基于纳米银-石墨烯复合材料的增强效应电化学测定对乙酰氨基酚

张 亚，王 燕，马亚军

( 榆林学院 化学与化学工程学院，陕西 榆林 719000)

对乙酰氨基酚(Paracetamol，PCT)俗称扑热息痛，是一种常见的乙酰苯胺类解热镇痛药，在中西药及其制剂中使用广泛。因其对胃肠道刺激作用小，解热镇痛作用缓和持久，安全有效，故临床上适用于感冒引起的发热、头痛、关节痛，风湿病引起的骨骼肌疼痛以及各种神经痛、偏头痛等，应用较为广泛。但服用过多PCT对人体有害，会出现腹痛、出汗、恶心等症状，有关服用过量PCT而导致肝、肾损害甚至肝昏迷的病例已有文献报道[1]。因此，对其含量检测方法的研究具有重要意义。目前用于对乙酰氨基酚检测的方法主要有滴定法[2]、毛细管电泳法[3]、高效液相色谱法[4]、分光光度法[5]、荧光法[6]以及电化学方法[7-11]。除了电化学方法外，其它方法一般均需复杂的样品前处理，且灵敏度较低，难以实现对乙酰氨基酚的灵敏、快速检测。化学修饰电极的制备有助于进一步提高电化学分析法的选择性和灵敏度。有关对乙酰氨基酚在L-半胱氨酸[7]、石墨烯[8]、单壁碳纳米管/聚甘氨酸复合膜[9]、石墨烯-离子液体复合物[10]、分子印迹膜[11]等修饰电极上的电化学检测已有文献报道。

石墨烯(GN)是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶体结构的新型碳材料，具有较大的比表面积和良好的电子传输能力[12]。由于GN片层间的π-π共轭作用和范德华力易造成GN本身的卷曲、团聚和层间堆叠，导致其比表面积减小以及催化性能降低[13]。因此，有必要将石墨烯与其它纳米材料复合，借助不同材料的协同作用，进一步改善石墨烯的性质。金属纳米粒子具有与其颗粒大小相关的特殊性质，从而产生了不同于相应块体材料的电学、光学和催化性能，在电分析化学领域受到广泛关注[14]。将金属纳米粒子引入石墨烯中，不仅可有效防止石墨烯的聚集，使石墨烯具有更大的比表面积，而且可以充分发挥金属纳米粒子的催化性能[15]。

本文参照文献[16]方法制备氧化石墨烯(GO)，然后利用氧化还原反应制备了纳米银-石墨烯复合纳米材料(AgNPs-GN)，并将其修饰在玻碳电极表面制备了纳米Ag-石墨烯修饰玻碳电极(AgNPs-GN/GCE)。实验结果表明，该电极对对乙酰氨基酚有明显的电催化作用，根据该体系的伏安行为，建立了一种对乙酰氨基酚测定的新方法。该方法快速、简便易行，用于片剂中对乙酰氨基酚含量的测定，结果满意。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

电化学实验在CHI660D电化学工作站(上海辰华仪器公司)上完成。三电极系统：分别以玻碳电极(GCE)、GN/GCE和AgNPs-GN/GCE为工作电极，铂丝电极为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极。DL-180型超声清洗仪(浙江省象山县石浦天电子仪器厂)。场发射扫描电镜(德国蔡司公司Zeiss σ300型)。实验在常规的电解池中完成，所有电位均以SCE为参比。

石墨粉(化学纯，国药集团化学试剂有限公司)；硼氢化钠(分析纯，天津市致远化学试剂有限公司)；硝酸银(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)。实验用水为二次蒸馏水。1.0×10-2mol/L 对乙酰氨基酚储备液：准确称取0.075 6 g 对乙酰氨基酚(中国药品生物制品检测所)，用乙醇溶解，二次蒸馏水定容于50 mL棕色容量瓶中，置于冰箱内保存，使用时用B-R缓冲溶液稀释至所需浓度。对乙酰氨基酚片(石药集团欧意药业有限公司)购于当地药店。B-R缓冲溶液作支持电解质。

1.2 AgNPs-GN复合纳米材料的制备

氧化石墨烯(GO)采用改进的Hummers法[16]制得。称取30 mg 自制GO超声分散在20 mL乙醇-水混合溶液中(等体积混合)，形成黑色分散液，将6 mL 1 mmol/L AgNO3溶液缓慢加入到上述黑色分散液中，然后在冰浴、搅拌条件下逐滴加入过量的NaBH4溶液并持续搅拌2 h，得到黑色的浑浊溶液，将此溶液过滤，用二次蒸馏水反复冲洗黑色过滤物以除去过量的NaBH4，最后将所得产物放在真空烘箱中于70 ℃干燥12 h，即得AgNPs-GN复合纳米材料。

石墨烯(GN) 的制备方法同上，不加AgNO3。

1.3 修饰电极的制备

将玻碳电极(Φ=2.0 mm)先用金相砂纸抛光,然后依次用0.3 μm和0.05 μm 的Al2O3粉末在麂皮上抛光至镜面，移入超声水浴中清洗，最后依次用1∶1乙醇、1∶1 HNO3和二次蒸馏水超声清洗5 min。

