謝 丹， 龍立平， 劉 蓉， 鐘桐生， 李 媛， 唐橋亭

(湖南城市學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院,湖南益陽 413000)

蘆丁(Rutin)是一種存在于多種植物的莖和根中的黃酮類化合物，在保持和恢復(fù)毛細(xì)血管正常性方面具有顯著功效，常用于防治腦血管出血、視網(wǎng)膜出血、輔助治療高血壓病[1]等。關(guān)于蘆丁的電化學(xué)行為及分析應(yīng)用方法較多，如反相高效液相色譜法[2]、薄層掃描法[3]、毛細(xì)管電泳法[4]、分光光度法[5]等。相比常用檢測方法，分子印跡聚合物因性質(zhì)穩(wěn)定、成本低、制備簡單和選擇性識別高等優(yōu)點(diǎn)展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。分子印跡傳感器[6 - 7]具有選擇性好、靈敏度高、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而備受青睞。Behzad等[8]用多壁碳納米管分子印跡膜修飾電極測定了蘆丁的含量。

石墨烯(GR)是單層原子厚度的石墨[9 - 10]，具有二維蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，常溫下其電子遷移率極高，導(dǎo)電性能極好，是很好的納米導(dǎo)電材料。GR修飾電極是電化學(xué)分析領(lǐng)域的一個重要研究方向，得到廣泛的關(guān)注。孫偉等[11]利用電化學(xué)方法依次將納米Au和GR電沉積在離子液體修飾碳糊電極(CILE)表面，制備了對蘆丁具有特異性識別功能的修飾電極(GR/Au/CILE)，電極表面納米Au和GR的存在極大提高了電極的電化學(xué)性能。

本文采用滴涂法將GR修飾在Au電極表面，利用循環(huán)伏安法(CV)和差分脈沖伏安法(DPV)對所修飾的Au電極進(jìn)行電化學(xué)表征。分析結(jié)果顯示GR修飾的Au電極與裸Au電極相比具有信號更靈敏等優(yōu)點(diǎn)，所以將其用于電化學(xué)傳感器的制備。通過多次實(shí)驗(yàn)，對模板分子洗脫、吸附時間進(jìn)行了優(yōu)化，并采用CV法和DPV法實(shí)現(xiàn)了對蘆丁的檢測。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

CHI660D電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司),三電極系統(tǒng):Au電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑電極為對電極；pHS-3E酸度計(jì)(上海日島科學(xué)儀器有限公司)；KQ-500DE數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超市儀器有限公司)；FA2004電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)。

GR(90%,南京納米材料科技有限公司)；蘆丁(98%,南京澤朗植提技術(shù)有限公司)；槲皮素(98%,南京澤朗植提技術(shù)有限公司)；N,N-二甲基甲酰(DMF，分析純)；HNO3、NaOH、H2SO4、K3[Fe(CN)6]、K4[Fe(CN)6]、KCl、鄰氨基酚和無水乙醇均為分析純且不再提純。實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

黑茶(800 g茯磚，湖南益陽茶廠有限公司)。

1.2 GR修飾Au電極的制備

將Au電極在麂皮上依次用1.0、0.3、0.05 μm 的Al2O4拋光，并依次于HNO3(1+1)、無水乙醇、二次蒸餾水中各浸泡5 min。 在0.5 mol/L H2SO4中于-0.2～+1.5 V 進(jìn)行CV處理，直至獲得穩(wěn)定的CV曲線。稱取5.0 mg GR分散于10 mL DMF中，超聲60 min 后形成0.5 mg/mL 均勻分散液，取上述分散液5 μL 滴涂于處理好的Au電極表面，在紅外燈下烘干得到GR/Au電極。再將電極浸入到分子印跡聚合物溶液中進(jìn)行CV掃描，掃描30圈后制得分子印跡膜(MIP)修飾電極MIP/GR/Au，在室溫下晾干，最后將修飾電極浸入乙醇溶液(1∶1，V/V)中洗脫7 min，去除模板分子后將電極洗凈晾干，得到蘆丁分子印跡傳感器。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

