聚組氨酸石墨烯玻碳電極的制備

聚組氨酸石墨烯玻碳電極的制備

茴香是一種半合成黃酮類化合物（見結(jié)構(gòu)特征1），能抑制紅細(xì)胞和血小板的結(jié)合，防止血栓形成，增加血氧含量，改善微循環(huán)，促進(jìn)新血管的形成。這是治療閉塞性心腦血管疾病的好藥物。其水解主要產(chǎn)物為金絲桃苷(其結(jié)構(gòu)式見圖2)。傳統(tǒng)的曲克蘆丁的檢測方法有色譜法、分光光度法、流動注射化學(xué)發(fā)光法、毛細(xì)管電泳法等。在這些方法中有的需要昂貴的儀器,有的樣品需要復(fù)雜的處理,因此,尋找新的簡便、快速的藥物分析方法成為分析工作者研究的一個方向。氨基酸具有良好的電化學(xué)性能備受關(guān)注,其修飾電極檢測生物藥品的報道也有很多,石墨烯是一種單層碳原子緊密堆積的新型碳質(zhì)材料,它具有比表面積大、導(dǎo)電性好、機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。石墨烯和氨基酸制備的復(fù)合膜不僅穩(wěn)定,而且對于底物催化作用表現(xiàn)出協(xié)同效應(yīng)。目前,已有報道關(guān)于曲克蘆丁在汞電極、碳納米管電極上的電化學(xué)行為。本文使用聚組氨酸/石墨烯修飾電極(polyHiS/Gr/GCE)對曲克蘆丁水解物在電極上的電化學(xué)行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,該修飾電極制備簡單,用于檢測曲克蘆丁具有較強(qiáng)的選擇性和較高的靈敏度,同時電極的穩(wěn)定性好。該方法可用于曲克蘆丁的實驗室檢測,在藥物檢測領(lǐng)域具有很大的潛力。1實驗部分1.1試劑及溶液體系CHI1232型電化學(xué)分析儀(上海辰華儀器公司);PHS-2型pH計(上海雷磁儀器廠);78-1磁力加熱攪拌器(國華電器有限公司);KQ-100型超聲波清洗器(昆山市超聲波儀器廠)。石墨烯(南京吉倉納米科技有限公司);組氨酸(分析純,上?；瘜W(xué)試劑廠);K3Fe(CN)6(分析純,上?；瘜W(xué)試劑廠);曲克蘆丁(片劑,山西同濟(jì)藥業(yè)有限公司);各種pH值的磷酸鹽緩沖溶液(PBS),用0.1mol·L-1磷酸溶液調(diào)節(jié);所用溶液均為除氧的二次蒸餾水配置,其他試劑均為分析純。將1mgGr加入5mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,超聲分散30min直至得到0.2mg·mL-1淺黑色的Gr懸浮液,放置備用。2.5×10-3mol·L-1組氨酸溶液配制:準(zhǔn)確稱取0.3875g組氨酸,用0.5mol·L-1H2SO4溶解,將溶解后的組氨酸用PBS緩沖溶液定容至1000mL,冰箱內(nèi)(低于4℃)儲藏備用。1.2gr修飾玻碳電極的制備先將玻碳電極表面在7#的金相砂紙上打磨光滑,然后用0.3μm、0.05μm的超細(xì)Al2O3懸浮液在絲綢上拋光至鏡面,每次拋光后先洗去表面污物,再依次用二次蒸餾水和無水乙醇分別超聲清洗五分鐘,接著取10μLGr懸浮液(用微量進(jìn)樣法)滴加在玻碳電極(Φ5mm)表面,紅外燈烘干即制得Gr修飾玻碳電極(Gr/GCE)。然后以鉑電極為對電極,Gr/GCE為工作電極,飽和甘汞電極為參比電極組成三電極體系。將此三電極體系放入2.5×10-3mol·L-1組氨酸溶液中,在-0.2V~1.0V電位范圍內(nèi),以50mV·s-1的掃描聚合15周,取出,晾干即制備得到聚組氨酸/石墨烯玻碳電極(PolyHiS/Gr/GCE)。