聚组氨酸石墨烯玻碳电极的制备

聚组氨酸石墨烯玻碳电极的制备

茴香是一种半合成黄酮类化合物（见结构特征1），能抑制红细胞和血小板的结合，防止血栓形成，增加血氧含量，改善微循环，促进新血管的形成。这是治疗闭塞性心脑血管疾病的好药物。其水解主要产物为金丝桃苷(其结构式见图2)。传统的曲克芦丁的检测方法有色谱法、分光光度法、流动注射化学发光法、毛细管电泳法等。在这些方法中有的需要昂贵的仪器,有的样品需要复杂的处理,因此,寻找新的简便、快速的药物分析方法成为分析工作者研究的一个方向。氨基酸具有良好的电化学性能备受关注,其修饰电极检测生物药品的报道也有很多,石墨烯是一种单层碳原子紧密堆积的新型碳质材料,它具有比表面积大、导电性好、机械强度高等特点。石墨烯和氨基酸制备的复合膜不仅稳定,而且对于底物催化作用表现出协同效应。目前,已有报道关于曲克芦丁在汞电极、碳纳米管电极上的电化学行为。本文使用聚组氨酸/石墨烯修饰电极(polyHiS/Gr/GCE)对曲克芦丁水解物在电极上的电化学行为进行了研究。结果表明,该修饰电极制备简单,用于检测曲克芦丁具有较强的选择性和较高的灵敏度,同时电极的稳定性好。该方法可用于曲克芦丁的实验室检测,在药物检测领域具有很大的潜力。1实验部分1.1试剂及溶液体系CHI1232型电化学分析仪(上海辰华仪器公司);PHS-2型pH计(上海雷磁仪器厂);78-1磁力加热搅拌器(国华电器有限公司);KQ-100型超声波清洗器(昆山市超声波仪器厂)。石墨烯(南京吉仓纳米科技有限公司);组氨酸(分析纯,上海化学试剂厂);K3Fe(CN)6(分析纯,上海化学试剂厂);曲克芦丁(片剂,山西同济药业有限公司);各种pH值的磷酸盐缓冲溶液(PBS),用0.1mol·L-1磷酸溶液调节;所用溶液均为除氧的二次蒸馏水配置,其他试剂均为分析纯。将1mgGr加入5mLN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,超声分散30min直至得到0.2mg·mL-1浅黑色的Gr悬浮液,放置备用。2.5×10-3mol·L-1组氨酸溶液配制:准确称取0.3875g组氨酸,用0.5mol·L-1H2SO4溶解,将溶解后的组氨酸用PBS缓冲溶液定容至1000mL,冰箱内(低于4℃)储藏备用。1.2gr修饰玻碳电极的制备先将玻碳电极表面在7#的金相砂纸上打磨光滑,然后用0.3μm、0.05μm的超细Al2O3悬浮液在丝绸上抛光至镜面,每次抛光后先洗去表面污物,再依次用二次蒸馏水和无水乙醇分别超声清洗五分钟,接着取10μLGr悬浮液(用微量进样法)滴加在玻碳电极(Φ5mm)表面,红外灯烘干即制得Gr修饰玻碳电极(Gr/GCE)。然后以铂电极为对电极,Gr/GCE为工作电极,饱和甘汞电极为参比电极组成三电极体系。将此三电极体系放入2.5×10-3mol·L-1组氨酸溶液中,在-0.2V~1.0V电位范围内,以50mV·s-1的扫描聚合15周,取出,晾干即制备得到聚组氨酸/石墨烯玻碳电极(PolyHiS/Gr/GCE)。1.3曲克芦丁水解物的表征准确称取一定量的曲克芦丁,用1.5mol·L-1的H2SO4溶液溶解在烧杯中,设定温度为90℃在水浴中加热约1h。将水解后的曲克芦丁倒入100mL的容量瓶,用50%的乙醇溶液定容至刻度。在电解池中加入0.15mol·L-1的H2SO4溶液9mL,上述配制好的曲克芦丁水解物1mL。以组氨酸/石墨烯玻碳电极(PolyHiS/Gr/GCE)或GCE电极为工作电极,饱和甘汞电极为参比电极,铂丝电极为对电极,在-1.0V~+1.0V电位范围内,以100mV·s-1差分脉冲伏安(DPV)扫描,进行定量测定。实验过程均在室温下进行。2结果与讨论2.1polus/gr/gce的表征HiS/Gr/GCE的扫描电镜如图3所示。图3(a)为GCE的扫描电镜图;图3(b)为Gr/GCE的扫描电镜图;图3(c)为PolyHiS/Gr/GCE的扫描电镜图,由图3(b)可以看到涂覆在玻碳电极表面的Gr层具有典型的褶皱片层结构。而由图3(c)可以观察到聚合组氨酸电沉积在Gr/GCE表面。电极表面的PolyHiS具有疏松多孔状结构因而具有较强的吸附能力,而Gr具有优良的导电能力,因而PolyHiS和Gr的协同作用非常有利于检测物的电子传输。2.2循环伏安扫描曲线图4为0.15mol·L-1的H2SO4溶液中1.0×10-5mol·L-1曲克芦丁水解物在空白玻碳电极GCE(曲线1)和polyHiS/Gr/GCE电极(曲线2)上的循环伏安扫描曲线。