羅世忠， 趙金龍， 陳懷銀， 楊 濤*

(青島科技大學化學與分子工程學院，山東青島 266042)

氯霉素(Chloramphenicol,CAP)是一種人工合成的具有較強殺菌能力的廣譜抗生素[1]，曾廣泛用于各種敏感菌感染的治療，但CAP會對人體的造血系統(tǒng)產生嚴重的危害，引起不良反應，甚至可引起不可逆的再生障礙性貧血，對人體的消化系統(tǒng)和神經系統(tǒng)有較強的毒副作用[2，3]。由于抗生素的濫用和制藥企業(yè)的隨意排放，水體中常檢測到CAP。目前檢測CAP的分析技術主要有表面等離子體共振[4]、高效液相色譜法[5]、光致化學發(fā)光法[6]、微生物法[7]、氣相色譜法[8]、電化學方法[9,10]等。相對于其它檢測方法，電化學法因具有檢測快速、操作簡單、成本低、靈敏度高等優(yōu)點而備受研究者的關注。Kor等人[11]用多壁碳納米管-十六烷基三甲基溴化銨-聚二苯胺修飾的玻碳電極(GCE)實現了對CAP的高靈敏檢測，檢測限達到2.0×10-9mol/L。此外，我們課題組制備了自摻雜聚苯胺(SPAN)-MoS2納米復合材料，該復合材料在CAP的電化學檢測中表現出了協同效應[12]。近年來，石墨烯納米材料由于其具有較大的比表面積、較高的電化學催化活性和良好的穩(wěn)定性而作為載體材料被廣泛應用于構建生物傳感器[13]。尤其是基底上具有由堆疊的站立石墨烯片組成的碳納米墻結構吸引了極大的關注[14]。

本文利用液相剝離法制備了氧化石墨烯(GNO)-SPAN復合納米材料，這種方法借助交聯的磺酸化聚苯胺納米纖維(一種苯胺和間-氨基苯磺酸的共聚物[15])，在超聲的過程中同步嵌插，實現了GNO的分離和分散。超聲過程促進了GNO團聚體的分離，并且使SPAN擴散進入到堆疊的GNO中，此過程中SPAN充當了層間距的增大劑。最終，得到了具有大面積、波紋狀的獨特的三維交聯的納米墻結構。由于SPAN和GNO之間強烈的π-π*堆積作用和靜電排斥作用，這種三維結構具有較高的穩(wěn)定性，并且極大地提高了該復合材料的導電性和活性表面積。此外，該復合材料可以借助共軛作用很容易地吸附大量的CAP。這使得該GNO -SPAN納米復合材料在CAP的電化學分析檢測中獲得協同效應，表現出較高的靈敏度、低的檢測限和良好的選擇性。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CHI 660C電化學分析儀(上海辰華儀器公司)，采用三電極系統(tǒng)：GCE及其修飾電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為對電極；JSM-6700F型掃描電子顯微鏡(SEM)(日本,JEOL)；KQ-50E型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；艾科浦超純水系統(tǒng)(重慶頤洋企業(yè)發(fā)展有限公司)；pHS-25型pH計(上海雷磁儀器廠)。

石墨粉(國藥集團化學試劑有限公司)；苯胺(天津市大茂化學試劑廠)；氨基苯磺酸(純度>98.0%，Fluka)；十六烷基三甲基溴化銨(天津市博迪化工有限公司)；CAP(純度>98.0%，生工生物工程有限公司)；滅菌袋裝鮮牛奶(青島某超市)。pH=7.0的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)：分別準確稱取2.1250 g NaCl，1.3858 g Na2HPO4，0.1295 g NaH2PO4,用去離子水定容至250 mL。其它試劑均為分析純，實驗用水為超純水。

1.2 實驗方法

1.2.1復合材料的制備氧化石墨(GO)采用改進的Hummers方法合成[16]。單純的GNO是通過在水相中剝離制得的，在超聲作用下，GO片層的間距逐漸加大，最后從GO本體上剝離下來形成層狀的GNO。SPAN參考文獻方法[17]制得。準確稱取一定量的GO和SPAN，定容到100 mL容量瓶中，超聲一段時間，得到0.1 g/L的GNO -SPAN溶液。

1.2.2修飾電極的制備GCE打磨如文獻方法[18]。將上述配制好的GNO -SPAN懸濁液，超聲一定時間。取20 μL 0.1 moL/L GNO -SPAN懸浮液均勻涂布在上述處理過的GCE電極表面，在空氣中自然晾干后得到GNO -SPAN/GCE。為了方便對比，以類似的方法制備了GNO/GCE和SPAN/GCE。

1.2.3電化學檢測將不同材料的修飾電極在CAP溶液中進行差分脈沖伏安(DPV)掃描，實驗參數如下：電壓范圍：-0.4～-1.0 V，振幅：0.05 V，脈沖寬度：0.05 s，采樣周期：0.0167 s。

2 結果與討論

2.1 復合材料表征

圖1為GNO、SPAN和GNO -SPAN的掃描電鏡(SEM)圖像。由圖1A可以看出GNO表面比較光滑并且有少許的褶皺。而SPAN為均勻的納米纖維狀網絡結構(圖1B)。在超聲作用下，當SPAN扦插到GNO納米片層中時，該GNO -SPAN復合材料(圖1C)不僅呈現出SPAN的納米纖維形貌，還存在直立的GNO納米墻結構，并呈現出均一的、大面積的、波紋狀的形貌。該GNO -SPAN納米復合材料獨特的結構使其擁有更大的比表面積、更高的導電性能和電催化活性。

