修饰碳纤维簇微盘电极检测三种β2—肾上腺素受体激动剂
2017-08-11楚朝晖孙雪梅
楚朝晖+孙雪梅
摘 要：该实验为延长碳纤维簇微盘电极使用寿命，同时提高电极灵敏度，采用电解法在其表面修饰聚二烯丙基二甲基氯化铵保护的纳米普鲁士蓝粒子，并建立了区带毛细管电泳-电化学检测法同时分离测定三种β2-肾上腺素受体激动剂用以验证该电极。实验最终确定的最佳修饰条件为0.9 V电解250 s；最佳电泳条件为：硼酸-盐酸缓冲体系（pH=6.0，25 mmol·L-1），电泳电压为10 kV，检测电位为+1.0 V。在该条件下对猪肉样品进行测定，证明新法制备的修饰电极比裸电极具有给高的灵敏度，使用寿命更长，且抗干扰能力更强。
关键词：碳纤维簇微盘电极 区带毛细管电泳 化学修饰电极 β2-肾上腺素受体激动剂
中图分类号：R974+.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0209-04
毛细管电泳是一种具有耗样少、效率高等优点的分离方法，在各领域得到了广泛的应用[1-2]。碳纤维簇微盘电极是一种电化学检测法较为常用的微电极[3-4]，但是由于其具有较强的吸附性而不耐用，因而对其进行修饰改进既可以延长单个电极的使用寿命，也可以提高毛细管电泳电化学检测法的检测性能。该实验采用电解法对自制碳纤维簇微盘电极进行修饰，采用沙丁胺醇（SAL）、克伦特罗（CLB）和莱克多巴胺（RAC）作为验证待测物，运用毛细管电泳电化学检测法分离检测猪肉样品中上述3种待测物，证明该修饰电极比裸电极使用寿命更长，检测限更低，稳定性更好。
1 实验部分
1.1 实验仪器
MPI-A型毛细管电泳电化学发光检测仪（西安瑞迈分析仪器有限公司）；KQ118型超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；25 μm弹性石英毛细管（外径375 μm，永年县锐沣色谱器件有限公司）；250 μm弹性石英毛细管（外径625 μm，永年县锐沣色谱器件有限公司）；三电极体系：自制修饰碳纤维簇微盘电极（工作电极），铂片电极（辅助电极），饱和甘汞电极（参比电极）。
1.2 材料与试剂
碳纤维（山东工业大学碳纤维研究中心），沙丁胺醇（中国食品药品检定研究院，99.7 %），盐酸克仑特罗（阿拉丁，98 %），盐酸莱克多巴胺（Dr.Ehrenstorfer，98 %），硼酸（AR，天津市博迪化工有限公司），四硼酸钠（AR，天津市鼎盛鑫化工有限公司），氢氧化钠（AR，天津市博迪化工有限公司），聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）（Mw=100 000-200000 g·mol-1，20%水溶液，Aldrich），铁氰化钾（AR，天津市广成化学试剂），氯化铁（AR，天津市瑞金特化学品有限公司），502胶，改性丙烯酸酯胶粘剂（302胶）。
实验用水均为FBZ6002-UP 型纯水机（富勒姆）制备所得二次超纯水。
1.3 实验方法
1.3.1 碳纤维簇微盘电极的制备与处理
裁取一簇5 cm长的碳纤维约20根，浸于无水乙醇中超声清洗5 min后，晾干备用。裁取250 μm弹性石英毛细管约3 cm，将碳纤维滴涂丙酮后塞满其中。将充满碳纤维的毛细管一端接触502胶几秒钟取出晾干，插入铜丝用302胶固定。以302胶包裹电极外侧用于保护[5]。
1.3.2 修饰电解液的配制
A液：25 mmol·L-1的铁氰化钾溶液。
B液：0.025 mmol·L-1的PDDA与6.25 mmol·L-1的氯化铁混合溶液。
修饰电解液：按照体积比A∶B=1∶4的比例分别取A液和B液，混匀，现用现配。
1.3.3 PDDA保护的纳米普鲁士蓝修饰碳纤维簇微盘电极的制备
以打磨清洗好的CFMBE为工作电极组装三电极体系，置于修饰电解液中在0.9 V电压下电解250 s，用水清洗后晾干即得PDDA保护的纳米普鲁士蓝修饰碳纤维簇微盘电极（P-PB/CFMBE）。
