匡云飛 ，鄒建陵，李 薇，楊穎群，許金生，馮泳蘭，李玉明

(衡陽師范學院 化學與材料科學學院，湖南 衡陽 421008)

蘆丁在Nafion/納米金@石墨烯修飾碳糊電極上的電化學行為及測定

匡云飛 ，鄒建陵，李 薇，楊穎群，許金生，馮泳蘭，李玉明

(衡陽師范學院 化學與材料科學學院，湖南 衡陽 421008)

用滴涂法制備了Nafion/納米金@石墨烯修飾碳糊電極(Nafion/ AuNPs@GS/CPE)，研究了蘆丁在該修飾電極上的電化學行為，探討了微分脈沖溶出伏安法(DPSV)測定蘆丁的最佳實驗條件。結果表明，在含一定量的蘆丁的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液(pH 3.4)中，發(fā)現(xiàn)在約0.3 V左右處蘆丁產生一靈敏的氧化峰，其氧化峰電流Ipa與其濃度c在0.5～10 μmol/L 和10～200 μmol/L范圍內呈良好的線性關系(R分別為0.995 6和0.996 0)，檢出限(S/N=3)為0.3 μmol/L。該修飾電極具有良好的選擇性、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，將其用于實際樣品中蘆丁含量的檢測，結果滿意。

蘆??；微分脈沖溶出伏安法；納米金；石墨烯；修飾碳糊電極

蘆丁(Rutin，RT)，也叫蕓香苷、維生素P，是一種來源于植物的天然黃酮類化合物，屬維生素藥類。它不僅可以作為治療藥物，還可以作為保健品。研究發(fā)現(xiàn)，蘆丁有許多藥理作用[1～5]，如抗自由基活性、體外抗菌、抗脂質過氧化、降低血糖、血管舒張、抑制血小板活化因子、抗急性胰腺炎等。因此，探求新的檢測植物和藥物中蘆丁的含量具有十分重要的社會意義和應用價值。

目前對蘆丁的檢測研究常用方法有高效液相色譜法[6]、化學發(fā)光法[7]、毛細管電泳法[8]、紫外分光光度法[9]、流動注射法[10]等，但是這些方法成本較高、操作過程復雜、檢測時間長，而電化學檢測方法[11～15]能快速檢測，且成本較低、易于操作，因此電化學檢測方法得到了廣泛的應用。

本文以石墨烯[16]和納米金[17](均為自制)、Nafion為修飾劑，組裝了一種新型的、高靈敏的檢測實際樣品中蘆丁含量的電化學傳感器——Nafion/納米金@石墨烯修飾碳糊電極(Nafion/AuNPs@GS/CPE)，可用于實際樣品中蘆丁檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

EC550電化學工作站(武漢高仕睿聯(lián)科技有限公司)，PL203電子分析天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)，SB-3200DTN超聲波清洗機(寧波新芝生物科技股份有限公司)，DHG-9036A恒溫鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司)等。

蘆丁(BR)、氯金酸(AR)、石墨粉(CP)購于國藥集團化學試劑有限公司，鐵氰化鉀(AR)、N,N-二甲基甲酰胺(AR)購于天津市大茂化學試劑廠，其它試劑均為AR，試驗用水為高純去離子水。

1.2 修飾電極的制備

以1∶3質量比稱取一定量的液體石蠟和石墨粉于研缽中混合均勻至糊狀，再填入到聚四氟乙烯碳糊電極空腔中并壓實，在光滑稱量紙上磨光，即為裸碳糊電極(CPE)。再將其置于0.5 mol/L H2SO4中，在-0.1V～0.7V電位范圍內以100 mV/s循環(huán)伏安掃描至曲線趨于穩(wěn)定，取出，水洗，晾干，備用。

按2：1：1(體積比)取已超聲分散好的石墨烯(GS，1 mg/mL)、納米金(AuNPs，1 mg/mL)溶膠和Nafion溶液(w = 0.1 %)混合，再超聲得到Nafion/AuNPs@GS均勻的修飾液。用微量移液器移取適量修飾液滴涂在CPE的表面，用紅外燈烘干成膜，即得到Nafion/AuNPs@GS/CPE。為了對比，將石墨烯溶膠(1 mg/mL)和Nafion溶液(w=0.1 %)按2：1的體積比，納米金(1 mg/mL)溶液和Nafion溶液(0.1 %)按1：1的體積比分別混合超聲，采用上述方法分別得到Nafion/GS/CPE和Nafion/AuNPs/CPE。

