CN106290513A - 利用石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极测定环丙沙星的方法 - Google Patents

利用石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极测定环丙沙星的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用苏木精复合石墨烯修饰玻碳电极测定环丙沙星的方法，属药物测定及电化学分析检测技术领域。本发明主要是经过电沉积石墨烯后再电聚合苏木精修饰的玻碳电极，使电极表面形成一层均匀的复合修饰薄膜，以提高电极的稳定性和灵敏度。通过方波伏安法和电流‑时间技术对环丙沙星进行灵敏的定量分析测定。实验结果表明，在0.10 mol/L pH=3.0的磷酸缓冲溶液中，该修饰电极对环丙沙星有明显催化和增敏作用，在最优条件下，采用电流‑时间技术方法测定，环丙沙星在0.5‑ 45.0 μM与其峰电流呈良好的线性关系，检出限为0.20 μM。本发明方法能直接用于环丙沙星的快速电化学测定，具有快速、灵敏、准确等特点。

Description

利用石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极测定环丙沙星的方法
技术领域
本发明涉及一种石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极对环丙沙星药物测定的方法属药物测定及电化学检测技术领域。
背景技术
环丙沙星是一种氟喹诺酮类化合抗生素药物，为合成的第三代喹诺酮类抗菌药物，具广谱抗菌活性，杀菌效果好，它能杀死如炭疽一类的细菌，通过干扰导致DNA复制后反转录的酶，阻止DNA和蛋白质的合成，即作用于细菌细胞DNA螺旋酶的A亚单位，抑制DNA的合成和复制而导致细菌死亡。几乎对所有细菌的抗菌活性均较诺氟沙星及依诺沙星强2 - 4倍，对肠杆菌、绿脓杆菌、流感嗜血杆菌、淋球菌、链球菌、军团菌、金黄色葡萄球菌具有抗菌作用。其抗菌活性是目前广泛应用的氟喹诺酮类中最强者。该品对部分分枝杆菌、沙眼衣原体、溶脲脲原体、人型支原体等亦具抑制作用。因此分析其性能、测定其含量，研究其在人体内的代谢动力学及新药研发至关重要。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯层片结构发达，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/ 300，赋予了石墨烯良好的导电性，可以加快电子的传递效率，制备过程温和简易，环境友好，生物兼容性好，在电化学分析中起到重要的作用。苏木精是淡黄色到锈紫色的结晶体，由于分子中含有大量的酚羟基，充当氧化还原媒介进而提高对生物分子检测的灵敏度。在电化学氧化过程中，苏木精的苯酚基团被氧化成为不稳定的苯氧基基团，该基团之间很容易通过C-O 键或 C-C键结合，从而形成了稳定的聚合物，作为修饰剂具有良好的电化学活性。通过电化学方法修饰在玻碳电极得到复合修饰电极。这个过程非常简单，快速。此外，该修饰电极对于测定环丙沙星表现出优异的电催化性能，成本低廉，应用前景乐观。
目前普遍使用的检测方法为环丙沙星 - 高效液相色谱法，即采用高效液相色谱法测定环丙沙星原料药中环丙沙星的含量。然而随着对该类药物研究的深入，研究出了各种检测方法，检测技术也日趋完善。目前，常用来检测的方法有以下几种：高效液相色谱法、气相色谱法(经常与红外光质谱和原子发射光谱联用)、薄层色谱法、核磁共振谱法、毛细管电泳法、分光光度法、化学发光法、电化学分析法。其中，电化学方法是近年来发展迅速的一种分析检测方法。电化学检测具有仪器价格低廉、设备操作简单、灵敏度高、选择性和重现性好等特点。利用该方法不仅能检测抗菌类药物的含量，还能研究获得与药物相关的动力学和热力学参数，为进一步研究人体内药物的代谢动力学及抗菌类药物的新药研发提供必要的理论依据。在所有电化学传感器中，由于稳定性高、导电性好、制作简单、重复性好的特点，导电聚合物膜修饰电极具有很大的发展潜力，在检测药物中有着广泛的研究，在生活、临床检测中具有巨大的潜力。利用石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极对环丙沙星这种物质的同时检测还未见报道。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极。
本发明的目的之二在于提供采用该玻碳电极对环丙沙星的检测方法。
一种利用石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极测定环丙沙星的方法，其特征在于具有如下的工艺过程和步骤：
A.石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极的制备
a.玻碳电极的预处理：首先将玻碳电极用0.05 μm Al2O3抛光粉和麂皮进行抛光，抛光至镜面，然后依次用蒸馏水、稀硝酸溶液、无水乙醇及二次蒸馏水超声清洗干净，待用；
b.将石墨烯溶于二次水中配制成浓度为1 mg/ mL的悬浮液，超声30 min，待上述悬浮液均一稳定后，取300 μL于10 mL 0.1 mol/ L的KCl溶液中，超声分散30 min，得到石墨烯的修饰液；将苏木精溶于0.1 mol/ L (pH=7.0)的磷酸缓冲溶液中配置成浓度为0.3 mmol的苏木精修饰液；
c.将处理干净的玻碳电极浸入到步骤a所得石墨烯的修饰液，选择电位为+1.7 V，沉积时间400s，在恒电位法下进行电化学沉积，沉积后用二次蒸馏水淋洗干净；再浸入苏木精修饰液中，并且在电压范围为 -0.4到 2.0 V之间使用循环伏安法，电化学聚合16圈，用二次蒸馏水清洗玻碳电极表面后，得到石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极；
B.利用复合修饰电极检测环丙沙星
a.首先组装三电极系统，采用上述的石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极、铂片电极作为辅助电极，组成三电极系统；
b.将三电极系统置于pH=3.0的磷酸缓冲溶液中；电位从 0.8V到1.5V的电位范围内循环伏安法扫描10段以活化电极，当背景电流达到稳态后，选用电流-时间技术对环丙沙星的浓度进行测定；在上述缓冲溶液中，同时加入一定浓度的环丙沙星标准液，对其进行测定，得到浓度变化的i- T曲线，其线性范围为0.5- 45.0 μM，线性相关系数为R=0.9907；
c.利用标准曲线法对牛奶和人体血清样品进行分析检测。
本发明的优点和特点如下：本发明利用了首先将石墨烯修饰在电极表面，这更有利于聚合物复合在碳材料上形成复合物薄膜，也提高了聚合物的催化活性。苏木精中含有的还原性基团羟基对茶碱和咖啡因相关基团的静电吸引作用，使得两种物质在电极上的电流响应显著增大，大大提高了分析检测对分析为浓度的灵敏度。与现有其他传感器相比，此电化学传感器的制备技术较简单，并且制备过程较环保，检测过程方便快捷。
