摘 要 用乙炔黑（Acetylene black， AB）和離子液體（Ionic liquid， IL）制備了乙炔黑-離子液體復(fù)合修飾玻碳電極（AB-ILs/GCE），并用電化學(xué)阻抗譜（EIS）進(jìn)行了表征。采用循環(huán)伏安法（Cyclic voltammetry， CV）和計(jì)時(shí)電流法（Chronoamperometry， CA），方波伏安法（Square wave voltammetry， SWV）研究了延胡索酸泰妙菌素（TF）在此電極上電化學(xué)行為及電化學(xué)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明，TF在玻碳電極（GCE）上于0.74 V處出現(xiàn)一個(gè)不可逆氧化峰，與GCE相比TF在AB/GCE上的氧化峰電位基本不變，氧化峰電流增大1.8倍；而與AB/GCE相比， TF在AB-ILs/GCE上的氧化峰電位略有負(fù)移，氧化峰電流增大3倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AB-ILs/GCE對(duì)TF電化學(xué)氧化有明顯的催化作用。同時(shí)考察了實(shí)驗(yàn)條件對(duì)TF電化學(xué)行為的影響，測(cè)定了電極反應(yīng)過程動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并用本方法對(duì)TF針劑中TF含量進(jìn)行了定量測(cè)定，RSD在1.1%～2.9%之間，加標(biāo)回收率在98.6%～101.8%之間。據(jù)此建立了TF電化學(xué)定量測(cè)定方法。

關(guān)鍵詞 電催化氧化；電分析方法；乙炔黑-離子液體修飾玻碳電極；延胡索酸泰妙菌素

2011-06-09收稿；2011-09-04接受

本文系寧夏自然科學(xué)基金（No. NZ1147）資助項(xiàng)目

* E-mail: gaozn@nxu.edu.cn

1 引 言

延胡索酸泰妙菌素（Tiamulin fumarate， TF）是一種半發(fā)酵半合成雙萜類新型動(dòng)物專用抗生素（結(jié)構(gòu)式見圖1），它通過抑制微生物核糖體內(nèi)感受性細(xì)菌蛋白的合成，達(dá)到抗菌作用[1]。關(guān)于延胡

圖1 泰妙菌素的結(jié)構(gòu)式

Fig．1 Structure of tiamulin

索酸泰妙菌素的研究已報(bào)道的有反相高效液相色譜法（RP-HPLC）[2]、高效液相色譜法（HPLC）[3]、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS）[4]、液相色譜-二極管陣列紫外光譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-DAD-ESI-MS）[5]和電化學(xué)方法[6，7]。而在電化學(xué)方法中主要集中在碳糊電極[6]和修飾碳糊電極[7]上的電化學(xué)研究，但TF在乙炔黑-離子液體復(fù)合修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為、電化學(xué)動(dòng)力學(xué)及電化學(xué)分析方法研究工作尚未見報(bào)道。

乙炔黑具有良好的電子傳導(dǎo)性、較大比表面積和較強(qiáng)吸附能力等特性[8]，故被用于化學(xué)修飾電極修飾劑[9]。室溫離子液體（RTIL）是指室溫及鄰近室溫下完全由陰、陽離子組成的液體物質(zhì)[10]，具有電位窗口寬，生物相容性好和離子導(dǎo)電性高，能促進(jìn)電子傳遞等特點(diǎn)[11]，因此引起了電化學(xué)工作者的極大興趣。

本實(shí)驗(yàn)在前期工作[6，7，12～14]基礎(chǔ)上，將1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽 （[BMIM]PF6） 與AB混合， 制備了乙炔黑-離子液體復(fù)合修飾玻碳電極（AB-ILs/GCE），研究了TF在AB-ILs/GCE上的電化學(xué)行為及電化學(xué)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，并建立了TF含量的電化學(xué)定量測(cè)定方法。2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

CHI660A電化學(xué)工作站（美國(guó)CHI儀器公司）；電化學(xué)測(cè)定采用三電極系統(tǒng)：以CHI104 GCE （美國(guó)CHI儀器公司）和AB-ILs/GCE為工作電極，飽和甘汞電極（SCE）為參比電極，CHI115鉑絲為輔助電極。

圖2 不同電極的電化學(xué)阻抗譜圖

Fig．2 Electrochemical impedance spectrum of acetylene black-ion liquid modified glassy carbon electrode （AB-ILs/GCE） （a）， AB/GCE（b） and GCE（c） in a mixture of 1.0 mmol/L K₃Fe（CN）6-1.0 mmol/L K₄Fe（CN）6 solution. Supporting electrolyte: 0.10 mol/L KCl. The frequency range is 0.1～105Hz.