1.3 實驗方法

在含一定量蘆丁的pH 3.4的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液中，以Nafion/AuNPs@GS/CPE電極為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑電極為輔助電極，在-0.2 V處攪拌富集150 s，平衡15 s，在脈沖高度PH 0.04 V，階梯高度SH 0.004 V，脈沖寬度PW 0.05 s，階梯時間ST 0.2 s的脈沖條件下，靜止5 s，在0.1 V～0.9 V范圍內采用微分脈沖溶出伏安法(DPSV)掃描，并記錄0.32 V左右處氧化峰電流，以峰電流為橫坐標，蘆丁濃度為縱坐標，繪制工作曲線，同時采用標準加入法測量樣品中蘆丁的含量。

2 結果與討論

2.1 以鐵氰化鉀為探針表征修飾電極

在5×10-3mol/L K3Fe(CN)6和1 mol/L KNO3溶液中，分別以CPE(a)、Nafion/AuNPs/CPE(b)、Nafion/GS/CPE(c)和Nafion/AuNPs@GS/CPE (d)為工作電極，-0.1～0.7 V范圍內以50 mV/s掃速進行循環(huán)伏安掃描(如圖1)。

圖1 5×10-3 mol/L鐵氰化鉀和1 mol/L KNO3溶液的CV圖a：CPE，b：Nafion/AuNs/CPE ，c：Nafion/GS/CPE，d：Nafion/GS@AuNs/CPE

實驗表明，F(xiàn)e(CN)63-/4-在CPE上的氧化峰電位(Epa)為0.330 V，還原峰電位(Epc)為0.241 V，峰電位差(ΔEp)為0.089 V，Ipa/Ipc約為2.4；在Nafion/AuNPs/CPE上Epa為0.325 V，Epc為0.237 V，ΔEp為0.088 V，Ipa/Ipc約為2.2；在Nafion/GS/CPE上的Epa為0.319 V，Epc為0.237 V，ΔEp為0.082 V，Ipa/Ipc約為1.5；而在Nafion/ AuNPs @ GS/CPE上的Epa為0.314 V，Epc為0.233 V，ΔEp為0.081 V，Ipa/Ipc約為1.1。經過比較，探針Fe(CN)63-/4-在Nafion/ AuNPs @ GS/CPE上產生的電流最大，且ΔEp最小，表明由于GS和AuNPs具有優(yōu)良的導電性、大的比表面積及強吸附等特性，利用兩種納米材料的協(xié)同作用，使Nafion/AuNPs@GS膜能有效地提高電極的導電效率和電極反應的可逆性，加快了電極表面的電子傳遞。

2.2 蘆丁在Nafion/AuNPs@GS/CPE上的電化學行為

2.2.1 循環(huán)伏安行為

于-0.2～0.6 V電位范圍內，以0.1 V/s的掃描速度，研究了蘆丁在修飾電極上的循環(huán)伏安行為(如圖2)。實驗發(fā)現(xiàn)：在含1.00×10-4mol/L蘆丁的pH=3.4的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液中，蘆丁在CPE上的Epa為0.316 V，Epc為0.234 V，ΔEp為0.082 V。在Nafion/AuNPs/CPE上，Epa為0.313 V，Epc為0.233 V，ΔEp為0.080 V。在Nafion/GS/CPE上，Epa為0.309 V，Epc為0.232 V，ΔEp0.077 V。在Nafion/AuNPs@GS/CPE上，Epa為0.304 V，Epc為0.230 V，ΔEp0.074 V。同時還比較了蘆丁在不同電極上的峰電流大小， 復合修飾電極上的Ipa和Ipc最大，ΔEp最小。由此說明，因GS和AuNPs的引入，使電極的有效表面積增大，亦即使其與蘆丁結合的反應位點增多；同時電極的導電性增強，加快了蘆丁與電極之間的電子傳遞，提高了修飾電極對蘆丁的電催化活性，增強了電極反應的可逆性，提高了測定方法的靈敏度。

圖2 1.00×10-4 mol/L蘆丁在各電極上的CV圖a：CPE，b：Nafion/AuNs/CPE ，c：Nafion/GS/CPE，d：Nafion/GS@AuNs/CPE

2.2.2 微分脈沖溶出伏安行為

在-0.2～0.6 V電位范圍內，以pH=3.4的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液為底液，分別以CPE，Nafion/AuNPsCPE，Nafion/GS/CPE，Nafion/AuNPs@GS/CPE為工作電極對1.00×10-4mol/L蘆丁的進行DPSV掃描(如圖3)。

圖3 1.00×10-4 mol/L蘆丁的DPSV圖a：CPE，b：Nafion/AuNs/CPE ，c：Nafion/GS/CPE，d：Nafion/GS@AuNs/CPE

