呋喃它酮的高灵敏伏安测定方法

赫春香， 王婷婷， 于 浩， 苏 萌

(辽宁师范大学 化学化工学院，辽宁 大连 116029)



呋喃它酮的高灵敏伏安测定方法

赫春香， 王婷婷， 于 浩， 苏 萌

(辽宁师范大学 化学化工学院，辽宁 大连 116029)

以循环伏安法电聚合制成聚对氨基苯磺酸薄膜修饰石墨电极，发现对呋喃它酮(FTD)的电化学还原有明显的电催化作用.在 pH 2.00 的磷酸盐缓冲溶液中，以微分脉冲伏安法为激发信号，FTD在-0.230 V处产生一个灵敏的还原峰，还原峰电流与浓度分别在1.00×10-8～1.00×10-6、2.00×10-6～9.00×10-6mol/L范围内呈良好的线性关系,检出限为1.00×10-8mol/L.将该方法应用于水样中目标物的测定，加标回收率为92.52%～101.3%.研究了FTD的电极反应机理，表明其在电极上发生了由吸附控制的有2质子参与的2电子转移反应.

聚对氨基苯磺酸;电催化;修饰电极;呋喃它酮;微分脉冲伏安法

呋喃它酮(furaltadone，FTD)是一类人工合成的具有5-硝基呋喃结构的抗菌药物，广泛地用作兽药或农产品加工业的饲料添加剂.由于其具有较强的致癌、致畸等毒副作用，欧盟EC2377/90发布指令禁止在食用动物中使用此药物，规定了基准实验室的检出限要小于或等于1 μg/kg，澳大利亚及我国等多国也先后颁布禁令[1].但是由于其具有高效、廉价等特点，还会被渔业、畜业养殖机构违禁使用，所以建立灵敏、简便的检测技术，对相关区域实施监控是非常必要的.目前，FTD的检测方法主要有高效液相色谱法[2-3]、高效液相色谱-串联质谱法[4]、差分脉冲极谱法[5]和化学发光法[6]等.电化学检测方法具有简便快速、易实现在线检测、成本低等优点，所以各类电化学传感器的开发与应用一直是研究热点之一.以此为宗旨，聚对氨基苯磺酸修饰电极作为电化学传感器，得到了深入广泛的研究，已经实现了对槲皮素、酪氨酸、对苯二酚、芦丁、硝基苯酚同分异构体、多巴胺和抗坏血酸的测定[7-12].迄今为止，还未发现用聚对氨基苯磺酸修饰电极测定FTD的研究报道.本文建立了一种以聚对氨基苯磺酸修饰电极为电化学传感器的快速检测FTD新方法，并研究了FTD在其上的特性响应.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

LK2005A微机电化学分析系统(天津市兰力科化学电子高技术有限公司)；三电极系统：石墨电极(GE)或聚对氨基苯磺酸薄膜修饰电极(p-aminobenzene sulfonic acid modified graphite electrode，PABSA/GE)为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极(文中全部电位均相对于饱和甘汞电极)，铂丝电极为对电极；pHS-3C型数字酸度计(上海雷磁仪器厂)；KQ-250B型超声波清洗仪(昆山市超声仪器有限公司).

0.001 00 mol/L FTD(试剂由上海原叶生物科技有限公司提供，纯度99%)：称取0.032 4 gFTD于小烧杯中，加入适量的蒸馏水，微热溶解，冷却后，定容于100 mL容量瓶中；0.020 0 mol/L对氨基苯磺酸：准确称取0.173 2 g对氨基苯磺酸于小烧杯中，加入少量氢氧化钠稀溶液使之溶解，加水定容于50 mL容量瓶中；pH 2.00～10.00的磷酸盐缓冲溶液(PBS)，由浓度均为0.2 mol/L的H3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4在酸度计监测下配制而成.除指明外，其他化学试剂均为分析纯.实验用水为石英亚沸二次蒸馏水.高纯氮气除氧.

