基于纳米CeO2增敏鲁米诺化学发光法测定对乙酰氨基酚的研究

李云云，张琰图，章竹君，王军锋

(延安大学 化学与化工学院，陕西省化学反应工程重点实验室，陕西 延安 716000)

基于纳米CeO2增敏鲁米诺化学发光法测定对乙酰氨基酚的研究

李云云*，张琰图，章竹君，王军锋

(延安大学 化学与化工学院，陕西省化学反应工程重点实验室，陕西 延安 716000)

基于碱性条件下，CeO2纳米粒子能够有效增敏鲁米诺-KMnO4体系的化学发光，并结合流动注射技术建立了一种对乙酰氨基酚测定的新方法。实验研究了影响化学发光检测信号的多种因素，并初步探讨了可能的化学发光机理。在最佳实验条件下，对乙酰氨基酚浓度在1.0×10-7～5.0×10-5mol/L范围内与相对化学发光强度的抑制值呈良好的线性相关，相关系数(r2)为0.996 4，检出限(3σ)为3.3×10-8mol/L。对5.0×10-6mol/L的对乙酰氨基酚溶液平行测定11次，计算得相对标准偏差(RSD)为0.3%。该法用于银翘片中对乙酰氨基酚含量的测定，回收率为98.0%；对尿液的加标回收率为97.9%～98.7%，结果满意。

鲁米诺；CeO2纳米粒子；对乙酰氨基酚；流动注射；化学发光

对乙酰氨基酚(N-Acetyl-4-aminophenol,APAP)，为乙酰苯胺类药物，分子式C8H9NO2，能溶于乙醇、丙酮和热水，不溶于石油醚及苯，是一种广泛应用于临床的解热镇痛药，也是很多药物的有效成分之一。由于APAP对胃肠道刺激作用小，解热镇痛作用缓和持久，并且安全有效，所以临床上应用较为广泛[1]。

近年来,随着纳米科技的发展,将纳米材料、化学发光分析法以及流动注射技术相结合建立一种高灵敏度的微量及痕量药物分析技术,是当前分析化学领域中的研究热点，具有广泛的应用前景[2-6]。化学发光分析法与纳米技术的结合在优化化学发光反应的分析特性，以及拓宽化学发光分析的应用范围等方面获得了长足的发展，又因纳米粒子具有良好的生物相容性，因此可以用作生物标记物，实现化学发光检测信号的放大，极大地提高了分析检测的灵敏度[7-9]。金属纳米材料主要是指贵金属Au、Ag包括铂族(Pt、Pd、Os、Ir、Ru、Rh)等金属元素构成的纳米材料。金属氧化物纳米材料主要指过渡金属(Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ti等)的氧化物组成的纳米材料。目前常用于流动注射化学发光的纳米粒子主要有金、银等贵金属纳米粒子，国内清华大学张新荣课题组[10-13]、中国科学技术大学崔华课题组[14-16]，将纳米材料用于化学发光体系，对贵金属纳米粒子作为还原剂、催化剂、能量接受体、微尺度反应平台参与化学发光过程进行了系统研究。关于金属氧化物制备方法和性能的研究已有文献报道[17-19]，而将金属氧化物纳米粒子用于化学发光的文献报道很少[3,20-21]。

目前对乙酰氨基酚的测定方法有高效液相色谱法[22-23]、近红外漫反射光谱法[24]、荧光光谱法[25]、液相色谱-串联质谱法[26]和电化学法[27-29]等。虽然这些方法具有灵敏度高和选择性好的优点，但操作步骤复杂，或者仪器较昂贵。化学发光法因灵敏度高、线性范围较宽而广泛应用于各个领域。已报道的对乙酰氨基酚测定的化学发光体系有KMnO4-Na2SO3体系[30]、鲁米诺-H2O2-纳米银[31]等。但是未见用金属氧化物纳米粒子催化鲁米诺- KMnO4化学发光体系来测定对乙酰氨基酚的报道。

基于金属氧化物纳米粒子优越的光催化性能以及化学发光分析法的优点，本研究通过制备金属氧化物纳米粒子，构建CeO2NPS-鲁米诺-KMnO4化学发光体系，采用流动注射技术测定实际样品尿液和银翘片中的微痕量对乙酰氨基酚。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

IFIS-D智能流动注射进样器(西安瑞迈分析仪器有限公司)、PCL微弱发光测量仪、F-4500型荧光分光光度计(日本日立公司)、8-1磁力加热搅拌器(国华电器有限公司)、管架自动平衡离心机(湘仪离心机厂)。