1.3曲克蘆丁水解物的表征準(zhǔn)確稱取一定量的曲克蘆丁,用1.5mol·L-1的H2SO4溶液溶解在燒杯中,設(shè)定溫度為90℃在水浴中加熱約1h。將水解后的曲克蘆丁倒入100mL的容量瓶,用50%的乙醇溶液定容至刻度。在電解池中加入0.15mol·L-1的H2SO4溶液9mL,上述配制好的曲克蘆丁水解物1mL。以組氨酸/石墨烯玻碳電極(PolyHiS/Gr/GCE)或GCE電極為工作電極,飽和甘汞電極為參比電極,鉑絲電極為對電極,在-1.0V~+1.0V電位范圍內(nèi),以100mV·s-1差分脈沖伏安(DPV)掃描,進(jìn)行定量測定。實驗過程均在室溫下進(jìn)行。2結(jié)果與討論2.1polus/gr/gce的表征HiS/Gr/GCE的掃描電鏡如圖3所示。圖3(a)為GCE的掃描電鏡圖;圖3(b)為Gr/GCE的掃描電鏡圖;圖3(c)為PolyHiS/Gr/GCE的掃描電鏡圖,由圖3(b)可以看到涂覆在玻碳電極表面的Gr層具有典型的褶皺片層結(jié)構(gòu)。而由圖3(c)可以觀察到聚合組氨酸電沉積在Gr/GCE表面。電極表面的PolyHiS具有疏松多孔狀結(jié)構(gòu)因而具有較強(qiáng)的吸附能力,而Gr具有優(yōu)良的導(dǎo)電能力,因而PolyHiS和Gr的協(xié)同作用非常有利于檢測物的電子傳輸。2.2循環(huán)伏安掃描曲線圖4為0.15mol·L-1的H2SO4溶液中1.0×10-5mol·L-1曲克蘆丁水解物在空白玻碳電極GCE(曲線1)和polyHiS/Gr/GCE電極(曲線2)上的循環(huán)伏安掃描曲線。由于組氨酸羧基(-COOH)上的氧原子與咪唑基上的N原子與曲克蘆丁水解物形成了較強(qiáng)的氫鍵作用,加上石墨烯優(yōu)良的導(dǎo)電性能,polyHiS/Gr/GCE電極(與空白電極相比)使曲克蘆丁水解物的氧化峰電流顯著增大。此電極很好地催化了曲克蘆丁水解物的氧化。曲克蘆丁的水解產(chǎn)物的氧化機(jī)理如圖5所示。2.3組氨酸修飾電極檢測曲克蘆丁水解物用掃描圈數(shù)不同來表示組氨酸的修飾量的多少,實驗過程中,分別用組氨酸修飾不同圈數(shù)(5圈、10圈、15圈、20圈、25圈)得到的組氨酸修飾電極來檢測曲克蘆丁水解物。實驗結(jié)果表明,隨著掃描次數(shù)的增加,修飾劑的數(shù)量逐漸增加,組氨酸修飾電極對曲克蘆丁水解物的峰電流隨之增加,當(dāng)掃描15周后,峰電流隨掃描次數(shù)的增加反而呈下降趨勢(見圖6),這說明組氨酸修飾量過多會使傳質(zhì)阻力就會增大,電流響應(yīng)的效果就會降低,故在間接法測定曲克蘆丁時采用循環(huán)掃描15圈制備得到組氨酸修飾電極。2.4ph對修飾電極的電化學(xué)響應(yīng)固定組氨酸的濃度不變,配制一系列0.1mol·L-1磷酸鹽(不同pH)的緩沖液,并分別以這些溶液為底液,然后在各項條件都相同時進(jìn)行電化學(xué)修飾,制備不同組氨酸修飾電極。用這些制備得到的組氨酸修飾電極對同一濃度的曲克蘆丁水解物進(jìn)行電催化性能的研究,結(jié)果如圖7所示。從圖上可以看出:在pH=5.0~8.5范圍內(nèi),隨著pH的升高,制得的不同組氨酸修飾膜電極對曲克蘆丁水解物的響應(yīng)電流先逐漸增大;當(dāng)pH為7.0時,制得的電極對曲克蘆丁水解物的峰電流最大;當(dāng)pH大于7.0時,制得的修飾電極對曲克蘆丁電流響應(yīng)較小。故本實驗選擇pH為7.0的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)做為修飾組氨酸的最佳底液。