1.2 实验方法

1.2.1 聚对氨基苯磺酸修饰薄膜电极的制备 按照文献[13]制作、清洁与活化GE，将处理好的GE放入含2.00×10-3mol/L对氨基苯磺酸的0.20 mol/L(pH 7.00)PBS中，在-1.5～2.5 V电位范围内，以-1.5 V为起点电位，100 mV/s的扫速循环伏安扫描30圈，取出，用蒸馏水冲洗.然后，将电极置于0.20 mol/L(pH 7.00)的PBS中，在-1.5 ～ 1.5 V电位范围内，以100 mV/s的扫速进行循环伏安扫描10圈.清洗电极表面吸附或聚合不牢固的对氨基苯磺酸，取出电极，晾干，即得PABSA/GE.

1.2.2 呋喃它酮的测定 在10 mL容量瓶中，分别加入2.00 mL PBS(pH 2.00)，含FTD的试样溶液适量，加水定容，转移至电解池中，除氧10 min并保持氮气氛，分别以GE和PABSA/GE为工作电极，以0.4 V为起点电位，在-0.6～0.4 V电位范围内记录微分脉冲伏安曲线，根据-0.230 V(FTD)处的还原峰电流进行定量分析.微分脉冲伏安法的电化学参数分别为：电位增量0.01 V，脉冲幅度0.05 V，脉冲宽度0.2 s，脉冲间隔0.5 s，等待时间180 s.

2 结果与讨论

2.1 聚对氨基苯磺酸修饰电极的制备

根据文献[13]确定了支持电解质为0.20 mol/L(pH 7.00).另外，分别对氨基苯磺酸的浓度、聚合电位、扫描速度、扫描圈数等进行了条件优化，最终确定了如实验方法所述的最优化聚合方案.图 1为对氨基苯磺酸在GE上电聚合过程的循环伏安图.随着扫描圈数的增加，峰电流随之增加，最后得到电活性聚对氨基苯磺酸薄膜.与GE相比，PABSA/GE在PBS(pH 2.00)中的循环伏安曲线有一对明显的峰出现，也说明在GE表面得到了聚对氨基苯磺酸薄膜.

图1 对氨基苯磺酸聚合过程的循环伏安曲线[插图为GE与PABSA/GE在PBS (pH 2.00)中的循环伏安曲线]Fig.1 Cyclic voltammograms(CVs) of p-amionbenzene sulfonic acid electropolymerization[Insert is CVs of GE and PABSA/GE in PBS (pH 2.00)]

图2 GE与PABSA/GE的EIS谱图Fig.2 Nyquist diagrams of GE and PABSA/GE

2.2 聚对氨基苯磺酸修饰电极的表征

分别以GE、PABSA/GE为工作电极，在含有1.0×10-3mol/L K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6] 的0.10 mol/L KNO3溶液中进行交流阻抗(EIS)实验，结果如图2所示.在EIS拟合曲线中，半圆的直径与电荷转移的阻抗有关，半径越大，阻抗越大.实验结果表明：PABSA/GE薄膜的阻抗小于GE，说明通过电聚合，聚对氨基苯磺酸薄膜能够稳定地修饰在电极表面，减小了工作电极的阻抗.

2.3 聚对氨基苯磺酸修饰电极对FTD的电催化还原

分别以GE和PABSA/GE为工作电极，对5.00×10-6mol/L FTD 进行循环伏安法扫描，实验结果(图3)表明：以PABSA/GE为工作电极时，FTD 在 -0.260 V处产生明显的还原峰，与在裸电极上相比，峰电流明显提高.表明该修饰电极对FTD的电化学还原有明显的电催化作用，这可能是由于阻抗更小的PABSA/GE提高了FTD在其上的电子转移速率所致.分别采用线性扫描伏安法、循环伏安法、微分脉冲伏安法以及方波伏安法进行检测，并比较了上述方法催化电流的大小，发现微分脉冲伏安法灵敏度最高，峰形最好(图3，内插图)，因此选择微分脉冲伏安法作为检测方法.

