苯磺酸氨氯地平在石墨烯修饰玻碳电极上的电分析方法

彭 娟，张青春，高作宁

（宁夏大学化学化工学院，宁夏银川750021）

0 引言

苯磺酸氨氯地平(Amlodipine,ADB)是二氢吡啶类钙通道阻滞剂，对血管选择性较强，可舒张冠状血管和全身血管，增加冠脉血流量，降低血压。该药具有起效慢，药效维持时间长、不良反应少、保护靶器官等优点，是治疗高血压和心绞痛较理想的长效降压药物[1]。因此，对ADB的研究具有重要意义，近年来采用电化学测定ADB引起了众多学者的关注。目前国内外已报道的有关氨氯地平测定方法有 HPLC[2]，HPLC-MS[3]，气相色谱法[4]，LC-MS[5]，酶免疫分析法[6]，和电化学方法[7]。而电化学研究方法主要是在玻碳电极[8]，碳糊电极[9]，金电极[10]上进行的研究。而采用石墨烯（GR）修饰玻碳电极研究ADB的方法目前尚未见国内外文献报道。

石墨烯是继富勒烯和碳纳米管之后出现的由碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构的碳纳米材料，具有优异的光学、力学性能、高的电子传导率、高比表面积和奇特的电学性能,例如室温下半整数的量子霍尔效应、双极性的电子场效应及弹道电子传输效应、可调带隙、高弹性等,这些优异的性能使石墨烯在电源材料、复合材料、传感器、晶体管等多个领域具有广泛的应用前景[11-12]。石墨烯作为电极修饰材料，应用于生物传感器及结构携带电活性官能团的生物、药物分子的电化学研究中[13]。

该研究在前期工作[14-17]的基础上，以玻碳电极作为基底电极用滴涂法制备了GR/GCE，采用电化学阻抗法，循环伏安法、计时电流法，微分脉冲伏安法等技术研究了ADB在此电极上的电化学行为及电化学动力学性质。用GR修饰的电极，电化学响应快速、灵敏、稳定性好，经优化测量参数，建立了市售ADB药品的电化学定量测定方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

CHI660A电化学工作站 (美国CHI仪器公司)，电化学测定采用三电极系统：以CHI104 GCE(美国CHI仪器公司)和GR/GCE为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，CHI115铂丝为辅助电极。

ADB原料药 (郑州兴人化工产品有限公司，批号：20121107)；ADB片剂 (广东彼迪药业有限公司，批号：20130103)；石墨烯 (采用改进的Hummers和Offeman方法[18]制备)；所用其它实验试剂均为分析纯，实验用水均为二次蒸馏水。电化学测试前于电解池中通入高纯氮除氧5 min。

该文所涉及到的电位均为相对于SCE的电极电位，所有电化学测试均在室温下进行。

1.2 修饰电极制备及电化学阻抗谱表征

玻碳电极先用 0.3 μm α-Al2O3粉末抛光至镜面，再分别在乙醇和去离子水中各超声洗2 min后用二次蒸馏水冲洗干净，晾干备用。用微量取样器移取 0.7 μL 0.1 mol/L GR 悬浮液滴涂至预处理好的玻碳电极表面，室温晾干后制得GR/GCE。

图1 裸电极和GR修饰电极的电化学阻抗谱图Fig.1 The electrochemistry nyquist plots of bare GCE and GR modified electrodes in a mixture of 1.0 mmol/L K3Fe(CN)6+1.0 mmol/L K4Fe(CN)6solution.a-GCE;b-GR/GCE;The supporting electrolyte is 0.1 mol/L KCl.The frequency range is from 0.1 Hz to 10-5Hz

电化学阻抗法是在频率变化过程中测量电极表面阻抗值的变化[19-20]。用电化学阻抗法对电极进行了表征 （见图1）。曲线a和b分别为5 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4-和 0.1 mol/L KCl在裸 GCE、GR/GCE的Nyquist图。可以看出，阻抗图谱的高频区为一不完整的半圆弧,半圆的直径代表电极表面电子传递电阻。低频区的交流阻抗图谱为一条直线,这是多孔电极阻抗曲线的典型特征[21]，表明此时电荷转移受膜中电子的扩散速率控制[22]。曲线在高频部分的半圆弧以a、b的顺序明显减小，所对应的表面电子传递电阻也逐渐减小。曲线a在高频部分的半圆弧是由电子通过GR膜发生欧姆极化引起的,其阻抗值远小于裸GCE的阻抗[23],表明GR膜具有高导电性。这种高导电性不但与GR的结构有关,而且与其大的比表面积有关[11]。这也进一步说明GR有利于电子的传递,从而有利于电极反应的发生。

