王月紅,劉慧宏
(武漢紡織大學化學與化工學院,湖北 武漢 430073)
對乙酰氨基酚(paracetamol,PA) 是一種常見的乙酰苯胺類解熱鎮(zhèn)痛藥??箟难幔ˋA)能提高人體的免疫力,提高機體的應急能力。二者是常用感冒藥的主要成分[1]。體內過量的PA 和AA 有一定的毒副作用,因此建立對PA 和AA 的靈敏檢測方法是非常必要的。常用的分析方法主要有滴定法、分光光度法、化學發(fā)光法、液相色譜法、毛細管電泳法、電化學方法等,其中電化學方法具有操作簡單,成本低廉,檢測限低等優(yōu)點[2~3]。
PA 和AA 在常用電極表面的氧化反應較慢,其氧化峰相互重疊,難以同時測定。而碳納米管(CNT)具有優(yōu)良的電催化性能,能加快PA 和AA 的氧化反應。本文報道用混酸處理過的碳納米管修飾電極同時檢測PA 和AA,結果滿意。
儀器:CH660A 電化學工作站,DELTA 320PH酸度計,KQ2200 超聲波清洗器,電子分析天平,781型磁力加熱攪拌器。
試劑:多壁碳納米管(MWCNT,SWNT 經(jīng)化學氣相沉積法制備,外徑<2nm,純度>95%),使用前用混酸處理[4]。對乙酰氨基酚和抗壞血酸,用時現(xiàn)配制溶液。其它試劑均為分析純。各種pH 值的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)由0.05mol·L-1KH2PO4和0.05mol·L-1Na2HPO4配制而成。樣品為維生素C 片、復方氨酚烷胺片和維C 銀翹片,按《中華人民共和國藥典》(2010年版)方法配制溶液。
玻碳電極(GCE,φ=4mm)用6#砂紙細磨后,再用0.05μM 粒度的α-Al2O3懸濁液在人造毛上拋光,洗去表面的污物,并在水中超聲清洗3 次,每次2~3min,再用移液槍取5μL 的多壁碳納米管溶液均勻涂布在新處理的玻碳電極表面,空氣干燥約2~3h。制備好的修飾電極可以用SWCNT/GC 表示。
電化學測試為三電極系統(tǒng):GCE 或MWCNT/GCE 為工作電極,飽和甘汞電極為參比電極,鉑電極為輔助電極。取5mL pH=7.0 的PBS 緩沖溶液于電解池中,將處理好的電極放入,連接好各電極。在-0.2~0.7V 電位范圍內掃描,待循環(huán)伏安(CV)曲線穩(wěn)定,加入適量的抗壞血酸和對乙酰氨基酚,記錄循環(huán)伏安(CV)曲線,線性掃描伏安(LSV)曲線及電流-時間(I-t)曲線。
圖1 是0.1mol·L-1PBS 緩沖溶液(pH=7)為支持電解質,PA 和AA 混合溶液在GCE(a)和MWCNT/GCE(b)上的循環(huán)伏安圖,掃描速度為20mV·s-1。從圖中可以看出,PA 和AA 在GCE 上的氧化電位分別為EPA=0.415V 和EAA=0.121V。由于AA 和PA 在GCE 上的反應速度均較慢,所以兩者的氧化峰難以分開。而在MWCNT/GCE 上的氧化電位分別為EPA=0.303V 和EAA=-0.041V。由于MWCNT 的催化作用,AA 的氧化電位負移了0.126V,電流增大了4 倍。PA 的氧化電位負移了0.113V,電流增大了3 倍。PA與AA 氧化峰電位差為344mV,循環(huán)伏安圖顯示出2個明顯獨立的氧化峰。
圖1 PA 和AA 在GCE(a)和MWCNT/GCE(b)上的循環(huán)伏安圖
在掃描速度0.01~0.1V·s-1范圍內,PA 和AA的電流均與掃描速度的平方根呈線性關系,線性回歸方程分別為IPA/μA=-0.90+0.46υ1/2(R2=0.9929,n=10)和IAA/μA=3.17+0.40υ1/2(R2=0.9938,n=10),說明PA 和AA 的電化學反應受擴散控制。而在GCE 上,隨著電極掃描次數(shù)的增加,PA 和AA 的氧化峰電流會逐漸降低,說明PA 和AA 吸附在電極表面,從而阻礙PA 和AA 在電極表面的電化學反應。功能化后的MWCNT 表面有含氧基團,由于靜電作用,能有效地防止PA 和AA 吸附在電極表面。
PA 和AA 的氧化還原反應伴隨著質子轉移,因此溶液的pH 值會影響氧化峰電位與電流。在pH 3.0~9.0 范圍內,隨著溶液pH 的逐漸增大,電位發(fā)生負移,且與pH 的改變呈線性變化,回歸線性方程分別 為:EPA/V=0.77-0.056 pH(R2=0.9968,n=7) 和EAA/V=0.28-0.048 pH (R2=0.9937,n=7)。線性方程斜率的絕對值分別56mV/pH 和48mV/pH,表明參與該過程的質子轉移數(shù)與電子轉移數(shù)相等,這與文獻報道的電極反應機理相符[5]。
2.2.1 線性掃描伏安法同時測定PA 和AA