将5 mg AgNPs-GN粉末加入10 mL二次蒸馏水中，超声分散20 min，得到黑色悬浮液。用微量进样器移取5.0 μL悬浮液滴加在玻碳电极表面，在红外灯下烘干，即得AgNPs-GN修饰电极。GN/GCE的制备方法与AgNPs-GN/GCE相似。将AgNPs-GN/GCE、GN/GCE放入B-R缓冲溶液(pH=4.78)中循环伏安扫描(-0.3～1.0 V ) 10圈，活化电极。

图1 GN(A)和 AgNPs-GN(B)的扫描电镜图Fig.1 SEM images of GN(A) and AgNPs-GN(B)

1.4 实验方法

在25 mL容量瓶中，加入适量对乙酰氨基酚样品或标准溶液，用B-R缓冲溶液稀释至刻度，振荡均匀。转移部分溶液至电解池中，插入电极，在-0.3～1.0 V之间进行循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)实验。用CHI660D电化学工作站记录对乙酰氨基酚的峰电流和峰电位。

2 结果与讨论

2.1 AgNPs-GN复合材料的扫描电镜图

GN(A)和AgNPs-GN(B)复合物的扫描电镜图(SEM)如图1所示。由图可见，GN呈无序、褶皱状的层叠结构，结构稳定，可以增加电极的比表面积。在AgNPs-GN中，Ag纳米粒子较为均匀地黏附在GN表面，呈现三维网状结构。与GN相比，三维网状的AgNPs-GN纳米复合膜具有更大的比表面积，AgNPs能进一步提高电子传递速率，增加复合材料的催化性能。

图2 PCT在 GCE(a) 、GN/GCE(b)和AgNPs-GN/GCE(c) 上的循环伏安图Fig.2 CV curves of PCT at GCE(a)，GN/GCE(b) and AgNPs-GN/GCE(c)

2.2 对乙酰氨基酚在不同电极上的伏安行为

图2为GCE(曲线a)、GN/GCE(曲线b)和AgNPs-GN/GCE(曲线c)在5.0×10-5mol/L对乙酰氨基酚+B-R缓冲溶液(pH 4.78)中的电化学响应。

如图所示，在3种电极上对乙酰氨基酚均产生了1对氧化还原峰。在GCE(图2a)上对乙酰氨基酚的氧化峰电位为0.473 V，还原峰为0.362 V，氧化还原峰峰电位差(ΔEp)为0.111 V。在GN/GCE(图2b)上对乙酰氨基酚的氧化峰电位负移至0.422 V，还原峰电位正移至0.380 V，ΔEp减小为0.042 V。而且对乙酰氨基酚在GN/GCE上的峰电流比其在裸GCE上的明显增大，还原峰电流约是其在裸GCE上的6倍。在AgNPs-GN/GCE(图2c)上，对乙酰氨基酚的氧化峰电位负移至0.402 V，还原峰电位正移至0.345 V，ΔEp减小为0.057 V。此外，对乙酰氨基酚在AgNPs-GN/GCE上的峰电流比其在GN/GCE和GCE上的显著增大，AgNPs-GN/GCE上的还原峰电流约是其在裸GCE上的30倍、GN/GCE上的5倍。上述实验结果表明，GN/GCE和AgNPs-GN/GCE均改善了对乙酰氨基酚电极反应的可逆性，提高了其电流响应的灵敏度，说明GN/GCE和AgNPs-GN/GCE对对乙酰氨基酚的氧化还原反应均有电催化作用，而且复合纳米材料AgNPs-GN具有较单一GN更好的电催化作用。这是AgNPs、GN两种纳米材料之间协同作用，即GN的表面吸附和纳米AgNPs增强电极活性面积共同作用的结果。

2.3 扫速的影响

考察了扫速对对乙酰氨基酚电流的影响(图3)。如图所示，在5.0×10-5mol/L对乙酰氨基酚+B-R缓冲溶液(pH 4.78)中，对乙酰氨基酚在AgNPs-GN/GCE上的氧化、还原峰电流均随着扫速的增加而增大，而且均与扫速(v,mV/s)呈线性关系(图3插图)，线性方程及相关系数分别为Ipa(μA)=-0.118 2v+2.062，r=0.995 2；Ipc(μA)=0.117 5v-0.532 3，r=0.997 1。说明对乙酰氨基酚在AgNPs-GN/GCE上的电极反应过程受吸附控制。

图3 AgNPs-GN/GCE在5.0×10-5 mol/L对乙酰氨基酚中不同扫速下的循环伏安曲线 Fig.3 CV curves of AgNPs-GN/GCE in 5.0×10-5 mol/L PCT at various scan ratesscan rate(from a to h)：50，100，150，200，250，300，350，400 mV/s；insert:Ip vs v