1.3.4 分离检测条件
实验选择pH=6.0、浓度为25 mmol·L-1的硼酸-盐酸体系为缓冲液，采用的分离电压为10 kV，检测电势为+1.0 V，12 kV电动进样10 s。
2 结果与讨论
2.1 纳米普鲁士蓝修饰电极的优势
2.1.1 纳米普鲁士蓝对β2-肾上腺素激動剂的电催化作用
在SAL、CLB和RAC的浓度均为1.2×10-4 mol·L-1、pH为9.3以及硼酸根离子浓度为50 mmol·L-1的硼砂-硼酸溶液中，分别以CFMBE和P-PB/CFMBE为工作电极进行循环伏安测试，所得曲线如图1所示。由图可以清晰地看出，修饰后的电极信号响应（曲线2）比裸电极（曲线1）高出将近一个数量级。对比可见，电解法可以有效修饰上纳米普鲁士蓝，且纳米普鲁士蓝具有很优秀的电催化氧化效应；但此pH下带负电荷的RAC离子被静电屏蔽效应屏蔽[6]，峰型更不明显。综上，P-PB/CFMBE具有优秀的电催化能力，同时要想做到同步检测必须调整pH使三种β2-肾上腺素激动剂均带正电荷。
2.1.2 电极稳定性
为验证修饰电极的稳定性，将CFMBE与P-PB/CFMBE分别置于铁标准溶液中进行循环伏安扫描若干圈，实验结果如图2所示。由图可知，P-PB/CFMBE在连续工作条件下具有更优秀的稳定性，电极寿命更长。
2.2 修饰时间的选择
将不同修饰时间得到的P-PB/CFMBE置于铁标准溶液中进行循环伏安测试。实验发现，在50～250 s之间，随着修饰时间延长（除200 s外），氧化还原峰电位差减小，峰电位整体负移；当修饰时间大于300 s时，在选定窗口（-0.2～+0.8 V）内没有氧化还原峰。综合上述及实际分离实验，修饰时间选250 s。
2.3 检测缓冲液的选择
2.3.1 缓冲液pH的选择
根据SAL等三种待测物的pKa[7]以及三价铁离子沉淀pH，该实验研究了pH 4.0～8.0对三种物质的峰电流（ip）、迁移时间（tm）和实际分离检测效果的影响。SAL的峰电流随着pH的增大先升高后降低，在pH=5.5时有极大值；CLB的峰电流随pH的增大而降低，但降低速率很小；RAC的峰电流随pH的增大先升高后急速降低，在pH=5.0时有极大值，当7.0 综上，虽然在碱性环境中更有利于SAL等三种待测物的分离检测，但RAC的特征峰很可能被杂质峰掩蔽，因此实际上不利于复杂条件下的同步检测。因此，实验选择pH=6.0作为检测缓冲液的pH条件。 2.3.2 缓冲液种类的选择 该实验考察了磷酸盐和硼酸-盐酸两种缓冲体系对待测物进行了考察。虽然磷酸盐体系的谱图基线更加稳定，但是其具有管壁吸附效应，不利于实际应用。因此，实验选择硼酸-盐酸体系作为检测缓冲液。 2.3.3 缓冲液浓度的选择 该实验在缓冲液浓度范围在5～200 mmol·L-1的区间内缓冲液浓度对SAL等三种待测物的迁移时间的影响。实验结果可知，SAL等的迁移时间均随着缓冲液浓度的升高而变长。当缓冲液浓度过低时，不利于分离；当浓度过高时，基线很不稳定。综合基线稳定程度等实验结果，实验本着尽量缩减检测时间的原则将缓冲液浓度定为25 mmol·L-1。 2.4 分离电压的选择 分离电压（VS）越高，SAL等三种待测物的迁移时间越短。但是当电压高于12 kV时，焦耳热效应明显，基线稳定性下降。因此，实验选择10 kV作为分离电压。 2.5 进样电压与进样时间的选择 我们考察了进样电压2～15 kV、进样时间3～10 s分别对峰电流和峰形的影响。结果表明，进样电压12 kV、进样时间10 s即可满足实验要求。 2.6 线性方程、相关系数、线性范围和检测限 配制浓度范围为10-2～10-10 mol·L-1的SAL、CLB和RAC混合标准溶液，在选定的实验条件下进行分离检测；每个浓度平行进样5次，各组分平均峰高记作ip，以-lg c对-lg ip做线性回归，计算所得的线性方程、线性范围及检测限等如表1所示。在其他实验条件相同的条件下，采用CFMBE作为工作电极，重复上述实验，相关数据同列于表1。对比可知，P-PB/CFMBE的性能更优秀。