十六烷基三甲基溴化铵/壳聚糖-碳纳米管修饰玻碳电极的制备与应用

赵志伟， 申贵隽*， 穆 帅， 邓 赛， 谷灵燕

(1.大连大学环境与化学工程学院，辽宁大连 116622;2.大连大学医学院，辽宁大连 116622)

对乙酰氨基酚(PCT)俗称扑热息痛，具有解热镇痛作用，用于感冒发烧、关节痛、神经痛、偏头痛、癌痛及手术后止痛等，在药剂中应用广泛。目前PCT的测定方法主要有分光光度法[1]、高效液相色谱-串联质谱联用法[2,3]、化学发光法[4 - 6]、毛细管电泳法[5]和核磁共振法[7]等。然而这些方法有的涉及贵重的仪器和复杂的操作，有的灵敏度不高，应用受到限制。用化学修饰电极测定PCT也有文献报道[8,9]，但方法灵敏度和选择性还需要进一步提高。

壳聚糖-多壁碳纳米管(MC)复合材料是一种新型的生物复合材料，具有灵敏度高、稳定性重现性好和化学响应快等优良的电化学性能，在电化学领域有着广泛的应用[10]。本文利用循环伏安法将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)聚合到玻碳电极(GCE)表面，然后将MC分散液涂滴于电极表面，制备CTAB/MC/GCE。考察了PCT在该修饰电极上的电化学行为，优化了实验条件，建立了一种新的测定药物片剂中PCT含量的电化学分析方法。本文建立的方法相对于文献报道的其他方法，电化学响应、选择性和回收率都得到了一定的提高。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

CHI600C电化学工作站(上海辰华仪器公司)，三电极系统：工作电极为玻碳电极(GCE，天津艾达恒晟科技发展有限公司)或修饰电极，参比电极为Ag/AgCl电极(上海纳锘实业有限公司)，对电极为铂电极(天津艾达恒晟科技发展有限公司)；KQ-100DB型数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；80-1型离心沉淀机(上海机械手术厂)；pHB-1型酸度计(上海宇隆仪器有限公司)；FA1604型分析天平(上海雷韵试验仪器制造有限公司)。

多壁碳纳米管(纯度>95%，Φ=8～15 nm,中科院成都有机化学研究所)；壳聚糖(CS，杭州富丽生物科技有限公司)；十六烷基三甲基溴化铵(CTAB，上海埃彼化学试剂有限公司)；对乙酰氨基酚(PCT，上海金穗生物科技有限公司)；盐酸苯海拉明(DPH，南京中标晨曦化学技术有限公司)；盐酸苯丙哌林(BPP，海远慕生物科技有限公司)；盐酸二甲双胍(DMBC，上海高创化学科技有限公司)；NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液(PBS)。所有试剂均为分析纯，实验用水为去离子水。

对乙酰氨基酚片(东北制药集团沈阳第一制药有限公司)。

1.2 修饰电极的制备

1.2.1玻碳电极预处理将GCE在金相砂纸(3 000#)上打磨，然后在麂皮上依次用1.0、0.3、0.05 μm的Al2O3粉末抛光，最后分别用水、HNO3(1+1)、无水乙醇和水各超声清洗3 min。将处理后的GCE置于0.5 mol/L的H2SO4中，以50 mV/s扫描速度，在-0.5～+1.4 V电位区间循环扫描直至无峰。将电极取出用水冲洗干净后，保存在水中，备用。

1.2.2CTAB/MC/GCE的制备将处理好的电极放在含有5 mmol/L CTAB(pH=5.6的PBS作为溶剂)中，于-1.6～+1.8 V电位区间循环扫描15圈，然后取出电极，经水淋洗，干燥。