1.0×10-2mol/L对乙酰氨基酚标准储备液：准确称取0.151 0 g对乙酰氨基酚，用少量乙醇溶解，定容至100 mL容量瓶中，使用时逐级稀释。

1.0×10-2mol/L鲁米诺标准储备液：称取0.177 1 g鲁米诺，用1.0 mol/L氢氧化钠溶液溶解，然后加水定容至100 mL容量瓶中，常温避光保存1周后使用。

1.0×10-2mol/L高锰酸钾储备液：准确称取高锰酸钾固体0.158 0 g，然后用水溶解于100 mL烧杯中，放置在磁力加热搅拌器上，盖玻璃皿加热半小时后用滤纸过滤，最后定容至100 mL棕色容量瓶中，避光放置1周使用。

实验用水为超纯水，试剂均为分析纯。

1.2 CeO2纳米粒子的合成

参照文献[19]并稍作改进合成CeO2纳米粒子：准确称取2.170 0 g Ce(NO3)3·6H2O固体颗粒，溶于少量水中。取聚丙烯酸(PAA) 2.5 mL于烧杯中，准确加入10.00 mL水得到其浓度为0.04 mol/L的水溶液。然后将以上两种溶液混合，边搅拌边加入至30 mL浓氨水中，盖上玻璃皿并于磁力搅拌器上搅拌12 h，静置，得到深棕色的溶液。以5 000 r/min离心20 min后，用滤纸过滤除去其中的杂质，最后定容至100 mL容量瓶中，得到其浓度为0.05 mol/L。

图1 流动注射化学发光流路图Fig.1 Diagram of fluid injection chemiluminescence P1,P2.peristaltic pump；a.KMnO4；b.H2O/acetaminophen;c.alkaline luminol;d.CeO2;V.injection valve；C.flow pool；W.liquid waste；PMT.photomultiplier tube；NHV.negative high pressure

图2 化学发光动力学曲线Fig.2 Kinetic curves of the chemiluminescencea:luminol+KMnO4;b:luminol+KMnO4+CeO2+acetaminophen;c:luminol+KMnO4+CeO2

1.3 流动注射化学发光体系流路图

本实验中构建的流动注射化学发光体系如图1所示，选用的化学发光体系为CeO2NPS-鲁米诺-KMnO4，以化学发光强度的峰高值进行定量，并对流动注射体系的相关仪器检测参数进行优化。

2 结果与讨论

2.1CeO2纳米粒子对化学发光体系的影响

实验考察了CeO2纳米粒子加入前后对化学发光体系的影响，如图2中曲线a和c所示，当CeO2纳米粒子存在时，鲁米诺-KMnO4体系的发光强度得到极大增强，而当加入对乙酰氨基酚后，化学发光强度明显下降，如图2中曲线b所示，说明该药物对CeO2纳米粒子-鲁米诺-KMnO4体系的化学发光行为具有明显的抑制作用。

2.2 仪器参数的选择

实验考察了泵的运行时间以及主、副泵速、负高压对发光强度的影响，综合实验中的试剂用量、峰值、操作时间等因素，最终确定仪器检测参数为：主、副泵速均为40 r/min，运行时间为50 s,负高压为700 V。

2.3 溶液浓度的优化

2.3.1鲁米诺浓度的优化鲁米诺作为本实验体系的发光试剂，其浓度直接影响该体系的发光强度。考察了鲁米诺浓度对体系发光强度的影响，结果显示，当鲁米诺浓度为1.0×10-6～1.0×10-4mol/L时，发光强度随浓度的增大先增强，浓度为5.0×10-5mol/L时发光强度达最大值，而后几乎不变，所以选择鲁米诺浓度为5.0×10-5mol/L。

2.3.2NaOH浓度的优化实验考察了NaOH浓度对化学发光强度的影响，结果发现，NaOH浓度在0.01～0.1 mol/L范围内，发光强度随浓度的增大逐渐增强，在0.1～0.13 mol/L范围内发光强度几乎不变。所以实验选择NaOH溶液的浓度为0.1 mol/L。

2.3.3KMnO4浓度的优化实验考察了KMnO4浓度对化学发光强度的影响，结果显示，当KMnO4溶液浓度低于4.0×10-4mol/L时，体系的化学发光强度随其浓度的增大而增强，当KMnO4浓度在4.0×10-4～7.0×10-4mol/L范围时，体系的发光强度最大且基本稳定，所以选择KMnO4溶液浓度为5.5×10-4mol/L。

2.3.4CeO2纳米粒子浓度的优化讨论了CeO2纳米粒子的浓度在6.0×10-5～2.4×10-4mol/L范围时的发光强度，结果发现当其浓度为1.8×10-4mol/L时具有最大发光强度，所以选用浓度为1.8×10-4mol/L的CeO2纳米粒子。