2.5曲克蘆丁在不同富集電位下的峰電流富集實驗含有1.0×10-4mol·L-1曲克蘆丁,0.15mol·L-1的H2SO4溶液經(jīng)加熱水解后,在-0.1~1.0V范圍內(nèi)用差分脈沖伏安法(DPV)考察富集電位對峰電流的影響。實驗結(jié)果顯示:當(dāng)電位在-0.1~1.0V范圍時,隨著電位的增大,峰電流增加很快,富集電位達(dá)到0.3V時,曲克蘆丁水解產(chǎn)物的氧化峰電流達(dá)到最大值;當(dāng)富集電位大于0.3V,峰電流略有降低,故本實驗選用富集電位為0.3V。設(shè)定富集電位為0.3V時,對曲克蘆丁水解物進(jìn)行恒電位富集3s,5s,7s,10s,15s,20s。從圖8可以看到曲克蘆丁的水解產(chǎn)物的氧化峰的峰電流隨富集時間延長而上升,當(dāng)富集時間為10s即達(dá)到最大值,富集時間大于10s后,峰電流基本不變。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是曲克蘆丁是吸附于電極表面的,當(dāng)時間達(dá)到10s后這種吸附已達(dá)到飽和狀態(tài),此時峰電流到達(dá)最大值。富集時間繼續(xù)增加,峰電流增加不明顯。故本試驗選用富集電位為+0.3V,富集時間為10s。2.6丁水解物的電化學(xué)行為研究了曲克蘆丁的水解產(chǎn)物在polyHiS/Gr/GCE電極上的電化學(xué)行為,圖9是不同掃速下1.0×10-4mol·L-1曲克蘆丁水解物在polyHiS/Gr/GCE電極上的峰電流與掃速的線性關(guān)系圖。實驗表明,曲克蘆丁水解物的峰電流在50mV·s-1~350mV·s-1范圍內(nèi)與掃描速度呈良好線性關(guān)系,線性方程為-ip(μA)=4.398+0.1055v(mV·s-1),R=0.9983,說明掃描速度與峰電流成正比,表明曲克蘆丁水解物在polyHiS/Gr/GCE電極上的反應(yīng)屬于吸附控制。2.7標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限、定量限在最優(yōu)化的條件下,用差分脈沖伏安法測得曲克蘆丁水解物氧化峰的峰電流與其濃度在2.0×10-6~4.0×10-4mol·L-1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系,標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性方程為:-ip(μA)=3.323+0.03177×C(μmol·L-1),相關(guān)系數(shù)為R=0.9996,檢出限為1.25×10-6mol·L-1。2.8曲克蘆丁水解產(chǎn)物電極性能的測定每次測定后,將polyHiS/Gr/GCE電極置于0.1mol·L-1磷酸鹽緩沖溶液(pH=7.0)中攪拌60s以使電極更新,連續(xù)測定同一個曲克蘆丁水解產(chǎn)物的溶液15次,峰電流的降低值小于5%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.1%。測定完畢后,將電極儲存于0.1mol·L-1PBS中,放置一個月后再次測定,電極性能未發(fā)生顯著變化。以上實驗說明該修飾電極具有良好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。2.9試劑及儀器干擾在優(yōu)化條件下,以1.0×10-4mol·L-1的曲克蘆丁對部分干擾物做了干擾實驗。結(jié)果表明,500倍的Na+、K+、Mg2+、H2PO4-、CO32-,Cl-,Br-、葡萄糖不干擾測定。100倍Zn2+,Mn2+,Fe3+。50倍的尿酸、抗壞血酸對測定均無干擾