采用V(HNO3)∶V(HCl)=1∶3 回流24 h的方法将MWNTs羧基化,用0.01 mol/L NaOH溶液洗至pH为近中性时止，离心后干燥。称取10 mg预处理过的MWNTs于10 mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中超声分散30 min，最后得到稳定的黑色分散液[12]；将10 mL 0.05 mol/L的HCl加热至60 ℃,加入15 mg CS，搅拌溶解，冷却后加入5 mL 0.1 mol/L的NaOH溶液，配制成质量浓度为1 mg/mL的CS溶液。将CS溶液和羧基化的MWNTs溶液按照体积比1∶1混合，超声分散1 h，制得壳聚糖-多壁碳纳米管(MC)分散液。取适量MC分散液滴涂在CTAB修饰电极的表面，红外灯下烘干即制得CTAB/MC/GCE,置于PBS中保存，待用。每次扫描结束后,将电极置于空白底液中循环扫描至无峰,用水淋洗、滤纸吸干后即可进行下一次扫描。

2 结果与讨论

2.1 CTAB在GCE上的电化学行为及修饰膜的表征

电极表面可能发生的反应如下：

通过还原反应生成的N(CH3)3和C32H66按照1∶1的比例与玻碳双键通过加成反应的方式镶嵌到电极表面，形成胶束状的修饰膜，然后壳聚糖和多壁碳纳米管填充到胶束空隙中，一方面可以降低电极表面的张力，对壳聚糖和多壁碳纳米管起固定作用，同时起到对PCT催化富集的作用。

依次用GCE、CTAB/GCE、CTAB/MC/GCE在5 mmol/L的K3[Fe(CN)6]溶液中用CV法扫描(电位范围-0.4～+0.8 V，扫描速度50 mV/s)，结果如图2所示。图中CTAB/GCE(曲线c)较GCE(曲线b)氧化峰电流明显降低，还原峰电流增加，表明在GCE表面形成了一层膜，阻碍了探针离子在电极表面的氧化还原反应。当CTAB/GCE表面修饰上MC分散液时(曲线a)，氧化峰电流值显著增加，表明MC复合膜能够增强对PCT的电化学响应，实现灵敏测定。

图1 玻碳电极在CTAB溶液中的循环伏安图Fig.1 Cyclic voltammograms of glassy carbon electrode in CTAB solution

图2 不同电极在铁氰化钾溶液中的循环伏安图Fig.2 Cyclic voltammograms of different electrodes in the potassium ferricyanide solution a:CTAB/MC/GCE;b:GCE;c:CTAB/GCE.

2.2 PCT在CTAB/MC/GCE上的电化学行为

2.2.1CTAB/MC/GCE对PCT的电化学响应用pH=5.6的PBS配制1 mg/mL的PCT标准溶液，用GCE、CTAB/GCE、CTAB/MC/GCE、MC/GCE于0.2～1.2 V电位范围之间，于50 mV/s的扫速条件下进行CV扫描，结果如图3所示。GCE(曲线c)几乎对PCT没有响应，仅在0.9 V处有一个很小的氧化峰；CTAB/GCE(曲线b)对PCT的电化学响应增加，氧化峰电位负移至0.75 V，表明CTAB/GCE对PCT起到了催化富集作用；当CTAB/GCE表面滴涂上MC分散液时，电化学响应显著增加，氧化峰负移至0.7 V，而MC/GCE(曲线d)对PCT的响应值较CTAB/MC/GCE小，说明CTAB/MC/GCE对PCT有更强的电化学响应，其增敏机制是壳聚糖的氨基和羟基等活性基团与对乙酰氨基酚间的强烈的氢键作用、碳纳米管的纳米尺寸效应和CTAB的协同催化作用。

