄糖的作用

1.2.1葡萄糖的生物机能

在人体内，葡萄糖可以快速添加能量，促进肝脏排毒，增强记忆力等。 葡萄糖的浓度与生理活性有着相当大的联系。 如果浓度太低，可能会引起中风或其他血管疾病; 浓度过高可导致肥胖，糖尿病，肾脏疾病，心脏病和神经损伤。^[5]

人类的大脑功能也受到葡萄糖的影响，忧郁、烦躁、厌食和贪吃等因素会干扰葡萄糖的新陈代谢。研究发现，患有阿尔兹海默症的病人，其拥有比其他脑部异常的人更低的葡萄糖浓度，因此会引起中风和其他的心血管病症。同时，研究人员还发现，每补充75千克的葡萄糖就会提高在记忆检测中的成绩。^[6]

1.2.2葡萄糖的药理作用^[7]

在药理方面，人体内的水分和糖分能通过葡萄糖得到补充，它能够补充体液、增加能量、提供血糖、强心利尿。适应症：葡萄糖的百分之五溶液可以用作等渗液，适用于多种急性中毒，以促使毒物排泄；百分之十到百分之五十为高溶液，可以用于治疗营养不良、低血糖症，也可以用在医治心力衰竭、脑水肿、肺水肿等疾病。

1.2.3葡萄糖的工业应用

在发酵生产中，葡萄糖是细菌生长和产物合成的主要来源，其含量直接决定细菌增殖的生成，代谢物的数量。

在污水处理方面，污水的处理和加工都需要使用工业葡萄糖，又被称作全糖粉或者食品级葡萄糖。在工厂开始进行污水治理时，需要适当的加入葡萄糖，特别在调试期间，为了提供碳源，更需要加入适当的葡萄糖粉，从而更好地培养出细菌，那么工业污水的可深化性就会得到提高。如果想要尽快的完成污水的治理，那就更加需要添加工业葡萄糖，因为工业葡萄糖可以提高污渍和淤泥的亲和力，从而起到比尿素更加明显的作用，其效率也会成倍增长。假设在污水处理的操作系统中缺少COD（化学需氧量）和BOD（生物需氧量）给细菌增长提供环境，那么就需要找别的方式加入这种葡萄糖粉，从而减慢污水中污泥的老化速度和降低它的生物活性。另外，工业葡萄糖在稳定水质方面也有着重要的作用，比如在亚硝酸盐和磷的废水中，缓蚀的强度可以由于加入葡萄糖粉的协调效应得到提升。因此，工业葡萄糖在各种工业污水的治理和现实生活中的用水问题上都有着非常重要的应用价值。^[8]

此外，在皮革工业中，工业级葡萄糖可以用来处理皮革，比如鞋底革，皮箱革等。皮革的柔软性可以得到提高。葡萄糖还可以作为铬鞣料的还原剂。

在钢铁行业，葡萄糖可以当做钢铁的表面清洗剂来使用。比如钢铁表面在进行镀钵、镀铬、镀锡、镀镍等为了适应特殊用途的操作时，在清洗剂中加入葡萄糖酸钠，能够出现良好的效果，因为钢坯的表面一层需要经过严格地清洗，从而牢固结合镀层物与钢铁表面。^[9]

在建筑方面，工业葡萄糖可以用作水泥掺和剂，将一定量的葡萄糖酸钠加入水泥后，混凝土的可塑性和强度可以得到提升，并且混凝土的最初与最终凝固时间可以因为葡萄糖具有阻滞作用而得到推迟。^[10]比如加入0.2%的工业葡萄糖，就可以把混凝土的初始凝固时间增长10倍往上，也就是把混凝土的可塑时间从短短几个小时增加到几天，还不影响其牢度。

1.2.4葡萄糖在食品中的应用

因为低钠综合症可以通过食用葡萄糖得到有效地防治，所以葡萄糖可以作为一种食品添加剂使用。另外对于人的味觉来说，葡萄糖酸钠和葡萄糖酸钾能带来好的味觉体验。葡萄糖酸钠没有刺激性，没有苦涩味道，它的盐味质与食盐相似，其它有机酸盐的阈值远不及它。葡萄糖在食品加工的过程中，主要运用于调节PH，改变提高食品的呈味性，它可以代替食盐被加工为更加健康的低盐或者无盐食品，从而提高人们的饮食健康，丰富人们的生活。在各种冷饮、糕点的生产制作中，食品葡萄糖作为一种全新的高档食品添加剂得到广泛应用。食品的风味、口感、色泽，特别是食品质量档次已经被食品葡萄糖广泛提高。^[11]