由于组氨酸羧基(-COOH)上的氧原子与咪唑基上的N原子与曲克芦丁水解物形成了较强的氢键作用,加上石墨烯优良的导电性能,polyHiS/Gr/GCE电极(与空白电极相比)使曲克芦丁水解物的氧化峰电流显著增大。此电极很好地催化了曲克芦丁水解物的氧化。曲克芦丁的水解产物的氧化机理如图5所示。2.3组氨酸修饰电极检测曲克芦丁水解物用扫描圈数不同来表示组氨酸的修饰量的多少,实验过程中,分别用组氨酸修饰不同圈数(5圈、10圈、15圈、20圈、25圈)得到的组氨酸修饰电极来检测曲克芦丁水解物。实验结果表明,随着扫描次数的增加,修饰剂的数量逐渐增加,组氨酸修饰电极对曲克芦丁水解物的峰电流随之增加,当扫描15周后,峰电流随扫描次数的增加反而呈下降趋势(见图6),这说明组氨酸修饰量过多会使传质阻力就会增大,电流响应的效果就会降低,故在间接法测定曲克芦丁时采用循环扫描15圈制备得到组氨酸修饰电极。2.4ph对修饰电极的电化学响应固定组氨酸的浓度不变,配制一系列0.1mol·L-1磷酸盐(不同pH)的缓冲液,并分别以这些溶液为底液,然后在各项条件都相同时进行电化学修饰,制备不同组氨酸修饰电极。用这些制备得到的组氨酸修饰电极对同一浓度的曲克芦丁水解物进行电催化性能的研究,结果如图7所示。从图上可以看出:在pH=5.0~8.5范围内,随着pH的升高,制得的不同组氨酸修饰膜电极对曲克芦丁水解物的响应电流先逐渐增大;当pH为7.0时,制得的电极对曲克芦丁水解物的峰电流最大;当pH大于7.0时,制得的修饰电极对曲克芦丁电流响应较小。故本实验选择pH为7.0的磷酸盐缓冲溶液(PBS)做为修饰组氨酸的最佳底液。2.5曲克芦丁在不同富集电位下的峰电流富集实验含有1.0×10-4mol·L-1曲克芦丁,0.15mol·L-1的H2SO4溶液经加热水解后,在-0.1~1.0V范围内用差分脉冲伏安法(DPV)考察富集电位对峰电流的影响。实验结果显示:当电位在-0.1~1.0V范围时,随着电位的增大,峰电流增加很快,富集电位达到0.3V时,曲克芦丁水解产物的氧化峰电流达到最大值;当富集电位大于0.3V,峰电流略有降低,故本实验选用富集电位为0.3V。设定富集电位为0.3V时,对曲克芦丁水解物进行恒电位富集3s,5s,7s,10s,15s,20s。从图8可以看到曲克芦丁的水解产物的氧化峰的峰电流随富集时间延长而上升,当富集时间为10s即达到最大值,富集时间大于10s后,峰电流基本不变。出现这种现象的原因是曲克芦丁是吸附于电极表面的,当时间达到10s后这种吸附已达到饱和状态,此时峰电流到达最大值。富集时间继续增加,峰电流增加不明显。故本试验选用富集电位为+0.3V,富集时间为10s。2.6丁水解物的电化学行为研究了曲克芦丁的水解产物在polyHiS/Gr/GCE电极上的电化学行为,图9是不同扫速下1.0×10-4mol·L-1曲克芦丁水解物在polyHiS/Gr/GCE电极上的峰电流与扫速的线性关系图。实验表明,曲克芦丁水解物的峰电流在50mV·s-1~350mV·s-1范围内与扫描速度呈良好线性关系,线性方程为-ip(μA)=4.398+0.1055v(mV·s-1),R=0.9983,说明扫描速度与峰电流成正比,表明曲克芦丁水解物在polyHiS/Gr/GCE电极上的反应属于吸附控制。2.7标准曲线、检出限、定量限在最优化的条件下,用差分脉冲伏安法测得曲克芦丁水解物氧化峰的峰电流与其浓度在2.0×10-6~4.0×10-4mol·L-1范围内呈良好的线性关系,标准曲线的线性方程为:-ip(μA)=3.323+0.03177×C(μmol·L-1),相关系数为R=0.9996,检出限为1.25×10-6mol·L-1。2.8曲克芦丁水解产物电极性能的测定每次测定后,将polyHiS/Gr/GCE电极置于0.1mol·L-1磷酸盐缓冲溶液(pH=7.0)中搅拌60s以使电极更新,连续测定同一个曲克芦丁水解产物的溶液15次,峰电流的降低值小于5%,相对标准偏差(RSD)为2.1%。测定完毕后,将电极储存于0.1mol·L-1PBS中,放置一个月后再次测定,电极性能未发生显著变化。以上实验说明该修饰电极具有良好的稳定性和重复性。2.9试剂及仪器干扰在优化条件下,以1.0×10-4mol·L-1的曲克芦丁对部分干扰物做了干扰实验。结果表明,500倍的Na+、K+、Mg2+、H2PO4-、CO32-,Cl-,Br-、葡萄糖不干扰测定。100倍Zn2+,Mn2+,Fe3+。50倍的尿酸、抗坏血酸对测定均无干扰