2.2.2CTAB/MC/GCE对PCT的选择性用pH=5.6的PBS配制2 mg/mL的DPH、BPP、DMBC和2 mg/mL DPH+BPP+DMBC+PCT的混合溶液，在电位0.2～1.2 V范围，以50 mV/s的扫描速度，用CV法进行扫描，如图4所示。图4中，CTAB/MC/GCE几乎对DMBC没有响应(曲线d),对PCT的电化学响应(曲线a)较DPH(曲线b)和BPP(曲线c)高出0.2 mA左右,测定混合溶液时(曲线e)，峰电流的偏差仅为1.2%，表明CTAB/MC/GCE对PCT具有良好的选择性。

图3 不同电极在PCT溶液中的循环伏安图Fig.3 Cyclic voltammograms of different electrodes in PCT solution a：CTAB/MC/GCE;b：CTAB/GCE;c：GCE;d：MC/GCE.

图4 CTAB/MC/GCE在不同溶液中的循环伏安图Fig.4 Cyclic voltammograms of CTAB/MC/GCE in different solution a：PCT;b：DPH;c：BPP;d：DMBC;e：PCT+DPH+BPP+DMBC.

2.2.3PCT在CTAB/MC/GCE上的氧化还原反应从图3和图4中可以看出，PCT的CV曲线有两个明显的氧化峰和还原峰，随着电极表面修饰材料的变化，其氧化峰电位由0.9 V负移至0.7 V，说明CTAB/MC/GCE能够催化对PCT的电化学反应，且PCT在CTAB/MC/GCE表面发生了准可逆的氧化还原反应。其氧化还原过程为：PCT首先失去两个电子，被氧化成对亚氨基苯醌，随着电极电位的变化，对亚氨基苯醌得到一个电子又被还原成对乙酰氨基苯酚[11]，电极上的反应过程如下:

2.3 实验条件优化

在pH=4.8～7.8范围内改变底液的pH值，用示差脉冲伏安法(DPV)测定CTAB/MC/GCE上2 mg/mL PCT的峰电流，PCT的峰电流在pH=4.8～7.8范围内先增大后减小，在pH=5.6时达到最大，故选择pH=5.6的PBS为最佳底液。在20～160 mV/s的扫描速率范围内改变扫描速度进行实验,50 mV/s时峰电流最大，故本实验选择50 mV/s的扫描速度。在5～30圈的范围内改变电化学聚合CTAB的圈数，15圈时峰形最佳，故实验选择扫描圈数为15。

2.4 工作曲线、重现性和稳定性

在最佳实验条件下，用CV法对不同浓度的PCT进行了测定，浓度在0.05～2 mg/mL范围内的线性方程为：I(μA)=136.19c-108.48，相关系数R2=0.9858，检出限为0.01 mg/mL。

用CTAB/MC/GCE对1 mg/mL的PCT标准溶液连续测定10次，测定结果的相对标准偏差(RSD)为3.1%，说明该修饰电极有较好的重现性。CTAB/MC/GCE在室温、空气流通条件下保存18 d，对PCT标准溶液响应电流基本不变，说明该电极具有较好的稳定性。

2.5 样品分析及加标回收率实验

在最佳实验条件下，取对乙酰氨基酚片，捣碎，加热条件下用PBS将其充分溶解，然后离心分离，取上清液配制1.0 mg/mL的溶液进行检测，并进行回收率实验，结果见表1。实验结果表明，CTAB/MC/GCE用于测定PCT具有较好的准确度和精密度。

表1 样品测定及回收率实验Table 1 Determination of sample and recovery test

3 结论

研究了PCT在CTAB/MC/GCE的电化学行为。玻碳电极置于CTAB溶液中循环伏安法扫描，使得电极表面形成了胶束状的膜，而且多壁碳纳米管具有大的比表面积以及壳聚糖较多的活性位点,能够提高PCT检测的选择性和灵敏度，使得PCT在CTAB/MC/GCE显示很好的氧化还原活性。修饰电极具有选择性好、灵敏度高、电化学稳定性好和抗干扰能力强等优点,表现出优越的导电性能。将该修饰电极用于测定药片中的PCT,结果满意，方法具有较好的应用前景。