将AgNPs-GN/GCE从对乙酰氨基酚溶液中取出放入B-R缓冲溶液(pH 4.78)中进行连续循环伏安扫描，开始时对乙酰氨基酚的1对氧化还原峰仍然存在，随着扫描次数的增多，峰电流逐渐减小直至消失，证明了对乙酰氨基酚在修饰电极上的吸附性。

2.4 实验条件的优化

2.4.1修饰剂浓度实验考察了AgNPs-GN修饰液浓度的影响。结果表明，随着修饰液浓度的增大，对乙酰氨基酚在修饰电极上的氧化还原峰峰电流也逐渐增大。当AgNPs-GN悬浮液质量浓度为0.5 g/L时，对乙酰氨基酚的氧化还原峰峰电流最大。当AgNPs-GN悬浮液质量浓度大于0.5 g/L时，峰电流有所下降。这可能是由于电极表面修饰的AgNPs-GN量过多，导致修饰层过厚，使得AgNPs-GN的催化作用无法得到有效利用，导致氧化还原峰峰电流降低。因此，采用5 μL 0.5 g/L石墨烯悬浮液制备的AgNPs-GN/GCE作为工作电极进行实验。

2.4.2支持电解质及其pH值的选择支持电解质的种类及其pH值对PCT的伏安响应有很大影响。分别在不同的支持电解质(NaAc-HAc、酒石酸-酒石酸钠、Na2HPO4-KH2PO4、HCl、柠檬酸钠-HCl和B-R缓冲溶液)中对5.0×10-5mol/L PCT的电流响应进行了研究，结果表明,在B-R缓冲溶液中，PCT的峰电流最大，峰形最好。随后，考察了B-R缓冲溶液的pH值对PCT电流响应的影响。发现pH值较低时，PCT的峰电流随pH值的增大而缓慢增加；pH 4.78时达最大值；继续增大pH值后，其峰电开始减小。因此，实验选择pH 4.78的B-R缓冲溶液作支持电解质。

2.4.3富集时间、富集电位及方波伏安法参数的影响考虑到PCT在AgNPs-GN/GCE表面的吸附，考察了富集时间和方波伏安参数等对PCT还原峰电流的影响。当富集时间从2 s增加到80 s时，还原峰电流随富集时间的增加而增大，当富集时间超过80 s后，峰电流达到最大且保持恒定，因此选定富集时间为80 s。保持PCT浓度不变而改变方波伏安法参数，获得的最佳方波伏安法参数为振幅0.040 V，频率15 Hz。

图4 AgNPs-GN/GCE在不同浓度PCT溶液中的SWV曲线Fig.4 SWV curves of AgNPs-GN/GCE in different concentrations of PCT solution cPCT(a-f)： 0.1，40，90，180，360，500(×10-6 mol/L)；insert:Ip vs c

2.5 干扰实验

2.6 标准曲线与稳定性

在优化的实验条件下，6个不同浓度的对乙酰氨基酚溶液在AgNPs-GN/GCE上的方波伏安(SWV)曲线见图4。对乙酰氨基酚的还原峰电流与其浓度在1.0×10-7～5.0×10-4mol·L-1范围内呈线性关系，线性回归方程为：Ip(μA)=3.813×104c(mol/L)+0.058 32，r=0.999 1，检出限(S/N=3)为3.0×10-8mol/L。

用同一支AgNPs-GN/GCE对5.0×10-5mol·L-1的对乙酰氨基酚平行测定6次，峰电流的相对标准偏差(RSD)为1.4%，说明修饰电极具有较好的稳定性。用6支不同批次制备的AgNPs-GN/GCE对5.0×10-5mol·L-1的对乙酰氨基酚进行测定，峰电流的RSD为2.9%，说明该电极具有较好的重现性。

2.7 片剂中对乙酰氨基酚的测定

取PCT片剂(四川省通园制药有限公司，标示量0.5 g/片)称量后在研钵中研成粉末，然后用乙醇充分溶解。再将样品溶液移入250 mL容量瓶中，用0.1 mol/L的B-R缓冲溶液稀释定容。分别用本方法和药典方法对样品进行测定，结果见表1，可见本方法与药典方法所得结果基本一致。另取上述已知含量的PCT样品溶液，加入一定量的PCT标准溶液进行加标回收实验，结果见表1。回收率为98.0%～106.0%，说明本方法的准确度符合要求。

表1 片剂中对乙酰氨基酚的测定结果及回收率(n=5)Table 1 Determination results of PCT in tablets and recoveries(n=5)

3 结 论

制备了GN/GCE和AgNPs-GN/GCE两种修饰电极，两者对对乙酰氨基酚的氧化还原反应均有电催化作用，而且AgNPs-GN/GCE较GN/GCE具有更好的催化效果；对乙酰氨基酚在AgNPs-GN/GCE上的电极反应过程受吸附控制；方波伏安法测得对乙酰氨基酚的还原峰电流与其浓度在1.0×10-7～5.0×10-4mol/L范围内呈良好线性关系，检出限为3.0×10-8mol/L。AgNPs-GN/GCE具有良好的重现性和稳定性，可用于片剂中对乙酰氨基酚的测定。

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