2.4 呋喃它酮测定方法的建立与实验条件的优化

2.4.1 支持电解质的选择 分别考察了0.5 mol/L的H2SO4、pH 为1.50、2.00、2.50、3.00、5.00、7.00、9.00、10.00的PBS作为支持电解质时对峰电流和峰电位的影响，结果(图4)表明：FTD的还原峰电位Ep随pH的提高而负移；还原峰电流ip亦随pH发生变化，pH 2.00的PBS，FTD峰电流最大.因此，本文选择pH 2.00的PBS为最佳介质条件.

图3 FTD的循环伏安曲线和微分脉冲曲线(内插图)Fig.3 CVs of FTD and differential pulse voltammetry (insert)

图4 支持电解质pH对峰电流和峰电位的影响Fig.4 Influence of pH on peak current and potential

2.4.2 微分脉冲伏安法电化学参数的选择 对方法灵敏度和选择性影响最大的参数是脉冲幅度，脉冲幅度越大，峰电流越大，但是峰形变宽，不利于低浓度被测物的测定.以0.01 V为间隔，在0.01～0.10 V脉冲幅度范围内，考察峰电流与半峰宽，最终选择0.05 V为最佳条件.

2.4.3 富集时间的影响 以微分脉冲伏安法的起点电位0.4 V为富集电位，试验了富集时间分别为0、60、120、150、180、210、300 s 时对峰电流的影响，结果表明：在0～150 s时间范围内，FTD的还原峰电流明显增加，继续延长富集时间，峰电流不再发生变化.为了使电极表面吸附达到饱和，所以本实验选择富集时间为180 s.

图5 FTD的浓度对还原峰电流的影响Fig.5 Effect of concentration of FTD on peak current

2.5 线性范围、检出限和精密度

按实验方法，测定不同浓度的FTD，实验结果表明：其浓度分别在1.00×10-8～1.00×10-6、2.00×10-6～9.00×10-6mol/L 范围内与还原峰电流呈线性关系(图 5)，线性回归方程分别为：ip(μA)=1.29×107c(mol/L)-0.075 9(r=0.999)；ip(μA)=5.35×106c(mol/L)+22.8(r=0.997)，检出限为1.00×10-8mol/L.对5.00×10-6mol/L的 FTD 平行测定10次，相对标准偏差为 2.5%.此外，制备相同的 5 支修饰电极，测定同样浓度的FTD，相对标准偏差为 3.6%，表明该修饰电极的重复性和再现性良好.

2.6 干扰试验

在允许±10% 测定误差的前提下，相对于浓度为5.00×10-6mol/L的FTD进行干扰实验，实验结果表明:金属离子Cu2+、Cd2+、Pd2+等均不干扰FTD的测定.还分别试验了抗坏血酸、尿酸、草酸对FTD峰电流的影响，结果表明3组分均不干扰测定.

2.7 水样中呋喃它酮的测定

取某鱼塘水样，按实验方法测定，未检测出目标物，浓缩10倍后亦未检出.可能的原因是水样中不含FTD，或者其含量较低，未达到本方法检出限.进行加标回收率实验，结果列于表1，回收率在92.5%～101.3% 之间.

表1 FTD的测定及回收率实验

2.8 呋喃它酮电极反应机理的探讨

2.8.2 参加电极反应的质子数m的测定 分别以0.5 mol/L的H2SO4、pH 1.50～10.00的PBS为支持电解质，对FTD进行循环伏安扫描.发现FTD的Ep1随着溶液 pH 的增大而负移(图4)，并呈良好的线性关系，线性关系的斜率为-0.067 9(r=0.990).依据Ep=Eθ-0.059(m/n)pH，求得当n=2时，m=2.

2.8.3 吸附性实验 在20～400 mV/s的扫速范围内，研究了扫描速率(v)对FTD 还原峰电流(ip1)的影响.实验结果表明：ip1与v有良好的线性关系(r=0.998).说明FTD在PABSA/GE上发生的电极反应是由吸附控制的.

