4－羧基苯基共价修饰玻碳电极检测药物分子

张海建，罗流丰，金君世，刘彦明，杨国程

（长春工业大学化学与生命科学学院，吉林长春130012）

4－羧基苯基共价修饰玻碳电极检测药物分子

张海建，罗流丰，金君世，刘彦明，杨国程

（长春工业大学化学与生命科学学院，吉林长春130012）

将裸玻碳电极置于含有氨基前驱体的NaNO2酸性水溶液中，通过电化学还原的方法将4－羧基苯基（4－CP）共价修饰到玻碳电极表面.在36.8℃和pH＝6.76的缓冲溶液中，通过线性扫描伏安法（LSV），用4－CP修饰的玻碳电极分别及同时检测扑热息痛（PCT）、阿司匹林（ASP）和咖啡因（CF），并分别获得了它们的校准曲线.结果表明，4－CP修饰的玻碳电极能分别及同时长期稳定的检测PCT和ASP，但是每次检测CF时电极都需要重新修饰.

4－羧基苯基；玻碳电极；扑热息痛；阿司匹林；咖啡因

电分析化学方法是一种公认的快速、灵敏、准确的微量和痕量分析方法.根据不同的测量方法，电化学分析法可具体分为电导分析法、电位分析法、电解分析法、库仑分析法、极谱法和伏安法等.电分析仪器简单、价格低廉，特别是在有机、生物和药物、环境分析中越来越显示出很大的潜力和优越性.

化学修饰电极（Chemically modified electrode，CME）是当前电分析化学方面十分活跃的研究领域.用修饰剂（如有机物、无机物、金属、聚合物和生物物质等）对电极表面进行裁剪，形成单一、多元、多层、多组分、微型化或列阵化等结构，可按意图给电极预定的功能，有效地改善原电极的稳定性、选择性、灵敏度［1］.CME对环境分析中重金属离子及有机污染物，食品分析中各种防腐剂、添加剂及亚硝酸盐等，生物分析中蛋白质、DNA、神经递质及代谢调控因子等都有广泛的应用［2－4］.CME在药物分析中，尤其是在药物的临床药理、药效分析、有效成分鉴定、药物代谢动力学等研究领域扮演着十分重要的角色［5－7］.

PCT，ASP和CF在全球已被广泛用于止痛等的药物［8－11］，适量使用对身体无害，但如果过量或者长时间服用就会对身体造成伤害［12－15］.所以一种能实时检测身体内这些药物含量的方法是非常必要的.由于电化学方法快速、灵敏、稳定的特性，多种电极已被用于检测PCT，ASP和CF，得到的一个主要结论是电极表面在每次使用前需要重新打磨，所以用裸电极检测药物分子不是一个好的选择.已报道的检测这3种药物的电化学方法绝大多数都是在室温条件下进行的［16－18］，但实际上要检测药物分子在人体内的含量，所以本文通过电化学还原的方法将4－CP共价修饰到玻碳电极表面，并且通过线性扫描伏安法研究了裸玻碳电极和4－CP共价修饰的玻碳电极在体温条件下分别及同时检测PCT，ASP与CF的电化学性能.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：电化学工作站（CHI 852C，USA），工作电极为4－羧基苯基修饰的玻碳电极和裸玻碳电极（3mm直径，CHI104，USA），参比电极为KCl饱和的Ag／AgCl电极，对电极为铂电极；超纯水机（Millipore，USA）；恒温水浴箱（上海精密仪器有限公司）.

试剂：对氨基苯甲酸和ASP从Sigma－Aldrich公司购买；PCT和CF从Johnson Matthey公司购买；pH为6.76的缓冲溶液是由0.1mol／L NaH2PO4－Na2HPO4配置；其他试剂为分析纯.

1.2 电极修饰

在电化学修饰之前，电极需要进行预处理.先将裸电极置于抛光布上分别用1.0，0.3和0.05μm的三氧化二铝粉末打磨，然后放入超纯水中超声，再用超纯水冲洗干净，最后用高纯度氮气吹干.配置前驱溶液：室温下将800μL的5mmol／L对氨基苯甲酸、80μL 0.1mol／L NaNO2、170μL 12mol／L HCl和2.95mL超纯水混合反应5min.然后将吹干的裸电极放入该混合溶液中通过循环伏安法进行修饰，之后用超纯水冲洗电极并超声30s，最后将修饰电极放入5mmol／L K3Fe（CN）6中，通过循环伏安法看其氧化还原峰是否存在，若没有氧化还原峰则说明电极修饰成功.

2 结果与讨论

2.1 电极修饰及其电化学性能

在含有对氨基苯甲酸的NaNO2酸性溶液中，通过电化学还原的方法将4－CP共价修饰到裸玻碳电极表面，反应机理如图1所示.

图1 电极修饰的反应机理图

在含有5mmol／L Fe（CN）3－6的0.1mol／L KCl溶液中，测试裸电极及4－CP修饰的玻碳电极在检测PCT，ASP和CF之前和之后的电子传递性能，其循环伏安曲线如图2所示（扫速为100mV／s）.