TF原料藥（寧夏多維泰瑞制藥有限公司，批號(hào)：201005041）；TF注射液（贛州百靈動(dòng)物藥業(yè)有限公司，批號(hào)：080402）；1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[BMIM]PF6，純度99%， 上海成捷化學(xué)有限公司）；實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。

電化學(xué)測(cè)試前于電解池中通入高純氮除氧5 min。本研究所涉及到的電位均為相對(duì)于SCE的電極電位，所有電化學(xué)測(cè)試均在室溫下進(jìn)行。

2.2 AB-ILs/GCE制備及電化學(xué)阻抗譜表征

GCE先用0.3

SymbolmA@ m α-Al2O₃ 拋光至鏡面，用水沖洗干凈。再分別在丙酮和水中超聲清洗2 min， 以除去殘留氧化鋁粉，晾干備用。準(zhǔn)確稱取8 mg AB并用微量取樣器移取15

SymbolmA@ L [BMIM]PF6，將二者在研缽中混合研磨約20 min，得到糊狀物，取少許糊狀物均勻涂敷在已處理好的電極表面， 制得AB-ILs/GCE。電化學(xué)阻抗譜可表征電極表面修飾過程中電阻變化信息[15]。以1.0 mmol/L Fe（CN）63

Symbolm@@ /4

Symbolm@@ 為電化學(xué)探針對(duì)GCE （圖2c），AB/GCE（圖2b）和AB-ILs/GCE（圖2a）進(jìn)行了電化學(xué)阻抗譜測(cè)試。由圖2a可知，AB-ILs/GCE在高頻區(qū)出現(xiàn)半圓?。ò雸A弧直徑代表電荷轉(zhuǎn)移電阻），且其電荷轉(zhuǎn)移電阻明顯小于AB/GCE和GCE的電荷轉(zhuǎn)移電阻，表明AB-ILs/GCE上有著較高導(dǎo)電性及較小的電荷轉(zhuǎn)移電阻；而在低頻區(qū)AB-ILs/GCE的直線斜率遠(yuǎn)大于AB/GCE和GCE的直線斜率，說明在AB-ILs/GCE上電活性物質(zhì)從溶液擴(kuò)散到電極表面的電阻減小，擴(kuò)散速率加快[16]。

3 結(jié)果與討論

3.1 TF伏安行為

在0.10 mol/L NaH2PO₄-Na2HPO₄ （PBS， pH 6.8），掃描速度50 mV/s及電位窗口0.0～1.2 V的條件下，采用CV研究了1.0

SymbolmA@ mol/L TF在GCE（圖3c），AB/GCE（圖3b） 圖3 TF的循環(huán)伏安圖

Fig．3 Cyclic voltammograms of 1.0×10

Symbolm@@ 6mol/L tiamulin fumarate （TF） at GCE （c）， AB/GCE（b） and AB-ILs/GCE （a） in 0.10 mol/L PBS. Scan rate: 50 mV/s及AB-ILs/GCE（圖3a）上的伏安行為。如圖3c所示，TF在GCE上于0.74 V 處出現(xiàn)一個(gè)不可逆氧化峰，氧化峰電流為2.847