图3 荧光光谱图Fig.3 Fluorescence spectraa:luminol+KMnO4;b:CeO2NPS+luminol+KMnO4

2.4 发光机理探讨

如图3所示，对鲁米诺-KMnO4、CeO2NPS-鲁米诺-KMnO4两个体系做荧光分析，发现两个体系均在425 nm处有最大荧光峰，说明这两个化学发光体系具有相同的发光体即3-氨基邻苯二甲酸根离子。而b曲线明显比a曲线的峰值高，说明CeO2纳米粒子对鲁米诺-KMnO4发光体系具有明显的增敏作用。

2.5 干扰实验

2.6 标准曲线、精密度与检出限

在优化条件下，以CeO2NPS-鲁米诺-KMnO4为空白测得发光强度为I0，而加入对乙酰氨基酚系列标准溶液测得的发光强度为IS，以抑制的信号强度值(ΔI)与对乙酰氨基酚浓度(c,mol/L)作标准曲线。结果发现在1.0×10-7～5.0×10-5mol/L范围内，对乙酰氨基酚浓度与该体系发光强度的抑制值呈良好的线性关系，线性方程为ΔI=2.6×106c+576(r2=0.996 4)，在该实验条件下根据IUPAC计算的检出限(3σ)为3.3×10-8mol/L。在优化条件下对5.0×10-6mol/L的对乙酰氨基酚溶液平行测定11次，计算得到相对标准偏差(RSD)为0.3%。

2.7 银翘片及尿液分析

2.7.1尿液的前处理参考文献[32]，对尿液进行处理，取5.00 mL新鲜尿液，首先加入PbO2并搅拌15 min，除去尿液中的尿酸和硫脲等。然后以12 000 r/min离心，除去其中的蛋白质后，于4 ℃冰箱中储存备用。

2.7.2回收率的测定银翘片分析：参照文献[25]取银翘片样品5片，研磨成粉末状，然后用乙醇适量提取1 h，冷却过滤，定容至100 mL容量瓶中。按本实验方法进行测定，得到均值为1.03 mg/片，与标示量1.05 mg/片相比较，回收率为98.0%。

尿液分析：分别准确移取3份1.00 mL经处理过的尿液于100 mL容量瓶中，依次向其中加入6.00、8.00、10.00 mL浓度为1.0×10-4mol/L的对乙酰氨基酚标准溶液，最后用二次水定容。同时进行加标回收试验，结果如表1所示，3个加标浓度下的回收率为97.9%～98.7%，RSD为0.3%～0.6%。

表1 尿液分析结果Table1 Analytical results of urine

3 结 论

本研究建立了一种金属氧化物纳米粒子催化化学发光新体系。实验结果表明，所制备的CeO2纳米粒子能很好地催化鲁米诺- KMnO4体系的化学发光，而对乙酰氨基酚却能与鲁米诺竞争KMnO4，从而线性抑制该体系发光信号，基于此可对实际样品和药物制剂中的微痕量对乙酰氨基酚进行分析测定。该方法操作简单，易于实现，具有良好的回收率。将该金属氧化物纳米粒子用于流动注射化学发光体系，极大拓展了化学发光的应用范围，有望用于临床疾病诊断和药物控制等方面。

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Study on Determination of Acetaminophen by CeO2Nanoparticle-sensitized Luminol Chemiluminescence

LI Yun-yun*,ZHANG Yan-tu,ZHANG Zhu-jun，WANG Jun-feng

(College of Chemistry & Chemical Engineering，Shaanxi Key Laboratory of Chemical Reaction Engineering,Yan’an University,Yan’an 716000，China)

A new method for the determination of acetaminophen was established by flow injection technique as CeO2nanoparticles(CeO2NPS) could effectively enhance the chemiluminescent(CL) intensity of luminol-KMnO4system in alkaline conditions.In this study,a variety of factors influencing the chemiluminescence detection signal were studied,while the possible CL mechanism was discussed.Under the optimum experimental conditions,the concentration of acetaminophen was linear with the inhibition of relative CL intensity in the range of 1.0×10-7mol/L-5.0×10-5mol/L.The detection limit(3σ) was 3.3×10-8mol/L.And the relative standard deviations(RSD) were calculated to be 0.3% for 11 times parallel detection on 5.0×10-6mol/L acetaminophen solution.The method was successfully applied in the determination of acetaminophen in Yinqiao tablets and urine with the satisfactory recoveries of 98.0% and 97.9%-98.7%,respectively.

luminol；CeO2nanoparticles；acetaminophen；flow injection；chemiluminescence

2017-06-23；

2017-07-25

延安大学校级科研项目(YDK2015-69)

*

李云云，硕士，讲师，研究方向：纳米粒子催化发光与药物分析，Tel:0911-2332037，E-mail:liyun233@126.com

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.11.014

O657；O734

A

1004-4957(2017)11-1375-05