本发明中的修饰电极是一种新型的电化学传感器，实现了环丙沙星的定量测定；用于实际样品测定，具有快速、灵敏、准确等特点。本发明的测试方法具有良好的重现性和稳定性。本发明中的新型修饰玻碳电极的制备方法具有成本低、简单快速、易操作等优点。
附图说明
图1为本发明中在含10μM的环丙沙星的0.1 M 磷酸缓冲溶液(pH=3.0)中裸玻碳电极(a)，空白聚苏木精修饰玻碳电极(b)，空白沉积石墨烯修饰玻碳电极(c)及石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极(d)的方波伏安图。
图2为裸电极、聚苏木精修饰电极、石墨烯修饰电极和聚石墨烯复合苏木精修饰电极在含5.0 mM K3Fe(CN)6 / K4Fe(CN)6 (1:1) 的0.1 M KCl溶液中的电化学阻抗图(A)和循环伏安图(B)。
图3为最佳条件下，石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极在环丙沙星标准溶液浓度从0.5μM增大到45μM的电流- 时间技术曲线图(A)和电流变化与浓度的线性关系图(B)。
表1为在最佳实验条件下，一些具有代表性的其他重要的生命物质和常见离子对测定环丙沙星的干扰情况。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例1
本实施例中的修饰玻碳电极的制备方法和步骤如下：
(1)玻碳电极的预处理：首先将玻碳电极用0.05 μm Al2O3抛光粉和麂皮进行抛光，抛光至镜面，然后依次用蒸馏水、稀硝酸溶液、无水乙醇及二次蒸馏水超声清洗干净，待用。
(2)石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极的制备：首先，将石墨烯溶于二次水中配制成浓度为1 mg/mL的悬浮液，超声30min，待上述悬浮液均一稳定后，用微量进样器取取300 μ于10 mL 0.1 mol/L的KCl溶液中，超声分散30min，得到石墨烯的修饰液。将苏木精溶于0.1mol/L (pH=7.0)的磷酸缓冲溶液中配置成浓度为0.3 mmol的苏木精修饰液
(3)将处理干净的玻碳电极浸入到所得石墨烯的修饰液，选择电位为+1.7 V，沉积时间400s，在恒电位法下进行电化学沉积，沉积后用二次蒸馏水淋洗干净。再浸入苏木精修饰液中，并且在电压范围为-0.4 -2.0 V之间使用循环伏安法，电化学聚合16圈，用二次蒸馏水清洗玻碳电极表面后，得到石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极。最后，修饰好的电极用二次蒸馏水小心清洗后以便于进一步使用。
所述复合修饰玻碳电极直接用于环丙沙星的电化学测定；其测定方法如下：将所述电沉积石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极作为工作电极、饱和甘汞电极作为参比电极、铂片电极作为辅助电极，组成三电极系统；为了作对比，同时将裸电极、聚苏木精修饰电极、石墨烯修饰电极和聚石墨烯复合苏木精修饰电极分别置于含5.0 mM K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6(1:1) 的0.1 M KCl溶液中进行电化学阻抗表征和循环伏安法表征。其中电化学阻抗的参数设置为：初始电位为开路电位，高频为100000赫兹，低频为1赫兹；循环伏安法的参数设置为在-0.2到0.6V范围内扫描1圈。将三电极系统置于10 mL pH=3.0的磷酸缓冲溶液中；电位从0.8V到1.5V的电位范围内循环伏安法扫描10段以活化电极，当背景电流达到稳态后，选用电流-时间技术法，用微量进样器向缓冲溶液中加环丙沙星标准溶液，记录下电流-时间曲线；在不同环丙沙星溶液浓度下测得传感器对环丙沙星的电流响应值，并在环丙沙星浓度在0.5- 45.0μM范围内，得到电流与环丙沙星浓度的线性关系曲线，其线性相关系数分别为R=0.9907。
裸玻碳电极和石墨烯复合苏木精修饰电极对环丙沙星的电催化作用表征
在相同浓度的环丙沙星(10μM)溶液中裸玻碳电极(a)，空白聚苏木精修饰玻碳电极(b)，空白沉积石墨烯修饰玻碳电极(c)及石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极(d)如图1所示。
从图1中可以看出，裸玻碳电极对于环丙沙星的氧化还原电流很小，环丙沙星在裸电极上呈现一个突起状的小峰，峰电位为1.128V，峰电流为1.761μA。而石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极对环丙沙星的响应电流明显增强，提高到6.953μA，峰电位也同时保持不变，为1.128V。
电化学表征石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极
裸玻碳电极，空白聚苏木精修饰玻碳电极，空白沉积石墨烯修饰玻碳电极及石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极分别置于含5.0 mM K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6 (1:1) 的0.1 M KCl溶液中进行电化学阻抗表征(图2A)和循环伏安法表征(图2B)。通过图2A我们得到裸玻碳电极，空白聚苏木精修饰玻碳电极，空白沉积石墨烯修饰玻碳电极及石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极的阻抗值分别为730Ω、230Ω、190 Ω 以及90Ω。阻抗值的不断降低说明了复合修饰材料极大地提高了电极的导电性以及促进了电极表面的电子传递速率。此外，从图2B可以明显看出，在复合修饰电极上的Fe(CN)6 3−/4−的氧化还原峰电流大小相比其他三种电极均有提高，氧化还原峰电位差不断缩小。该实验结果与电化学阻抗数据结果一致，并且表明了石墨烯复合苏木精成功修饰在玻碳电极表面。
电化学检测环丙沙星
在最佳测试条件下，石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极对不同浓度环丙沙星的伏安曲线响应如图3所示。由图3可见，随着环丙沙星的增加，传感器对环丙沙星的电流响应逐渐增大，在0.5- 45.0μM范围内，电流与浓度成线性关系，线性方程分别为I p,环丙沙星= 0.1513+0.0699 C 环丙沙星，线性相关系数为0.9907。
由表1可以得出，本发明方法制备的电极不受KNO3，NaCl，Cu(NO3)2，蔗糖，葡萄糖，麦芽糖，谷氨酸，精氨酸，抗坏血酸，L-丙氨酸，多巴胺和尿酸等生物小分子的干扰，专一性好。环丙沙星的最低检测限为0.2 μM。
利用标准加入法对牛奶和人体血清样品对环丙沙星进行检测，采用平行测定3次取平均值的方法，测定结果的相对标准偏差均能够控制在±5.0%以内。
表1 在最佳实验条件下，一些具有代表性的其他重要的生命物质和常见离子对测定环丙沙星的干扰情况