SymbolmA@ A；TF在AB/GCE上亦于0.74 V處出現(xiàn)一個(gè)不可逆氧化峰，氧化峰電流為4.386

SymbolmA@ A。與GCE相比，TF在AB/GCE的氧化峰電位基本不變，氧化峰電流增大約1.8倍；比較曲線a和曲線b發(fā)現(xiàn)，TF在AB-ILs/GCE的氧化峰電位略有負(fù)移，氧化峰電流增大約3倍。此結(jié)果表明，TF電催化氧化反應(yīng)是一個(gè)不可逆電極反應(yīng)過程，且AB-ILs/GCE對(duì)TF電催化氧化具有良好的催化作用。這可能是由于乙炔黑具有較大的比表面積，為TF的電催化氧化提供了較多的反應(yīng)位點(diǎn)，加速了TF電子交換速率[8]；另外，離子液體的高離子導(dǎo)電性也能夠進(jìn)一步促進(jìn)電子傳遞[11]。兩者的協(xié)同作用使AB-ILs/GCE對(duì)TF的電化學(xué)氧化具有更好的催化作用。在10～400 mV/s范圍內(nèi)，采用CV研究了掃描速度對(duì)TF在AB-ILs/GCE上伏安行為影響。實(shí)驗(yàn)表明，隨掃描速度增加， TF在AB-ILs/GCE氧化峰電位Epa發(fā)生正移，峰電流Ipa增大，且峰電流Ipa與掃描速度平方根（v1/2）呈良好線性關(guān)系，擬合方程為Ipa（

SymbolmA@ A）＝

Symbolm@@ 1.378＋2.778v1/2，R＝0.9962。該結(jié)果表明，TF在AB-ILs/GCE上電化學(xué)氧化是受擴(kuò)散步驟控制的電極反應(yīng)過程。

3.2 實(shí)驗(yàn)條件的影響

在電位窗口0.0～1.2 V，50 mV/s掃描速度下，分別以0.10 mol/L的KCl，Na2SO₄，NaClO₄，Na2HPO₄-NaH2PO₄（PBS， pH 6.8），NaAc-HAc，B-R （Britton-Robinson） 等為支持電解質(zhì)，對(duì)5.0×10

Symbolm@@ 5 mol/L TF進(jìn)行CV測(cè)試。實(shí)驗(yàn)表明，在PBS中TF具有良好電化學(xué)行為，因此選用PBS為支持電解質(zhì)。

在pH 2.0～9.5 范圍內(nèi)考察了介質(zhì)pH對(duì)TF伏安行為的影響。實(shí)驗(yàn)表明，在pH 2.0～8.0范圍內(nèi)Epa隨pH值增大而負(fù)移，其線性方程為Epa＝

Symbolm@@ 1124.60

Symbolm@@ 55.67（mV/pH），R＝0.9985。依據(jù)Ep（mV）＝E.0

Symbolm@@ （59m/n）/pH 得到m/n≈1；已知n＝2[7]，由此計(jì)算得到質(zhì)子參與數(shù)m＝2，即TF在AB-ILs/GCE上電化學(xué)氧化過程是2個(gè)電子2個(gè)質(zhì)子參與的不可逆電化學(xué)氧化過程；在pH 8.0～9.5范圍內(nèi)， Epa隨pH值增加而基本不變。而在pH 2.0～6.0范圍內(nèi)， 氧化峰電流Ipa隨pH值增加而降低； 在pH 6.0～9.5范圍內(nèi)， Ipa基本不變。

3.3 電化學(xué)動(dòng)力學(xué)

3.3.1 電荷轉(zhuǎn)移系數(shù)α 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以Epa對(duì)logv作圖，得到GCE及AB-ILs/GCE上Epa-logv關(guān)系，其線性方程分別為Epa （mV）＝63.62 logv＋635.4 （R＝0.9986），Epa （mV）＝149.0 logv＋551.3，（R＝0.9987）。斜率分別為63.62和149.0 mV。

根據(jù)完全不可逆擴(kuò)散控制過程方程式[17]：

Ep＝（blogv）/2＋C（1）

式中， C為常數(shù)， b為Tafel斜率，b＝2.3RTn（1

Symbolm@@ α）F。 由Epa-logv關(guān)系直線斜率可得b/2，即：b＝2

SymbolvB@ Ep

SymbolvB@ （logv） ， 已知n＝2[7]，因此計(jì)算得到α分別為0.77和0.90。

3.3.2 電極反應(yīng)速率常數(shù)kf

平板電極上可逆電化學(xué)反應(yīng)的電流響應(yīng)遵循如下關(guān)系式[18]:

I（t）＝nFAkfC（1

Symbolm@@ 2Ht/π）（2）

H＝kfD1/2Ox＋kbD1/2Rd（3）

對(duì)于完全不可逆電極反應(yīng)，kb＝0，H＝kf/D1/2Ox，采用CA可以測(cè)得電極反應(yīng)速率常數(shù)kf。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得TF在GCE及AB-ILs/GCE上的I（t）-t1/2關(guān)系曲線 圖4 穩(wěn)態(tài)電流-時(shí)間曲線

Fig．4 Time-dependent steady state currents obtained at AB-ILs/GCE while increasing TF concentration at 0.80 V with a stirring rate of 100 r/min截距分別為5.85×10

Symbolm@@ 4 及 3.21×10

Symbolm@@ 4，計(jì)算得到TF在GCE及AB-ILs/GCE上的電極反應(yīng)速率常數(shù)kf分別為8.87×10

Symbolm@@ 2和1.23×10

Symbolm@@ 1s

Symbolm@@ 1。

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，利用穩(wěn)態(tài)電流-時(shí)間響應(yīng)曲線方法測(cè)定了TF在AB-ILs/GCE上的響應(yīng)電流與濃度關(guān)系（圖4），TF電流響應(yīng)信號(hào)隨其濃度成比例增長(zhǎng)，響應(yīng)時(shí)間小于5 s。最低響應(yīng)濃度為0.2

SymbolmA@ mol/L。本方法檢出限低，靈敏度高，可作為TF電化學(xué)定量測(cè)定方法。

3.4 電分析方法的應(yīng)用

3.4.1 TF方波伏安行為 在電位窗口0.0～1.2 V及優(yōu)化了的方波實(shí)驗(yàn)條件 （優(yōu)化方波實(shí)驗(yàn)條件：振

圖5 TF方波伏安圖

Fig．5 Square wave voltammogram （SWV） of 1.0

SymbolmA@ mol/L TF at the at GCE （c）， AB/GCE （b） and AB-ILs/GCE （a） in 0.10 mol/L PBS

幅45 mV，方波頻率5 Hz，電勢(shì)增量6 mV） 下對(duì)1.0

SymbolmA@ mol/L TF進(jìn)行SWV測(cè)試，得到TF 在GCE，AB/GCE及AB-ILs/GCE上的SWV曲線（圖5）。TF在GCE上于0.70 V處出現(xiàn)一個(gè)不可逆氧化峰（圖5c），TF在AB/GCE上亦于0.70 V處出現(xiàn)一個(gè)不可逆氧化峰（圖5b）。與GCE相比，TF在AB/GCE氧化峰電位不變，氧化峰電流增大約2倍。比較圖5a與圖5b發(fā)現(xiàn)， TF在AB-ILs/GCE上氧化峰電位與AB/GCE上氧化峰電位相比略有負(fù)移，氧化峰電流增大2.1倍。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與循環(huán)伏安法所得結(jié)果基本一致，進(jìn)一步表明AB-ILs/GCE對(duì)TF電化學(xué)氧化具有良好的催化作用。

3.4.2 電極重現(xiàn)性和穩(wěn)定性 同一支AB-ILs/GCE電極于5.0×10

Symbolm@@ 5 mol/L TF溶液CV掃描10次，其氧化峰電流RSD為1.9%；平行修飾6次RSD為2.9%，表明制作的修飾電極有良好的重現(xiàn)性。電極在室溫下放置48 h對(duì)， TF響應(yīng)電流的變化量在±5%以內(nèi)，表明該電極具有較好穩(wěn)定性，電極壽命為30 d。

3.4.3 干擾實(shí)驗(yàn) 在相同實(shí)驗(yàn)條件下，TF濃度為5.0×10

Symbolm@@ 5 mol/L， 考察了常見離子和葡萄糖、蔗糖對(duì)TF催化氧化峰電流影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，1000倍無機(jī)離子K.＋，Na.＋，SO2

Symbolm@@ ₄，Cl.

Symbolm@@ ，NO.

