多壁碳纳米管修饰玻碳电极测定药物野黄芩苷

2012-04-01彭玉娥甘静妮

化工技术与开发 2012年11期

莫冰，彭玉娥，甘静妮，蔡卓

（1.广西产品质量监督检验研究院，广西南宁 530007；2.广西大学化学化工学院，广西南宁 530004）

野黄芩苷（Breviscapine）是从灯盏花中提取的主要成分，灯盏花属于菊科飞蓬属植物，主要分布于云南、广西等西南地区。野黄芩苷可以扩张微血管，改善微循环，提高心肌功能和心脑供血，也具有降低血粘度，抗血小板聚集，防栓及溶栓，降血糖及降低血脂等功效；可治疗和预防脑血管意外及其后遗症、记忆力减退、冠心病、心绞痛、心肌梗塞及高粘滞血症、脉管炎，以及一些缺血及伴有微循环障碍的病症。对颈周综合症、颈椎病、椎基底动脉供血不足、各种眩晕症，以及肺感染等也有一定疗效。文献报道的野黄芩苷测定方法有薄层色谱法[1]、高效液相色谱法[2~4]和毛细管电泳法[5]。这些方法的主要缺点是样品需要衍生化，处理过程繁琐。由于野黄芩苷分子结构上有酚羟基（图1），使其具有一定的电化学活性，也使得采用电化学方法进行测定成为可能。

碳纳米管（carbon nanotube,CNT）自1991年发明以来，由于其独有的特殊结构，稳定的化学性质，良好的电子特性和较高的机械性能，一直是材料、化学、物理、生物等多种学科领域的研究热点。研究表明，将碳纳米管用作修饰电极的材料，可以增大电极的表面积，增强电子转移能力，提高电极导电性能，降低反应过电势，增加峰电流，从而使修饰电极具有良好的电催化性和稳定性。

本文采用超声波处理多壁碳纳米管，然后将其修饰在玻碳电极的表面，制成多壁碳纳米管修饰玻碳电极,研究野黄芩苷在多壁碳纳米管修饰玻碳电极上的电化学行为,并建立电化学测定药品中野黄芩苷的新方法。

图1 野黄芩苷结构

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：CHI600C电化学工作站；三电极系统，以玻碳电极（GCE）或修饰了多壁碳纳米管的玻碳电极（MWNTs/GCE）为工作电极，饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂丝电极为对电极。电子分析天平，KQ2200E型超声波清洗器。

试剂：野黄芩苷标准品，硝酸，无水乙醇，α- 氧化铝，磷酸氢二钠，磷酸二氢钠，N,N- 二甲基甲酰胺，灯盏花素注射液，灯盏花素片剂。

磷酸氢二钠溶液（0.2mol·L-1）：称取15.601g的磷酸氢二钠，放入小烧杯中，加50mL水，超声振荡溶解，转移到500mL容量瓶，定容。

磷酸二氢钠溶液（0.2mol·L-1）：称取35.814g的磷酸二氢钠，放入小烧杯中，加50mL水，超声振荡溶解，转移到500mL的容量瓶，定容。所有用水都为去离子水。

1.2 多壁碳纳米管的纯化及电极的制备

称取 1.0g MWCNTs分散于 100mL 6mol·L-1HCl中，超声处理4h后，用去离子水洗至中性。用100mL 浓 HNO3+ 浓 H2SO4(1∶3，V/V)超声处理 6h，用去离子水洗至中性，用烘箱在100℃烘干12h。将GCE 用湿润的氧化铝在抛光布上抛光，用去离子水冲洗后，分别在1∶1（V∶V）硝酸、乙醇和去离子水中超声清洗5min，然后在空气中干燥。将10.0mg的预处理MWCNTs分散到10mL的N，N- 二甲基甲酰胺（DMF）中，通过超声波处理30min。滴加12 μL MWCNTs分散液到处理过的GCE表面上，于红外灯下干燥，即制得修饰电极。

1.3 电化学测量

实验在CHI600C型电化学工作站上进行，三电极系统。取适量野黄芩苷样品溶液，加入0.20 mol·L-1Na2HPO4-NaH2PO4(pH=7.4)底液，转移至电解池中，在-0.2~+1.2 V的条件下进行循环伏安扫描,扫速为120mV·s-1；每次测定后在空白底液中扫描至曲线稳定。用标准曲线法测定野黄芩苷的含量。

2 结果与讨论

2.1 野黄芩苷在MWCNTs/GCE电极上的电化学行为

图2为4.0×10-5mol·L-1野黄芩苷在0.20mol·L-1Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液(pH=7.4)中在GCE及MWCNTs/GCE上的循环伏安行为。可以看出，在GCE上于+0.152 V和+0.751 V处野黄芩苷有2个弱氧化峰（曲线a），而在MWCNTs/GCE上野黄芩苷于+0.142 V和+0.706 V处有灵敏和良好的氧化峰（曲线b），其峰电流远大于在GCE上的峰电流，说明多壁碳纳米管修饰电极对野黄芩苷表现出催化行为。反向扫描时，只在MWCNTs/GCE上于+0.652 V处观察到1个极弱的还原峰。因此，可以认为野黄芩苷在GCE和MWCNTs/GCE上的反应均是不可逆的。

2.2 修饰剂用量的影响

图2 4.0×10-5 mol·L-1野黄芩苷在0.20 mol·L-1Na2HPO4-NaH2PO4缓冲溶液 (pH=7.4)中在玻碳电极（a）和修饰电极（b）上的循环伏安图及底液在修饰电极（c）上的循环伏安图