图2 裸电极及4－CP修饰的玻碳电极检测PCT，ASP（a）和CF（b）前后的循环伏安曲线

由图2可以看出，裸电极在5mmol／L Fe（CN）3－6中有氧化还原峰，这说明裸电极在5mmol／L Fe（CN）3－6中可以完成电子传递.但4－CP修饰的玻碳电极却没有氧化还原峰，说明电子传递受阻，这是因为4－CP修饰的玻碳电极的末端基团COOH在中性溶液中解离成带负电的COO－，阻碍Fe（CN）3－6接近电极表面［19］，因而不能进行电子转移.由图2a可以看出4－CP修饰的玻碳电极在检测完PCT和ASP之后电子传递仍然受阻，这说明修饰膜仍然存在于电极表面.但从图2b可以看出，4－CP修饰的玻碳电极在检测完CF之后，Fe（CN）3－6氧化还原探针能进行部分的电子传递，这说明修饰膜已部分被损坏，电极需要重新进行修饰，所以4－CP修饰的玻碳电极不能重复检测CF.

2.2 4－CP修饰的玻碳电极对PCT，ASP和CF的电化学检测

2.2.1 峰电流与浓度的关系

在36.8℃，pH为6.76的缓冲溶液中，同一扫速条件下，用4－CP修饰的玻碳电极对不同浓度的PCT，ASP和CF进行检测，线性扫描伏安图（LSV）及相对的校准曲线如图3所示（扫速为10mV／s）.

图3 4－CP修饰的玻碳电极检测PCT（a），ASP（b），CF（c）和PCT＋ASP（d）的LSV图及相对的校准曲线

从图3可以看出，3种药物分子在LSV图中都有氧化峰，所以4－CP修饰的玻碳电极在36.8℃，pH为6.76的缓冲溶液中可以用来检测这3种药物分子.PCT，ASP和CF的氧化峰电位分别在0.55，0.95和1.45V左右.随着药物分子浓度的增加，氧化峰电流逐渐变大，且氧化峰电流与药物分子浓度呈良好的线性关系，相对应的线性回归方程及检测限如表1所示.

表1 4－CP修饰电极检测药物分子时线性回归方程的相关参数（pH＝6.76，36.8℃）

2.2.2 峰电流与扫速的关系

体温条件下，在含有1.35mmol／L PCT和0.369mmol／L ASP的pH为6.76的缓冲溶液中，研究了4－CP修饰电极在不同扫速下检测PCT和ASP时峰电流与扫速的关系，循环伏安图如图4所示.从图4可以看出，浓度一定时，在扫速10～200mV／s区间内，峰电流与扫速的平方根呈良好的线性关系.

2.3 4－CP修饰电极的重复性研究

4－CP修饰电极检测PCT，ASP和CF之前和之后，在pH为6.76的空白缓冲溶液中的LSV图如图5所示（扫速为10mV／s）.从图5可以看出，4－CP修饰电极在检测完PCT，ASP和CF之后，没有药物分子的特征峰出现，表明修饰电极表面没有药物分子的残留，这对于修饰电极能否重复使用是非常重要的.虽然4－CP修饰电极在检测完CF之后表面没有药物残留，且氧化峰电流与浓度呈良好的线性关系，但由图2b得出的结论表明，4－CP修饰电极在检测完PCT和ASP后修饰膜完好无损，而检测完CF之后，其表面的修饰膜已部分脱落，所以4－CP修饰电极可重复用于检测PCT和ASP，但不能重复检测CF，每次检测完电极都需要重新修饰.

图4 PCT和ASP的峰电流与扫速的关系

图5 4－CP修饰电极检测PCT＋ASP（a）和CF（b）前后的LSV图

3 结论

在含有对氨基苯甲酸的NaNO2酸性水溶液中，4－CP通过电化学还原的方法成功修饰到裸电极表面，得到4－CP修饰的玻碳电极.在体温条件下，pH＝6.76的缓冲溶液中，4－CP修饰的玻碳电极分别及同时对PCT、ASP和CF进行了电化学检测，检测结果表明：在检测条件下，4－羧基苯基修饰的玻碳电极可分别及同时对PCT和ASP进行电化学检测，且能够长期反复使用，但不能重复检测CF，每次检测CF时电极都需要重新修饰.

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4－Carboxyphenyl－modified glassy carbon electrode for electrochemical detection of drugs

ZHANG Hai－jian，LUO Liu－feng，JIN Jun－shi，LIU Yan－ming，YANG Guo－cheng
（School of Chemistry and Life Science，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China）

A glassy carbon electrode（GCE）was covalently modified by 4－carboxyphenyl（4－CP）via in－situ electrochemical reduction of amino precursor in acidic aqueous solution containing NaNO2.The bare and 4－CP－modified GCEs were used to sense paracetamol（PCT），aspirin（ASP）and caffeine（CF）separately and simultaneously by linear sweep voltammetry（LSV）in a buffer solution of pH 6.76at 36.8℃，and the corresponding calibration curves were obtained respectively.The results showed that the 4－CP－modified GCE can be employed to sense PCT and ASP separately and simultaneously in a long time with high stability，but it must be remodified after sensing CF.

4－carboxyphenyl；glassy carbon electrode；paracetamol；aspirin；caffeine

O 657.1 ［学科代码］ 150·2515

A

（责任编辑：石绍庆）

1000－1832（2014）02－0099－05

10.11672／dbsdzk2014－02－020

2014－01－06

国家自然科学基金资助项目（21005008，51374040）.

张海建（1988—），男，硕士研究生；杨国程（1976—），男，博士，副教授，主要从事功能纳米材料及电分析化学研究.