圖1 GNO(A)、SPAN(B)、GNO -SPAN(C)的掃描電鏡(SEM)圖像Fig.1 SEM images of GNO (A),SPAN (B) and GNO -SPAN (C)

圖2 不同修飾電極在1.0×10-4 mol/L CAP溶液中的DPV圖Fig.2 DPVs of 1.0×10-4 mol/L CAP at GNO -SPAN/GCE (a),GNO/GCE (b),SPAN/GCE (c) and bare GCE (d)

2.2 修飾電極的電化學表征

實驗用1.0×10-4mol/L CAP作為檢測目標溶液，采用差分脈沖伏安法(DPV)，考察了不同修飾電極催化CAP的電化學行為。不同修飾電極在1.0×10-4mol/L CAP溶液中掃描的DPV圖見圖2。相較于GNO/GCE(曲線b)、SPAN/GCE(曲線c)以及裸GCE(曲線d)，GNO -SPAN/GCE電極(曲線a)顯示出最強的還原信號。這說明GNO -SPAN材料可以促進電極表面和CAP之間的電子傳遞，主要歸因于GNO -SPAN所擁有的特殊的芳環(huán)結構和負電荷性，可以吸附有共軛結構的、帶正電荷的CAP。同時，這也體現了在CAP的電化學檢測中SPAN和GNO之間具有極好的協同作用。

2.3 實驗條件的優(yōu)化

GNO -SPAN納米復合材料由一定比例的GO和SPAN混合并同步超聲所得。因此該復合材料的導電性能和電催化能力主要由GNO/SPAN的比例和超聲時間所決定。分別對比了不同GO-SPAN比例和不同超聲時間的GNO -SPAN對CAP的電化學行為。實驗結果表明：當GO-SPAN比例為1∶2時，GNO -SPAN/GCE對CAP的電化學信號最大，這主要是由于SPAN和GNO在超聲過程中嵌插得比較均勻，形成了大面積的波紋狀GNO -SPAN納米復合材料。分別選擇超聲時間為10、20、30、40、50 min試驗，隨著超聲時間的增加，CAP的還原峰電流也相應增大，當超聲時間為30 min時，CAP的電化學信號最強。這主要是由于隨著超聲過程的進行，SPAN逐漸嵌插在GNO片層中，在超聲30 min時，形成的GNO -SPAN納米復合材料具有最大的表面積。因此最佳的超聲時間為30 min，GO-SPAN比例為1∶2，此時該復合材料對CAP的檢測最為靈敏，溶出峰電流最大。

圖3 PBS溶液pH值與CAP還原峰電流曲線關系圖Fig.3 Plots of the peak current of 1.0×10-4 mol/L CAP versus different pH values of PBS

圖4 不同濃度CAP溶液的DPV圖Fig.4 (A) DPVs for the determination of different CAP concentrations;(B) Calibration plots of the reduced peak current versus different concentrations of CAP.Error bars are the standard deviation of three replicates.c(from a to g):100,50,10,5,1,0.5,0.1 μmol/L.

選擇pH值的變化范圍為5.0到9.0進行試驗。從圖3可以看出，當pH值從5.0變化到7.0時，CAP的還原峰電流不斷增加。在pH達到7.0時，峰電流達到最大值。隨著pH值的進一步增加，峰電流反而減小。這可能是因為，堿性環(huán)境不利于還原過程中的電子傳遞。因此，pH值7.0為最佳值。

2.4 不同濃度CAP的檢測

在最優(yōu)實驗條件下，對一系列不同濃度的CAP進行DPV法測定。從圖4可以看出隨著CAP的濃度的增加，其還原峰電流強度也會隨之增大。圖4內插圖為CAP濃度與其電流強度的曲線圖，從中可以得出：在1.0×10-7～1.0×10-4mol/L濃度范圍內，呈現良好的線性關系，其線性方程為:ip= 0.0635c+1.3412(R2=0.9958)，檢測限為9.4×10-8mol/L。

2.5 選擇性實驗

考察了共存物對CAP檢測的干擾[19]。結果顯示，在相對誤差不超過±5%的情況下，500倍的尿酸、頭孢氨芐、環(huán)丙沙星、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Ni2+、Co2+，100倍的金霉素、阿莫西林、葡萄糖、抗壞血酸、Fe3+、Ba2+、Cu2+、Cd2+，50倍的對氯苯酚、2,4-二硝基苯酚、2,6-二甲基對硝基苯酚對1.0×10-6mol/L CAP的檢測不產生干擾。

2.6 牛奶中CAP的檢測

我們采用標準加入法對牛奶樣品中的CAP含量進行了測定[11]，結果如表1所示。從表中可以看出，該方法在實際樣品的檢測中具有較好的準確性。

表1 牛奶樣品中檢測CAP的結果

3 結論

制備了新的GNO -SPAN納米復合材料，并用于CAP的電化學分析檢測。由于GNO片層與交聯的SPAN之間強烈的π-π*堆積作用和靜電排斥作用，GNO -SPAN納米復合材料具有較高的導電性、穩(wěn)定性和電化學催化活性。借助于復合材料的協同作用以及對CAP良好的吸附作用，實現了CAP的高靈敏檢測。該方法具有優(yōu)異的選擇性和良好的回收率，可以用于實際樣品中CAP的檢測。