1.3葡萄糖检测的意义

1.3.1葡萄糖检测在工业中的意义

作为重要的化工原料，在检测化学反应的进程和确定化学反应的终点方面，葡萄糖的检测扮演着相当重要的角色。

1.3.2葡萄糖检测在临床医学中的作用

葡糖糖不仅提供给人体最主要的能量，而且是构成机体机构物质的重要组成成分。激素和神经系统会配合调节，使血糖浓度保持相对稳定，当原来的相对平衡由于调节失控而被打破时，人体就会出现高血糖或者低血糖的症状。因此，葡萄糖的临床医学检测主要用于糖尿病的诊断、昏迷鉴别以及糖代谢研究。此外， 这种检测还可以用于检验出刚出生婴儿的低血糖症、排除胰岛细胞癌的症状以及评估人体在生病期间体内碳水化合物代谢状况。同时，在健康、怀孕的妇女中，葡萄糖检测可以用于葡糖尿的检测，妊娠葡糖尿最显著的特征就是每天都有一个明显的变化。^[12]在脑膜炎的诊断中，葡萄糖的检测也发挥着巨大的作用，主要是帮助区别病毒性脑膜炎与癌性脑膜炎。细菌性脑膜炎和结核性脑膜炎中脑脊髓液的葡萄糖含量通常比较低（血清葡萄糖含量不到40%至50%），在病毒性脑膜炎中葡萄糖的含量是正常的。在癌性脑膜炎（脑膜已被肿瘤细胞广泛渗透）中，脑脊髓液中的葡萄糖值一般在正常值以下。^[13]

1.4葡萄糖的检测方式

当前，随着科学技术的发展，已经形成了许多种检测葡萄糖的方法，其原理可以大致分成三类: 通过化学性质（还原性）来检验，通过其物理性质来检测，结合特异性相互作用来测定等。

1.4.1氧化还原滴定法

氧化还原滴定法是指将碘滴定溶液精密地加入待测样品后，一边振动摇晃一边滴加NaOH 滴定溶液，然后将待测样品放置于暗处30分钟，再加稀硫酸，用硫代硫酸钠滴定溶液滴定待测样品，当滴定至近终点时，加入淀粉指示液继续滴定直到蓝色消失，根据滴定溶液使用量，从而计算出葡萄糖的含量。

1.4.2葡萄糖己糖激酶法

这种方法的原理是通过己糖激酶催化葡萄糖生成葡糖-6-磷酸，然后氧化葡糖--6-磷酸，这时还会产生还原型的β—烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。系统将会检测在340nm处的光吸收变化曲线，通过观察得之，样品中的血糖浓度于这种变化成正比，靠这种方式可以计算出血糖的浓度。

1.4.3高效液相色谱法（HPLC）

高效液相色谱( HPLC) 法作为一种检测生化分子的通用方法，也可以用来检测葡萄糖。这种方法的原理：那些在同一时刻进入色谱柱的各个组分，在流动相和固定相之间的溶解、吸附、渗透或离子交换的作用是不一样的。 通过流动相，各个组分可以在在色谱柱的两相之间进行重复多次的分配。因为各组分的移动速度在色谱柱中是不同的， 所以经过一定长度的色谱柱后， 它们会彼此分离开来， 按顺序流出色谱柱外， 进入到信号检测器中， 显示器会显示出各个组分的谱峰数值， 葡萄糖的含量可以通过保留时间和峰面积采取外标法来测出。^[15]

1.4.4利用特异性相互作用

可以通过特定的物质对葡萄糖分子的特异性进行识别，可用表面等离子共振这种技术测定葡萄糖，当金膜表面配位体与分析物发生相互作用，会引起SPR信号变化，然后进行测定。

1.5电化学工作站^[16]

电化学工作站是电化学测量系统的简称，经常作为测量设备用于是电化学相关的研究和教学。多种测量系统组合成为一个整机，其中包含高速数据采集系统、多级信号增益、快速数字信号发生器、IR降补偿电路、电位电流信号滤玻器以及恒电位仪和恒电流仪。电化学工作站可以直接用于超微电极，以实行稳态电流测量。电化学工作站的常用测量方式为循环伏安法、计时电流法、交流阻抗法、交流伏安法、电流滴定、电位滴定等等。电化学工作站不仅可以进行两电极，三电极测量，还可以进行四电极的工作方法。其中液液界面的电化学测量需要用到4电极工作，同时四电极的工作方式对于大电流和低阻抗电解池也有着十分重要的作用，电缆与接触电阻引起的测量误差可以因此得到消除。

单通道工作站和多通道工作站分别为电化学工作站的两大类别，它们的区别在于多个样品测试能同时在多通道工作站中进行，而较单通道工作站的测试效率更加高速，可以用于大规模研发测试，能明显地加快研发速度。

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