圖2 是在 pH=7.0 的磷酸鹽緩沖液中,PA和AA 在MWCNT/GCE 上的線性掃描的伏安圖。隨著PA 和AA 的濃度增加,電流線性增加。PA 濃 度 在2.48×10-5~1.31 ×10-4mol·L-1范圍內,氧化峰電流與濃度呈良好的線性關系,線性 回 歸 方 程 為:I/μA=1.53+0.51C (μmol·L-1),R2=0.9963,檢出限為1.01×10-6mol·L-1。AA 濃 度在8.48×10-4~6.45×10-3mol·L-1范圍內,氧化峰電流與濃度呈良好的線性關系,線性回歸方程為:I/μA=1.12+0.34 C (μmol·L-1),R2=0.9902,檢 出 限為2.46×10-5mol·L-1。
圖2 測定PA 和AA 的線性掃描伏安曲線
2.2.2 恒電位計時電流法(I-t 曲線)
線性掃描伏安法測定PA 和AA 時,電流受極限擴散的影響。采用恒電位計時電流法,在磁力攪拌作用下,溶液對流,可以降低檢測下限。圖3 是分別測定PA 和AA 時記錄的I-t 曲線。測定PA 時,電位控制在+0.35V,測定AA 時,電位為0V。隨著PA 和AA的逐漸增加,電流也均勻增加,并且呈階梯狀。PA 的氧化峰電流與其濃度在 4.35×10-7~2.12×10-6mol·L-1范圍內呈良好的線性關系,線性回歸方程為:Ipa/μA=-0.42 +2.16 C (μmol·L-1),R2=0.9994,檢 出 限為1.22×10-7mol·L-1。AA 的氧化峰電流與其濃度在2.53×10-6~1.37×10-5mol·L-1范 圍 內 呈 良 好 的線性關系,線性回歸方程為:Ipa/μA=1.01 +0.60C(μmol·L-1),R2=0.9966,檢出限為6.76×10-5mol·L-1。
圖3 測定PA 和AA 的I-t 曲線
按實驗步驟對樣品進行了5 次平行測定,并進行了加標回收率的測定,結果見表1。
表1 樣品測定及回收率結果
本文的研究結果表明,碳納米管修飾電極對PA和AA 具有較高的催化效率,PA 和AA 的氧化速度大幅度提高,氧化峰電位也負移達100mV 以上,PA和AA 氧化峰具有較大的電位差,能夠同時測定PA和AA。該電極具有較高的靈敏度和選擇性及較低的檢測限,應用于藥品的測定,結果滿意。
[1]Dalmasso P.R.,Pedano M.L.,Rivas G.A.Electrochemical determination of ascorbic acid and paracetamol in pharmaceutical formulations using a glassy carbon electrode modified with multi-wall carbon nanotubes dispersed in polyhistidine[J].Sensors and Actuators B,2012(173):732-736.
[2]Havensa N.,Trihna P.,Kimb D.et al.Redox polymer covalently modified multiwalled carbon nanotube based sensors for sensitive acetaminophen and ascorbic acid detection [J].Electrochim.Acta.,2010(55):2186-2190.
[3]Radovan C.,Cofan C.,Cinghita D.Simultaneous Determination of Acetaminophen and Ascorbic Acid at an Unmodified Boron-Doped Diamond Electrode by Differential Pulse Voltammetry in Buffered Media[J].Electroanalysis,2008(20):1346-1353.
[4]Yang D.,Liu H.Poly(brilliant cresyl blue)-carbonnanotube modified electrodes for determination of NADH and fabrication of ethanol dehydrogenase-based biosensor[J].Biosen.Bioelectron.,2009(25):733-738.
[5]Pournaghi-Azar M.H.,Kheradmandi S.,Saadatirad A.Simultaneous voltammetry of paracetamol,ascorbic acid,and codeine on a palladium-plated aluminum electrode:oxidation pathway and kinetics[J].J.Soli.State Electrochem,2010,(14):1689-1695.