Symbolm@@ ₃和50倍酒石酸、檸檬酸、葡萄糖、蔗糖對(duì)TF電流響應(yīng)信號(hào)無干擾。

3.4.4 線性范圍及檢出限 在相同實(shí)驗(yàn)條件下用SWV研究了TF氧化峰電流Ipa隨其濃度變化關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TF氧化峰電流Ipa與其濃度在0.8～20

SymbolmA@ mol/L范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系，線性方程為Ipa（

SymbolmA@ A）＝0.74＋0.23C（

SymbolmA@ mol/L）， R＝0.9973；檢出限（S/N＝3）為7.6×10

Symbolm@@ 8 mol/L。

3.4.5 實(shí)際樣品測(cè)定 取市售延胡索酸泰妙菌素注射液5支，混勻，取適量該溶液置于100 mL容量瓶，用水定容。運(yùn)用SWV方法對(duì)此溶液進(jìn)行測(cè)定，加入已知量TF標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行回收率測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 TF注射液中TF含量及回收率測(cè)定結(jié)果（n＝6）

Table 1 Determination results of TF in injection samples（n＝6）

樣品

Samples標(biāo)示量

Labeled測(cè)得值

Found（mg）RSD（%）加入量Added（mg）測(cè)得值Found（mg）回收率Recovery（%）

1230.125 mg/支（ampoule）0.1252.20.0630.189101.8

0.1271.10.0750.20198.6

0.1272.90.0880.21599.7

由表1可知，所測(cè)得TF樣品的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.1%～2.9%，加標(biāo)回收率在98.6%～101.8%之間，表明本方法精密度和準(zhǔn)確度符合定量測(cè)定要求。 結(jié)果表明，TF電催化氧化是受擴(kuò)散步驟控制的電極反應(yīng)過程，且AB-ILs/GCE對(duì)TF的電催化氧化具有良好的電催化作用。同時(shí)測(cè)定了電極過程動(dòng)力學(xué)參數(shù)，據(jù)此建立了TF電化學(xué)定量測(cè)定方法。

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Electrochemical Behaviors and Electrochemical Determination of

Tiamulin Fumarate at Acetylene Black-Ionic Liquid

Modified Glassy Carbon Electrode

CHEN Ji-Wen.1， DUAN Cheng-Qian1，2， GAO Zuo-Ning1，CHEN De-Gang.3

.1（Key Lab of Energy Source and Chemical Engineering， College of Chemistry and Chemical Engineering，

Ningxia University， Yinchuan 750021， China）

.2（Higher Vocational College， Ningxia Medical University， Yinchuan 750004， China）

.3（Duowei Tairui Pharmacy Limited Company， Yinchuan 750004， China）

Abstract Acetylene black-ionic liquid modified glassy carbon electrode （AB-ILs/GCE） was prepared by acetylene black Ionic liquid and characterized by electrochemical impedance spectroscopy （EIS）. The electrochemical behaviors and electrochemical kinetics of tiamulin fumarate （TF） at AB-ILs/GCE were investigated by cyclic voltammetry （CV）， chronoamperometry （CA） and Square Wave voltammetry （SWV）. The experimental result showed an irreversible oxidation peak appeared on GCE at about 0.74V. However， the oxidation peak potentials of TF keep constant on AB/GCE than that of GCE， the oxidation peak currents on AB/GCE increased about 1.8 times than that of GCE; compared with AB/GCE， the oxidation peak potentials of TF on AB-ILs/GCE shifted 20mV negatively， the peak currents on AB-ILs/GCE increased 1.6 times than that of AB/GCE. The experimental result indicated that AB-ILs/GCE could catalyze the oxidation of TF well The electrochemical kinetic parameters were also determined on AB-ILs/GCE. The influence of experimental conditions was investigated. The quantitative determination of TF content was investigated， the relative standard deviation is between 1.1%－2.9% and the recoverage is in the range of 98.6%－101.8%. The method has been applied to the quantitative determination of TF content in injection sample.

Keywords Electrocatalyticl oxidation; Electrochemical determination; Acetylene black-ionic liquid modified glassy carbon electrode; Tiamulin fumarate

（Received 9 June 2011; accepted 4 September 2011）