本研究采用滴涂法制备修饰电极，因此修饰剂的用量直接影响电极的性能。实验发现，修饰剂用量在3.0~12.0μL之间时，野黄芩苷氧化峰电流随着修饰剂用量的增加而显著增大，超过12.0μL后，氧化峰电流增加不明显。出现这种现象的原因可能是：随着碳纳米管修饰量的增加，电极的电传导性能得到改善，有利于电子的转移，同时电极的比表面积增大，能有效地吸附野黄芩苷, 增加电解电流；当修饰膜的厚度逐渐增加时，电极膜电阻也在增加，这部分抵消了电极电传导性能的改善；当修饰膜的厚度进一步增加到一定程度时，电极导电性能下降，不利于电荷转移。综合考虑，选择修饰剂的用量为12.0μL。

2.3 支持电解质的影响

分别考察了野黄芩苷在磷酸二氢钠和磷酸氢二钠、醋酸和醋酸钠、碳酸钠和碳酸氢钠、磷酸一氢钠和柠檬酸、氯化钠、盐酸等溶液中的电化学行为，结果表明，在磷酸二氢钠和磷酸氢二钠缓冲体系中峰电流形状比较好，不出现杂峰，因此选择磷酸二氢钠和磷酸氢二钠缓冲体系为本实验的支持电解质。进一步考察了支持电解质浓度对峰电流的影响，发现当NaH2PO4-Na2HPO4缓冲液浓度为0.20mol·L-1时，峰电流最为稳定，因而确定缓冲液浓度为 0.20mol·L-1。

2.4 pH的影响

考察了在5.8~8.0范围内pH对野黄芩苷峰电流的影响，发现当pH为7.4时峰形最好，峰电流最高，因而确定缓冲体系的pH为7.4。实验还发现，2个峰的峰电位都随pH值的增加而往负的方向移动，峰电位Ep与pH 值之间呈良好的线性关系。其回归方程分别为Ep1(V) = - 0.0657pH +0.6328，r=0.995（峰 1），Ep2(V) = -0.0541pH + 1.121，r=0.992（峰2），说明这2个氧化过程有质子参与了反应。

2.5 扫描速率的影响

图3是4.0×10-5mol·L-1野黄芩苷在MWCNTs/GCE上在不同扫速下的循环伏安图。在40~240mV·s-1扫速范围内, 野黄芩苷氧化电流随着扫描速度的增加逐渐增大, 当扫速为120mV·s-1时峰电流较大且峰形好，故选择120mV·s-1为本实验的扫描速度。由图3可知峰电流Ip随着扫速的增加而增高，并且与扫速的平方根呈线性关系，线性方程为Ip1（μA） = 5.3799 v1/2（mV·s-1）-15.024 （r= 0.9976）；Ip2（μA） = 5.0395 v1/2（mV·s-1）-15.79（r = 0.9950），表明该反应是受扩散过程控制。由图3还可观察到, 峰电位与扫速的自然对数值ln V 呈良好的线性关系, 其线性方程为：Ep1（V） = 0.0205 ln V + 0.0427（r = 0.9907）；Ep2（V）= 0.0334 ln V + 0.546 （r=0.9985）。

图3 4.0×10-5 molL-1野黄芩苷在不同扫速下在MWCNTs/GCE上的循环伏安图

2.6 扫描起始电位和富集时间的影响

固定终止电位不变，考察扫描起始电位对峰电位、峰电流的影响，发现扫描起始电位对峰电流、峰电位的影响不大，本文确定起始电位为-0.2V。终止电位对峰电位影响不大, 但对峰电流有影响。终止电位大于+1.2V 时峰电流会变小, 而且峰型变差。所以本实验选取终止电位为+1.2V。在0~80s范围内随着富集时间的增加峰电流不断增大，富集达到80s后野黄芩苷在电极表面吸附量达到饱和，峰电流变化趋于平稳。由此确定本实验富集时间为80s。

2.7 干扰实验

考察了野黄芩苷测试样品中主要共存组分的干扰情况。在测定相对误差不超过±5%时，对于8.0×10-5mol·L-1野黄芩苷，1000倍的葡萄糖、苯甲酸钠、淀粉、糊精、滑石粉、氯化钾、硝酸铵，500倍的硫酸铁、碳酸钠，100倍的亚硫酸钠、硫酸锌、氯化钙、硫酸钙、硫酸钠，50倍的柠檬酸等对测定无干扰。

2.8 线性范围，检出限和稳定性

在选定最佳条件下进行线性扫描伏安测定，结果表明（图4）, 野黄芩苷浓度在4.0×10-6~1.0×10-4mol·L-1范围内与峰电流呈良好线性关系, 线性回归方程为Ip（μA） = 890.06C（mmol·L-1） + 0.9139，相关系数r=0.9985。方法检出限（S×N = 3）为 8.2×10-7mol·L-1。对4.0×10-5mol·L-1野黄芩苷溶液连续测定11次，RSD为1.8%，说明重现性良好。

图4 不同浓度野黄芩苷在MWCNTs/GCE上的线性扫描伏安图

2.9 样品测定

将一瓶注射液样品（5mL）用去离子水稀释至100mL，并进一步稀释至标准曲线所覆盖的浓度范围，待测；取10粒野黄芩苷片剂，磨成均匀粉末，称取相当于一粒片剂重量的粉末，溶解于2.0mL的0.2mol·L-1Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液中，用水稀释至100mL，并进一步稀释至测定的线性范围，待测。2种样品均按实验步骤进行测定，并做回收试验，结果列于表1。