鉴于该实验条件并非以CFMBE为工作电极的最佳实验条件，参考对比本实验室以前的实验数据[8]可知，该实验制得的P-PB/CFMBE具有更低的检测限。 2.7 样品测定和回收率 在选定的实验条件下，将新鲜制备的猪肉提取液进行电泳分析，电泳图如图3中曲线I所示。另取少量制备出的提取液，加入适量SAL、CLB和RAC，平行5次进行加标回收实验。猪肉样品溶液加标电泳结果如图3中曲线III所示，曲线II为采用CFMBE为工作电极的对比试验。如图3中曲线IV所示，三种β2-肾上腺素受体激动剂成功有效分离，通过标准加入法确定了a峰、b峰、c峰分别为RAC、CLB和SAL的特征峰，a峰为RAC的副峰。曲线III与曲线II相比，三种待测物的信号响应明显增强，证明纳米普鲁士蓝对该三种物质的电化学反应确有催化作用；使用P-PB/CFMBE的基线比使用CFMBE时更加稳定，证明纳米普鲁士蓝可以屏蔽猪肉提取液中带负电荷的杂质粒子。 通过待测物的样品加标回收实验可知，待测物的平均回收率在99%～102 %之间，说明本方法制备的修饰电极具有较高的准确度，重现性较好。 3 结语 该实验采用电解法在碳纤维簇微盘电极表面修饰聚二烯丙基二甲基氯化铵保护的纳米普鲁士蓝，用制备所得的纳米普鲁士蓝修饰电极检测三种β2-肾上腺素受体激动剂。实验结果证明，该方法制得的修饰电极可以有效屏蔽负离子杂质的干扰，具有更长的使用寿命，更好的重现性，更低的检测限，在检测工作中可以替代裸碳纤维簇微盘电极。 参考文献 [1] SUN Jin-ying， XU Xiao-yu， YU Huan， et al. Determination of Nicotine in Tobacco by Capillary Electrophoresis with Electrochemical Detection[J]. CHEM. RES. CHINESE UNIVERSITIES， 2012， 28（3）： 415-418. [2] Li Wen-li， Ge Jin-yuan， Pan Ya-li， et.al. Direct analysis of biogenic amines in water matrix by modified capillary zone electrophoresis with 18-crown-6[J]. Microchim，Acta，2012（177）：75-80. [3] 李传龙， 孙雪梅. 毛细管电泳电化学法检测大鼠腹腔肥大细胞提取液中的抗坏血酸[J]. 山东理工大学学报：自然科学版， 2011，25（3）：10-13. [4] Sun Xue-mei， Jin Wen-rui， Catalysis-Electrochemical Determination of Zeptomole Enzyme and Its Application for Single-Cell Analysis[J]. Anal， Chem， 2003（75）： 6050-6055. [5] Sun Xue-mei， Niu Yan， Bi Sai， et.al. Determination of ascorbic acid in individual rat hepatocyte by capillary electrophoresis with electrochemical detection[J]. Journal of Chromatography B， 2008（870）： 46-50. [6] 李凤斌，董绍俊.化学修饰电极的研究IX.普鲁士蓝修饰电极的制备和性能[J].应用化学，1986，3（2）：42-47. [7] 高杨菲，许学书.毛细管电泳同步分离检测“瘦肉精”及其替代物[J].食品工业，2008（3）：71-74. [8] 楚朝晖，孙雪梅.区带毛细管电泳——电化学检测法分离检测莱克多巴胺、沙丁胺醇和克伦特罗[J].青岛科技大学学报：自然科学版，2016，37（增刊1）：21-24.