CV法電位范圍為-0.1～+0.5 V，掃速為0.05 V/s；DPV法電位范圍為-0.1～+0.5 V，電位增量0.004 V，振幅0.05 V，脈沖周期0.5 s，脈沖寬度0.2 s，采樣寬度0.0167 s，靜置時間2 s。本實(shí)驗(yàn)均以0.50 mol/L KCl為支持電解質(zhì)在5.00×10-3mol/L的[Fe(CN)6]3-/4-溶液中進(jìn)行電化學(xué)表征。

2 結(jié)果與討論

2.1 GR修飾Au電極的電化學(xué)表征

圖1為裸Au電極與GR/Au電極在[Fe(CN)6]3-/4-溶液中的CV圖。 由圖可知，裸Au電極(曲線a)與GR/Au電極(曲線b)在[Fe(CN)6]3-/4-溶液中，在-0.1～+0.5 V之間有一對明顯的氧化還原峰，GR/Au 電極(曲線b)的氧化峰電流Ip=-50.43 μA，較Au電極(曲線a)氧化峰電流Ip=-40.19 μA增加了大約10 μA ，這可能是因?yàn)镚R分子所具有幾何立體結(jié)構(gòu)和特定基團(tuán)為反應(yīng)提供了較多的空間位點(diǎn)，這樣有利于電極對[Fe(CN)6]3-/4-的富集吸附，并且加快了電子傳遞速率，使其表面導(dǎo)電性增強(qiáng)，峰電流明顯變大，從峰電流的增大可以看出GR修飾的Au電極具有很好的增敏效果。

2.2 GR修飾電極的電聚合分子印跡膜

GR修飾的Au電極晾干后在濃度比為12∶1的1.00×10-3mol/L鄰氨基酚和8.40×10-5mol/L蘆丁混合液中電聚合，pH值為5.5，在掃速為0.05 V/s下進(jìn)行CV掃描。如圖2所示，掃描30圈的過程中，隨著掃描圈數(shù)的增加電流逐漸下降，最后在電極表面形成了一層致密的分子印跡膜，阻止了電子的傳遞。

圖1 Au電極和GR/Au電極在5.00×10-3 mol/L[Fe(CN)6]3-/4- 溶液中的CV曲線Fig.1 CV curves of Au and GR/Au electrodes in 5.00×10-3 mol/L [Fe(CN)6]3-/4- solution supporting electrolyte:0.50 mol/L KCl;scan rate:0.05 V/s.a:Au electrode;b:GR/Au electrode

圖2 GR/Au電極在1.00×10-3 mol/L鄰氨基酚和8.40×10-5 mol/L蘆丁混合液中電聚合CV曲線Fig.2 CV curves of GR/Au electrode in mixed solution of 1.00×10-3 mol/L o -aminophenol and 8.40×10-5 mol/L rutin scan rate:0.05 V/s.

2.3 模板分子洗脫時間的選擇

Au電極鍍膜后以乙醇溶液(1∶1，V/V)洗脫模板分子蘆丁，再以5.00×10-3mol/L [Fe(CN)6]3-/4-溶液和0.50 mol/L KCl為電解質(zhì)的混合溶液中用DPV法測定峰電流大小。 如圖3所示：在0～7 min 范圍內(nèi)，模板分子被洗脫，聚合膜上的孔穴也隨之增多，峰電流逐漸增大，至7 min 處電流達(dá)到最大，隨后當(dāng)洗脫時間由7 min 延長至8 min 時，峰電流不再增加，并達(dá)到穩(wěn)定，故選擇7 min 為最佳洗脫時間。

2.4 模板分子印跡時間的選擇

在Au電極鍍膜后以乙醇溶液(1∶1，V/V)洗脫7 min。將洗脫后的分子印跡膜電極在pH約為5.5、濃度為1.00×10-4mol/L 的蘆丁溶液中印跡，在5.00×10-3mol/L [Fe(CN)6]3-/4-溶液和0.50 mol/L KCl為電解質(zhì)的混合溶液中用DPV法測定峰電流大小。如圖4所示：印跡時間0～12 min 范圍內(nèi)，隨著印跡時間的延長，分子印跡膜上印跡上的模板分子越來越多，孔穴越來越少，峰電流逐漸變小，至12 min 處峰電流達(dá)到最小，隨后當(dāng)印跡時間由12 min 延長至15 min 時，峰電流不再減小，達(dá)到并趨于穩(wěn)定。故選擇12 min 為最佳印跡時間。

