石墨烯电化学传感器对药物中山奈酚含量的检测

2023-10-08孙月新蒋丽萍陈波柏昌顺

山东化工 2023年16期

孙月新,蒋丽萍,陈波,柏昌顺

(浙江海运职业技术学院,浙江舟山 316021)

山奈酚是一种天然黄酮醇类化合物,主要来源于姜科植物山奈的根茎中。山奈酚具有一定防癌抗癌作用,主要是因为山奈酚的抗氧化性比较好[1-2],有助于降低人体细胞、脂质和DNA造成的氧化损伤。医学研究表明,山奈酚对肺癌、宫颈癌、胰腺癌及胶质母细胞瘤都有很好的抑制作用,从而达到防癌抗癌的作用,长期膳食会减低患癌的风险。山奈酚除了自身有很好的抗癌效果外,与其他抗癌药物联用也能起到很好的协同作用[3]。另外山奈酚还有一定的抗感染、消炎作用和抗动脉粥样硬化的作用,有研究表明山奈酚对耐甲氧青霉素的金黄色葡萄球菌及绿脓杆菌、伤寒杆菌、痢疾杆菌均有抑制作用[4]。山奈酚还可以止咳,治疗支气管炎。在一定条件下,还可以抑制淋巴细胞增殖,经常做用于抑制生育、抗癫痫、抗氧化剂、解痉、抗溃疡和利胆利尿剂等方面。目前中草药的研究越来越备受关注,山奈酚也是研究的热点之一。

山奈酚常见的测定方法有很多,常见的有高效液相色谱法[5-7]、光谱法[8]、化学发光法[9]、紫外分光光度法[10]及毛细管电泳法[11]等。山奈酚具有电化学活性,用电化学传感器检测山奈酚的报道较少,而将纳米材料修饰的电化学传感器用于山奈酚含量测定的报道更少。石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键,碳原子有4个价电子,其中3个电子生成sp2化学键,该σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构。每个碳原子又贡献一个位于pz轨道上的未成键电子,与近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键,该π键可以贯穿全层的碳原子,因石墨烯的层状结构和特殊化学键组合,使其而具有优良的导电和光学性能。将其用于电化学传感器上可增大电极的比表面积和导电性能[12]。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

CHI760D电化学工作站(上海辰华仪器有限公司);三电极系统:玻碳电极(GCE),Ag/AgCl电极为参比电极,铂丝电极为对电极;85-2A双向恒温磁力搅拌器(江苏省金坛市医疗仪器厂);KQ218超声清洗器(昆山市超声仪器有限公司);pHS-3C型pH计(上海雷磁仪器厂);去离子纯水机(力康Heal Force Easy15),分析天平(奥豪斯 PR124ZH/E)。

山奈酚(南京道斯夫生物科技有限公司标准品);石墨烯(深证市宏达昌进化科技有限公司),实验所用的试剂均为分析纯,实验水为超纯水。

1.2 电极的制备

在鹿皮上依次分用1.0,0.3,0.05 μm的Al2O3粉末将玻碳电极表面抛光,依次用无水乙醇和1 mol·L-1硝酸溶液中超声清洗5 min,然后将其放入超纯水中超声清洗干净,最后在0.1 mol·L-1硫酸溶液中用循环伏安法扫描至曲线稳定,取出用超纯水清洗干净待用[13]。

1.3 实验方法

在室温下,分别采用差分脉冲伏安法和电化学交流阻抗法对该电化学传感器进行表征,支持电解质均为0.1 mol·L-1氨水-氯化铵的水溶液(pH值=10.00)。

2 结果讨论

2.1 实验条件的优化

2.1.1 修饰剂用量的选择

本实验考察了修饰剂用量对该传感器检测峰电流的影响,随着修饰剂用量增大电流值增大,但修饰剂用量超过8 μL后电流值有下降趋势,可能是电极表面随着石墨烯量的增多导致空间比表面积减小,使电子转移的速度降低,最终选择修饰剂用量为8 μL。

2.1.2 支持电解质及pH值的选择

分别考察了同浓度磷酸一氢钾-磷酸二氢钠(PBS)、醋酸-醋酸钠、柠檬酸-柠檬酸钠和氨水-氯化铵等缓冲介质对山奈酚响应信号的影响。如图1结果发现,在氨水-氯化铵介质中山奈酚响应峰电流最大。因此本实验选择氨水-氯化铵缓冲溶液作为测定介质。

图1 不同底液的电流响应值

分别配制0.1 mol·L-1不同pH值的氨水-氯化铵缓冲溶液,考察了不同pH值对传感器分电流的影响,峰电流与pH值的关系如图2所示,实验结果表明在底液pH值=10.00时,电流响应最大,因此测定介质的pH值选择10.00。

图2 不同pH值的电流响应值

2.1.3 富集时间的选择

本实验考察了富集时间对峰电流的影响,如图3所示,随着富集时间增大响应电流值增大,300 s后电流值趋于稳定基本保持不变,可能是山奈酚在石墨烯修饰电极表面富集达到饱和,最终选择富集时间为300 s。

图3 不同富集时间的电流响应值

2.2 山奈酚在电化学传感器上的电化学行为表征

分别采用差分脉冲伏安法和交流阻抗法来表征该石墨烯修饰的电化学传感器的电化学性能。

图4是不同电极在同浓度山奈酚溶液中的差分脉冲伏安图(支持电解质均为pH值=10.00 0.1 mol·L-1氨水-氯化铵)。山奈酚本身具有电化学活性,从图4中可以看出,在同浓度山奈酚的底液中,石墨烯电化学传感器比普通电峰电流大,因为石墨烯的存在比表面积增大,使电子转移速度增大,从而电流峰值增大。

图4 不同电极的差分脉冲伏安图

图5分别是不同电极的交流阻抗图,图中弧度越大表明电阻越大,从图中可以明显看出石墨烯电化学传感器的交流阻抗比普通裸电极的交流阻抗小的多,因为石墨烯的存在使电极表面转移电子能力增强,交流阻抗降低。

图5 不同电极的电化学交流阻抗图

2.3 传感器的分析性能

2.3.1 传感器的响应特征

图6是在最佳的测试条件下,该石墨烯电化学传感器对不同浓度山奈酚含量的测定,电流值与山奈酚的浓度在1.00×10-6～2.50×10-4μg·L-1范围内呈良好的线性关系,线性回归方程为Ip(μA)= 0.448+0.043 1c(μg·L-1),相关系数为0.999 29,检出限为5.00×10-7μg·L-1。

图6 峰电流与山奈酚浓度的校正曲线

2.3.2 重现性和稳定性

在最佳测试条件下,用该传感器对1.0×10-5μg·L-1的山奈酚溶液平行测定9次,相对标准偏差为1.33%,表明该传感器的重现性较好。将所研制的传感器保存4 d后,响应电流下降了4.7%,这说明了所研制的传感器具有良好的稳定性。

2.3.3 实际样品分析

取含有山奈酚的药物适量,将其研磨,准确称取适当的质量,加入一定量的超纯水于超声破碎仪中进行超声提取数小时,然后定容,经过滤器过滤,对其中山奈酚含量进行测定,平行测定6次。如表1通过试验测得沙棘颗粒中山奈酚的平均含量为20.15 μg/mg,相对标准偏差为0.72%。如表2对试样进行加标回收试验,回收率在97.0%～106.4%之间,回收率良好。