2 结果与讨论

2.1 ADB循环伏安行为

图2 ADB在各不同电极上的循环伏安图Fig.2 CV of ADB on the different electrodes a-GCE;b-GR/GCE;The concentration of ADB is 2.0×10-4 mol/L,the scan rate is 50 mV/s and the electrolytic solution is 0.10 mol/L of PBS

在电位窗口 0.0 ～ 1.20 V 及 0.1mol/L 的 PBS溶液中，用循环伏安法以扫描速度50 mV/s研究了浓度为 2.0×10-4mol/L ADB 在 GCE（图 2 曲线a）和GR/GCE（图2曲线b）上的伏安行为。如图2曲线a所示，ADB在GCE上于696 mV处出现一个氧化峰，氧化峰电流为 5.616 μA，反向扫描没有观察到有还原峰；如图2曲线b所示，在GR/GCE上亦于747 mV处出现一个不可逆氧化峰，氧化峰电流为 27.064 μA。 与 GCE 相比，ADB在GR/GCE的氧化峰电位略有正移，氧化峰电流增大约4倍。此实验结果表明，ADB电化学催化氧化反应是一个完全不可逆电极反应过程，且GR/GCE相比GCE对ADB电催化氧化具有较好的催化作用。该催化氧化的可能原因是由于石墨烯具有更优良的电子传导性和较大的比表面积，为催化氧化提供了较多的反应位点，加速了ADB的电子交换速率，使GR/GCE对ADB的电化学氧化更加明显[12]。

在10～1000 mV/s范围内用CV法研究了扫描速度对ADB在GR/GCE上的伏安行为影响。实验结果表明，随扫描速度增加ADB在GR/GCE氧化峰电位Epa发生正移，峰电流Ipa增大，且峰电流Ipa与扫描速度平方根(ν1/2)呈良好线性关系，线性拟合方程为 Ipa(μA)=0.9387+4.259ν1/2，r=0.9986。该结果表明，ADB在GR/GCE上的电化学氧化是一受扩散步骤控制的不可逆电化学氧化电极反应过程，这与文献报道一致[8]。

2.2 实验条件影响

在电位窗口 0.0～1.20 V， 以 50 mV/s扫描速度 分 别 以 0.10 mol/L NaCI，Na2SO4，NaClO4，Britton-Robinson，NaNO3，NaAc-HAc 及 PBS 水溶液等为支持电解质对ADB进行CV测试。实验结果表明， 在 PBS 溶液中，2.0×10-4mol/L ADB 在GR/GCE上具有良好的电化学行为，因此选用PBS溶液为支持电解质。

在 pH2.0～10.0 范围内， 考察了介质 pH 对ADB伏安行为影响。实验结果表明，在pH2.0～10.0范围内ADB Epa随pH增大而负移，且呈良好的线性关系，其线性方程为Epa(mV)=950-34pH，r=0.9974， 依据 E=Eo-(59 m/n）pH， 得到 m/n≈1/2，依据文献可知n=2[8]，由此计算到质子参与数m=1，即ADB在GR/GCE上的电化学氧化过程是2电子1质子参与的不可逆电化学氧化过程。 而氧化峰电流 Ipa在 pH2.0～10.0范围内随pH增加逐渐降低（见图3）。

2.3 电化学动力学

2.3.1 电荷转移系数

在 10～1000 mV/s 扫速范围内对 2.0×10-4mol/L ADB在GR/GCE上的循环伏安测试，结果表明，ADB的峰电位Epa与扫速的对数log v呈良好线性关系，线性拟合方程为Epa(mV)=63 log v（mV/s）+594，(r=0.9975)。 由直线斜率求得 ∂Ep/∂(log v)=63 mV。

图3 pH对ADB Epa(a)和Ipa(b)影响；插图为pH-Epa的线性拟合关系图Fig.3 pH 对 ADBEpa和 Ipa影响：a-pH-Epa；b-pH-Ipa；The concentration of ADB is 2.0×10-4mmol/L

根据完全不可逆扩散控制过程方程式[24]：

式中b代表Tafel斜率，可得Epa～V的直线斜率为b/2，即 b=2×∂Ep/∂(log v)=126 mV；根据 b=2.3 RT/[n(1-α)F]，(式中 T 为 298 K，n 为参与电极反应的转移电子数，α为电荷传递系数，F为法拉第常数96485 c/mol)已知n=2，因此通过计算可得到α为0.76。用同样的方法可求出ADB在GCE上的α值为 0.41。

2.3.2 扩散系数D

根据电位阶跃计时电量法(CC)[25]