實驗發(fā)現(xiàn)，從a到d氧化峰電流逐漸增加，氧化峰電位逐漸負移。與CPE電極相比，蘆丁在Nafion/AuNPs/CPE，Nafion/GS/CPE，Nafion/AuNPs@GS/CPE上的Ipa分別約為CPE電極的1.821，2.936，4.735倍。氧化峰電位分別負移了0.004，0.008，0.012 V。進一步說明復合修飾電極充分發(fā)揮了GS和AuNPs的協(xié)同效應，使得復合修飾電極具有更高的靈敏度和選擇性。

2.3 制備電極條件的優(yōu)化

采用DPSV，在-0.2～0.6 V內，以pH=3.4的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液為底液，分別以GS和AuNPs分散液(濃度均為1 mg/mL)、Nafion(w=0.1 %)按不同體積比超聲混合后制備修飾電極，然后以其為工作電極對1.00×10-4mol/L蘆丁的進行DPSV掃描。實驗發(fā)現(xiàn)，當體積比為2∶1∶1時制備的修飾電極，其氧化峰電流最大，因此， GS分散液、AuNPs分散液、Nafion三者的最佳配比為2∶1∶1。

同時考察了修飾劑用量的影響，當修飾劑用量在2 μL～12 μL范圍內時，實驗發(fā)現(xiàn)，隨著修飾液量的增加，蘆丁的Ipa也逐漸增加；修飾液量為8 μL時，Ipa達到最大值，隨后緩慢下降。這是因為隨著修飾量的增加，電極的表觀表面積增加，蘆丁在電極上的吸附量也隨之增多，電化學響應增強，當修飾液達到8 μL后繼續(xù)增加修飾液量時，由于電極表面修飾材料過厚，導致其導電能力下降，使得Ipa也下降。因此本實驗選用8 μL為最佳修飾液用量。

2.4 底液種類和溶液pH的選擇

采用DPSV，在0.1～0.9 V范圍內分別考察了1.00×10-4mol/L蘆丁在KCl-HCl(pH1.7)、KHC8H4O4-HCl(pH 3.6) 、CHCOOH-CH3COONa(pH 3.8)、KHC8H4O4-NaOH (pH 4.8)、Na2HPO4-檸檬酸(pH 5.2)、檸檬酸-檸檬酸鈉(pH 6.4)、Na2HPO4-NaH2PO4(pH 7.0)、NH4Cl-NH3(pH 9.1)、H3BO3-KCl-NaOH(pH 10.0)、Na2CO3-NaHCO3(pH 10.1)、Na2HPO4-NaOH (pH 12.0)、KCl-NaOH(pH 13.0)等緩沖溶液中的響應情況，結果表明，蘆丁在檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液中Ipa最大，峰形窄而尖銳且對稱。故本實驗選取檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液作為最佳底液。

同時考察了蘆丁在不同pH(3.0～6.6)緩沖液中的響應。結果顯示，當緩沖液的pH為3.4時，Ipa達到最大值，故本實驗選取pH為3.4的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液為最佳實驗條件。且蘆丁的Epa隨pH的增大而逐漸負移，線性關系為：Epa(V)=0.719 0-0.057 9pH (R=0.995 1)，斜率為-0.057 9，與電化學反應理論值-0.059 2非常接近，證明蘆丁在Nafion/AuNPs@GS /CPE電極上發(fā)生的氧化還原反應為等質子等電子過程。

2.5 掃描速度的影響

采用CV在25～500 mV/s范圍內對含1.00×10-4mol/L蘆丁以不同掃描速度進行掃描(圖4)。

圖4 掃描速度影響圖(b)Ip與v的關系圖；(c)Ep與lnv的關系圖

實驗表明，氧化還原峰電流均隨掃速的增大而增加，Ipa和Ipc與掃速v均呈良好的線性關系(圖4(b))，即：Ipa(μA) = 3.02+ 143.49v(V/s) (R=0.990 1)和Ipc(μA) = -6.78 -157.93v(V/s) (R=0.993 3)。這說明蘆丁在Nafion/AuNPs@GS/CPE上的氧化還原過程受吸附控制。同時還發(fā)現(xiàn)，Epa和Epc與lnv亦呈良好的線性關系(圖4(c))，即：Epa(V) = 0.349 5+0.028 6lnv(R=0.9910)和Epc(V) = -0.027 9-0.027 9lnv(R=0.995 3)。這說明隨著掃速的增加，氧化還原峰電位之差也逐漸增大，可逆性逐漸變小。

2.6 DPSV測定最佳實驗條件的優(yōu)化

采用DPSV法，以Nafion/AuNPs@GS /CPE為工作電極，以pH為3.4檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液為底液，測定1.00×10-4mol/L的蘆丁。經過反復試驗，最后得出的最佳實驗富集電位、富集時間、平衡時間、靜置時間分別為：-0.2 V、150 s、15 s、5 s。