圖3 洗脫不同時間后的MIP/GR/Au電極在5.00×10-3 mol/L [Fe(CN)6]3-/4-溶液中的DPV曲線Fig.3 DPV curves of MIP/GR/Au electrode in 5.0×10-3 mol/L [Fe(CN)6]3-/4- solution with different elution time supporting electrolyte:0.50 mol/L KCl;scan rate:0.05 V/s.a-i:0,1,2,3,4,5,6,7,8 min.

圖4 吸附不同時間后的MIP/GR/Au電極在5.00×10-3 mol/L [Fe(CN)6]3-/4-溶液中的DPV圖Fig.4 DPV curves of MIP/GR/Au electrode in 5.00×10-3 mol/L [Fe(CN)6]3-/4- solution with different adsorption time supporting electrolyte:0.50 mol/L KCl;scan rate:0.05 V/s.a-f:0,3,6,9,12,15 min.

2.5 分子印跡膜電化學(xué)響應(yīng)曲線

圖5 印跡不同濃度蘆丁的MIP/GR/Au電極的差分脈沖伏安曲線；插圖為校準(zhǔn)曲線Fig.5 DPV curves of MIP/GR/Au electrode rebinding with rutin of different concentration;Insert is the calibration curves of peak current vs rutin concentration a-i:4.4,8.8,18,26,35,70,140,210,280 μmol/L.

在最優(yōu)條件下，對不同濃度的蘆丁進(jìn)行測定。結(jié)果表明[Fe(CN)6]3-/4-的峰電流值與蘆丁濃度在4.40×10-6～2.80×10-4mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，峰電流隨其濃度的增加而減小。如圖5所示，其線性方程為:I(μA)= 7.115lgc(mol/L)+5.051，線性相關(guān)系數(shù)R為0.9955，檢測限為1.46×10-6mol/L。

2.6 干擾實(shí)驗(yàn)

在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，選取與蘆丁結(jié)構(gòu)相似的槲皮素和桑色素作為干擾物質(zhì)，考察蘆丁分子印跡傳感器對蘆丁分子的選擇性。在濃度為1.00×10-5mol/L的蘆丁溶液中將具有印跡孔穴的分子印跡傳感器浸泡其中，實(shí)驗(yàn)表明15 min 后峰電流明顯減小，這說明蘆丁能夠被印跡膜的分子空穴識別，同樣將此傳感器先后放入1.00×10-5mol/L溶度的桑色素和槲皮素溶液中，兩者的峰電流基本不發(fā)生變化，根據(jù)允許干擾量為引起峰電流改變量 ±10.0%進(jìn)行計(jì)算，10倍槲皮素和15倍桑色素不干擾蘆丁含量的測定。表明此傳感器對蘆丁具有較好的選擇性。

2.7 樣品的測定

稱取5.00 g 黑茶3份，分別放入250 mL 的圓底燒瓶中，加95%乙醇100 mL回流60 min，過濾后離心，調(diào)節(jié)其pH值為5.5，按上述條件測定，得到峰電流值，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算出蘆丁的含量并進(jìn)行加標(biāo)回收率測定，其結(jié)果如表1所示。該分子印跡傳感器的回收率為96.8%～104.0%，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)小于2.5%。

表1 樣品測定結(jié)果和回收率(n=5)Table 1 Determination results of samples and recoveries(n=5)

3 結(jié)論

采用滴涂法將GR修飾在Au電極表面，用CV法和DPV法對修飾的Au電極進(jìn)行電化學(xué)表征，研究結(jié)果表明GR修飾的Au電極性能穩(wěn)定，信號更靈敏，可將其用于傳感器的制備。進(jìn)一步在GR修飾的Au電極表面電聚合制備具有特異性識別孔穴的蘆丁分子印跡敏感膜，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)現(xiàn)了該傳感器對蘆丁的檢測，檢測限為1.46×10-6mol/L。