以[Fe(CN)6]3-为模型化合物(在 1.0 mol/L KCl中其扩散系数D=7.6×10-6cm2/s)测定了 GR/GCE面积 A为 0.228 cm2。 根据实验结果得到 2×10-4mol/L ADB在 GR/GCE上的 Q～t1/2关系直线(Anson计时库仑图)斜率为 4.051×10-4计算得 D=1.648×10-3cm2/s。用同样的方法可计算得到ADB在 GCE 上的扩散系数是 D=4.665×10-3cm2/s。

2.3.3 电极反应速率常数

平板电极上可逆电化学反应的电流响应遵循如下关系式[26]:

其中 Η＝kf/D1/2Οx+kb/D1/2RD，对于完全不可逆电极反应，Kb=0，H=kf/D1/2Οx。因此可采用计时电流法可以测得电极反应速率常数kf，由实验测得ADB在GR/GCE 的 I(t)～ t1/2关系曲线截距为 1.091×10-4，由此计算得到ADB在GR/GCE上的电极反应速率常数 kf为 1.51×10-2/s。 用同样的方法可测得ADB在 GCE上的I(t)～t1/2关系曲线截距为2.950×10-5，并计算出 kf值为 1.23×10-2/s。

在相同实验条件下，利用稳态电流-时间响应曲线方法测定了ADB在GR/GCE上的相应电流与浓度关系(见图4)，由图可以看出，ADB电流响应信号随其浓度成比例增长，响应时间小于5 s。最低响应浓度为1.0×10-7mol/L。该方法可为ADB电化学定量测定方法提供依据。

图4 稳态电流-时间响应曲线Fig.4 Current-time response for successive additions of ADB at GR/GCE.Operation potential:0.7 V;stirring rate:120 r/min

2.4 电分析方法应用

2.4.1 ADB的DPV伏安行为

在优化实验条件下(振幅45 mV，方波频率4 Hz， 电势增量 5 mV)， 电位窗口 0.0 ～ 1.20 V 及0.1mol/L 的 PBS 缓冲溶液中对浓度为 2.0×10-4mol/L的ADB用微分脉冲伏安法考察了其在不同工作电极上的伏安行为，所得DPV曲线如图5所示。由图5曲线a可知，ADB在GCE上于654 mV处出现一个不可逆氧化峰，峰电流为7.52 μA。由图5曲线b可知，ADB在GR/GCE上亦于678 mV处出现一个不可逆氧化峰，峰电流为34.78 μA。 与 GCE相比 ADB在 GR/GCE的氧化峰电位略有正移，氧化峰电流增大约4倍。此实验结果与循环伏安法所得结果基本一致，进一步表明GR/GCE对ADB的电化学氧化具有良好的催化作用，且GR/GCE比GCE对ADB的电催化氧化作用更明显。

图5 ADB在不同电极上的方波伏安图Fig.5 DPV of ADB at the different electrodes a-GCE;b-GR/GCE;Note:0.10 moL/L PBS containing 2.0×10-4mol/L ADB.Scan rate:50 mV/s

2.4.2 电极重现性和稳定性

同一支 GR/GCE 电极 于 2.0×10-4mol/L 的ADB溶液中用CV法扫描10次，其氧化峰电流的 RSD为1.2%;平行修饰 6次 RSD 为0.4%，表明制作的修饰电极有良好的重现性。电极室温下放置48 h，对ADB的响应电流在±5%以内，表明该电极具有较好的稳定性。

2.4.3 干扰实验

用 DPV法对浓度为 2.0×10-4mol/L的 ADB进行干扰测试。实验结果表明，当相对误差不超过±5%时，200倍的葡萄糖、蔗糖、淀粉和300倍的无机离子 K+，Ca2+，Na+，Mg2+，SO42-，Cl-，NO3-对ADB电流响应信号不存在干扰。

2.4.4 线性范围及检出限

在优化实验条件下用DPV研究了ADB氧化峰电流Ipa随其浓度c变化的关系。实验结果表明，ADB在GR/GCE上氧化峰电流Ipa与浓度c在 6.0×10-7～ 1.0×10-4mol/L 范围内呈良好的线性关系，其线性方程为 Ipa(μA)=1.205+0.107c(10-6mol/L)， r=0.9980； 检出限(S/N=3)为 8.0×10-8mol/L。

2.4.5 实际样品测定

取市售苯磺酸氨氯地平片10片，研磨混匀，准确称取适量用二次蒸馏水溶解后定容至100 mL备用。取定容后的溶液，运用DPV方法进行测定，然后加入已知量的ADB标准品进行回收率测定，测定结果见表1。由表1可知，用该方法测得ADB样品RSD在0.1%～0.7%以内，加标回收率在97.0%～104.0%之间，表明该方法的精密度和准确度符合定量测定要求。

表1 氨氯地平中ADB含量及回收率测定结果(n=6)Tab.1 ADB determination results in the injection(n=6)

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