综上所述，对于峰1，FTD发生了由吸附控制的有2个质子参与的2个电子转移反应.

[1] 中国兽药典委员会编.中华人民共和国兽药典[M].2版.北京:中国医药科技出版社,2015:215.

[2] GALEANO D T,GUIBERTEAU C A,ACEDO V I,et al.Determination of nitrofurantoin,furazolidone and furaltadone in milk by high-performance liquid chromatography with electrochemical detection[J].Journal of Chromatography A,1997,764(1):243-248.

[3] 程林丽,沈建忠,张素霞,等.HPLC法检测饲料中4种硝基呋喃类药物[J].中国饲料,2008,32(1):39-41,43.

[4] 孙良娟,李红权,梁锋,等.高效液相色谱串联质谱法同时测定饲料中4种硝基呋喃类抗生素[J].分析测试学报,2013,32(1):978-982.

[5] GABANILLAS A G,DIAZ T G,ESPINOSA M A,et al.Abilities of differentiation and partial least squares methods in the analysis by differential pulse polarography simultaneous determination of furazolidone and furaltadone[J].Analytica Chimica Acta,1995,302(1):9-19.

[6] LIU W,KOU J,JOANG X,et al.Determination of nitrofurans in feeds based on silver nanoparticle-catalyzed chemiluminescence[J].Journal of Luminescence,2012,132(1):1048-1054.

[7] 陈小印.聚对氨基苯磺酸修饰电极的制备及其在电分析化学中的应用[D].青岛：青岛大学,2010.

[8] 王书民,樊雪梅.聚对氨基苯磺酸修饰电极用于差分脉冲伏安法测定酪氨酸[J].理化检验(化学分册),2011,47:645-647.

[9] 樊雪梅,王书民,董文举.聚对氨基苯磺酸修饰电极测定对苯二酚[J].商洛学院学报,2009,23(1):46-48.

[10] 陈小印,王宗花,张菲菲,等.槲皮素在聚对氨基苯磺酸修饰电极上的电化学研究[J].青岛大学学报(工程技术版),2010,25(1):54-59.

[11] YAO C,SUN H,FU H F,et al.Sensitive simultaneous determination of nitrophenol isomers at poly(p-aminobenzene sulfonic acid) film modified graphite electrode[J].Electrochimica Acta,2015,156(1):163-170.

[12] JIN G,ZHANG Y,CHENG W.Poly(p-aminobenzene sulfonic acid)-modified glassy carbon electrode for simultaneous detection of dopamine and ascorbic acid[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2005,107(1):528-534.

[13] 赫春香,李晓娟.铁氰化镍/银复合修饰电极的制备及对盐酸麻黄碱的电催化作用[J].辽宁师范大学(自然科学版),2009,32(2):202-204.

Sensitive simultaneous determination of furaltadone by voltammetry

HEChunxiang，WANGTingting，YUHao，SUMeng

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China)

The poly-aminobenzene sulfonic acid modified graphite electrode was prepared by electropolymerization,and it exhibited a remarkable electrocatalysis on electroreduction of Furaltadone(FTD).In phosphate buffer solution (pH 2.00),a sensitive reductive peak currents of FTD was observed at -0.230 V by differtential pulse voltammetry.The reductive peak currents were proportional to concentration of FTD in the range of 1.00×10-8～1.00×10-6and 2.00×10-6～ 9.00×10-6mol/L with a detection limit of 1.00×10-8mol/L.The proposed method was applied in simultaneous determination of FTD in water samples.The recoveries for these samples were from 92.5% to 101.3%.The electrode reaction mechanism of FTD was studied,which showed that it was a electrochemical reduction process with 2 protons and 2 electron controlled by adsorption.

poly-aminobenzene sulfonic acid;electrocatalysis;modified electrode;furaltadone；differtential pulse voltammetry

2016-08-15

赫春香(1961-),女,辽宁沈阳人,辽宁师范大学教授.E-mail:hcx0224@163.com

1000-1735(2017)02-0227-05

10.11679/lsxblk2017020227

O657.1

A