2.7 線性范圍和檢出限

在最佳實驗條件下，采用DPSV測定了不同濃度的蘆丁溶液(見圖5)。實驗發(fā)現(xiàn)，在0.5～10 μmol/L及10～200 μmol/L濃度范圍內，蘆丁濃度與氧化峰電流成良好的線性關系，線性回歸方程分別為：Ipa(μA)=2.432c(μmol/L)+ 4.673 (R=0.995 6)和Ipa(μA)=0.1922c (μmol/L) + 23.85 (R=0.996 0)，檢出限(S/N=3)為0.3 μmol/L。

2.8 選擇性試驗

在最佳實驗條件下，采用DPSV測定了幾種常見物質對1.00×10-4mol/L蘆丁測定的影響，實驗表明，100倍的Zn2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、淀粉、葡萄糖；200倍的谷氨酸、抗壞血酸對蘆丁的測定沒有影響。這說明Nafion/AuNPs@GS/CPE對蘆丁具有較好的選擇性。

2.9 電極的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性

在最佳實驗條件下，采用DPSV在用同一支電極對1.00×10-4mol/L蘆丁溶液連續(xù)測定11次，所得Ipa的RSD為2.0 %。按修飾電極的制備方法制備同一批次5根修飾電極，采用相同的方法對1.00×10-4mol/L蘆丁溶液中測定，其Ipa的RSD為4.9 %。同時采用相同的方法，對同一電極在不同時間進行測定，發(fā)現(xiàn)該修飾電極在放置15天后其氧化峰電流降低了9.4 %。實驗結果說明了該Nafion/AuNPs@GS/CPE具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。

2.10 樣品分析

在最佳實驗條件下，采用DPSV用Nafion/AuNPs@GS/CPE對蘆丁樣品進行測定。樣品蘆丁片是由山西云鵬制藥有限公司生產，產品批號為A121201，每片蘆丁片含量為20 mg。將5片蘆丁片放在研缽中磨碎，用無水乙醇定容至100 mL，作為樣品溶液，取5份1 mL該樣品溶液分別于編號為1、2、3、4、5的10 mL比色管中，然后從2號開始依次加入蘆丁1.00×10-3mmol/L標準液1 mL、2 mL、3 mL、4 mL，再用pH=3.4檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液定容至刻度，轉移到小電解杯中進行DPSV測定，重復測定5次，由標準加入法求出蘆丁的濃度(5次)分別為159.4，159.1，158.7，159.8，159.5 μmol/L，平均值為159.3 μmol/L，RSD為4.2 %。

圖5 線性范圍和工作曲線(a)(b)0.5～10 μmol/L；(c)(d)10～200 μmol/L

采用標準加入法測定樣品的回收率，結果見表2，回收率在97.0 %～101.5 %，結果比較滿意。

表1 蘆丁樣品回收率測定

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(編校 陳志敏)

Electrochemical Behavior and Determination of Rutin in the Nafion/Gold Nanoparticles @ Graphene Film Modified Carbon Paste Electrode

KUANGYun-fei*，ZOUJian-ling，LIWei，YANGYing-qun，XUJin-sheng，F(xiàn)ENGYong-lan,LiYu-ming

(College of Chemistry and Materials Science,Hengyang Normal University,Hengyong Hunan 421008,China)

In this paper,the Nafion/gold nanoparticles@graphene film modified carbon paste electrode(Nafion/AuNs@GS/CPE)was prepared by drop coating method,and the electrochemical behavior of Rutin was studied.The optimal experimental conditions for the determination of Rutin by differential pulse stripping voltammetry were investigated.The results show that in the Citric acid sodium citrate buffer solution (pH 3.4) buffer solution,It is found that 0.3 V produces a sensitive oxidation peak at about RT.The oxidation peak current of Ipahas good linear relationship with the concentration of C in the range of 0.5～10 μmol/L and 10～200 μmol/L (R is 0.995 6 and 0.996 0 respectively).The detection limit (S/N = 3) is 0.3 μmol/L.The modified electrode has good selectivity,stability and reproducibility,for the detection of Rutin in real samples with satisfactory results.

Rutin; differential pulse voltammetry; gold nanoparticles; graphene; modified carbon paste electrode

2016-08-16

湖南省科技計劃重點項目( 2012FJ2002)

匡云飛(1963-)：男，漢族，湖南祁東人，教授，主要從事電化學分析和配合物合成的研究。

O623.42

A

1673-0313(2016)06-0054-06