Claims (1)

1.一种利用石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极测定环丙沙星的方法，其特征在于具有如下的工艺过程和步骤：
A. 石墨烯复合苏木精修饰玻碳电极的制备
a. 玻碳电极的预处理：首先将玻碳电极用0.05 μm Al2O3抛光粉和麂皮进行抛光，抛光至镜面，然后依次用蒸馏水、稀硝酸溶液、无水乙醇及二次蒸馏水超声清洗干净，待用；
b. 将石墨烯溶于二次水中配制成浓度为1 mg/ mL的悬浮液，超声30 min，待上述悬浮液均一稳定后，取300 μL于10 mL 0.1 mol/ L的KCl溶液中，超声分散30 min，得到石墨烯的修饰液；将苏木精溶于0.1 mol/ L (pH=7.0)的磷酸缓冲溶液中配置成浓度为0.3 mmol的苏木精修饰液；
c. 将处理干净的玻碳电极浸入到步骤a所得石墨烯的修饰液，选择电位为+1.7 V，沉积时间400s，在恒电位法下进行电化学沉积，沉积后用二次蒸馏水淋洗干净；再浸入苏木精修饰液中，并且在电压范围为 -0.4到2.0 V之间使用循环伏安法，电化学聚合16圈，用二次蒸馏水清洗玻碳电极表面后，得到石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极；
B. 利用复合修饰电极检测环丙沙星
a. 首先组装三电极系统，采用上述的石墨烯复合苏木精修饰的玻碳电极作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极、铂片电极作为辅助电极，组成三电极系统；
b. 将三电极系统置于pH=3.0的磷酸缓冲溶液中；电位从 0.8V到1.5V的电位范围内循环伏安法扫描10段以活化电极，当背景电流达到稳态后，选用电流-时间技术对环丙沙星的浓度进行测定；在上述缓冲溶液中，同时加入一定浓度的环丙沙星标准液，对其进行测定，得到浓度变化的i- T曲线，其线性范围为0.5- 45.0 μM，线性相关系数为R=0.9907；
c. 利用标准曲线法对牛奶和人体血清样品进行分析检测。
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