CN107389764A - 一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法。具体步骤是（1）以聚3，4‑乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）为保护剂与黑磷烯（BP）混合制得BP‑PEDOT:PSS复合材料；（2）将步骤（1）中制得的BP‑PEDOT:PSS复合材料涂布于玻碳电极（GCE）表面，晾干后即得修饰电极BP‑PEDOT:PSS/GCE；（3）以BP‑PEDOT:PSS/GCE为工作电极研究了芦丁的电化学行为，计算了相关电催化反应的电化学参数；（4）采用微分脉冲伏安法建立了芦丁的电化学灵敏检测方法，线性范围为0.02~15.0 μmol/L和15.0~80.0 μmol/L，检测限为0.007 μmol/L (3σ)。将该修饰电极成功用于芦丁片样品的测定。

Description

一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法
技术领域
本发明具体涉及一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法，属于化学修饰电极及电化学传感器领域。
背景技术
黑磷（black phosphorus）是磷元素的一种同素异形体，于1914年由Bridgman首次通过高压法制得，拉开了人们对黑磷物性及其应用研究的序幕。黑磷因具有高载流子迁移率、很好的电流饱和特性及平面各向异性等优点，因而在电子学及光电学领域具有很好的应用前景。与黑磷相比，二维黑磷烯（BP，black phosphorene）具有更高的比表面积、优异的机械性能及电学性能，因而在光电化学、电池、传感器等领域具有良好的应用前景。但由于BP在氧气、水及光照条件下稳定性差，易于分解，极大地限制了其实际应用价值。因此，实现对BP采取有效的保护措施，拓展其应用范围具有重要研究意义。
芦丁（维生素P）是一种多羟基黄酮类化合物，具有良好的生物活性，临床上可用于抗癌、抗菌药以及治疗由毛细管脆性增加而引起的出血性疾病等，因此研究对芦丁的检测具有重要的意义。目前检测芦丁的主要方法有毛细管电泳法、高效液相色谱法、分光光度法等。由于芦丁分子结构中含有四个酚羟基，因此可以利用电分析化学方法可对其进行检测。
发明内容
针对以上现状，本发明公开一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法，具体是（1）采用聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）为保护剂与BP混合制得BP-PEDOT:PSS复合材料，实现对BP的保护，使其在敞开体系中可以较长时间稳定存在。（2）以BP-PEDOT:PSS复合材料采用滴涂法将其修饰于基底电极表面制得修饰电极，并以其为工作电极研究芦丁的电化学行为，进而建立芦丁的电化学分析方法，并应用于药物样品芦丁片中芦丁含量分析。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法，包括以下步骤：
1. 以聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）为保护剂与一定浓度的黑磷烯（BP）在保护条件下按一定比例混合制得BP-PEDOT:PSS复合材料；
2. 取5.0 μL步骤1所述BP-PEDOT:PSS复合材料在保护条件下滴涂于基底电极表面；
3. 将步骤2所述的滴涂有BP-PEDOT:PSS复合材料的基底电极在保护条件下干燥，得修饰电极；
4. 将步骤3制得的BP-PEDOT:PSS修饰电极作为工作电极，研究芦丁的电化学行为，求解电化学参数，建立芦丁的电化学分析方法；
5. 将步骤4中建立的芦丁分析方法应用于芦丁样品的测定。
上述步骤1所述的黑磷烯浓度在0.5~2.0 mg/mL之间，保持其与PEDOT:PSS质量的比例在3:1，2:1，1:1，1:2，1:4；优选的，所述的黑磷烯浓度为1.0 mg/mL，黑磷烯与PEDOT:PSS质量比例为1:1。
上述步骤1，2，3所述的保护条件为高纯惰性气体氛围中实现的；优选的保护条件为高纯氮气、高纯氩气等。
上述步骤2，3所述的基底电极为玻碳电极，碳糊电极，离子液体碳糊电极等；优选的基底电极为玻碳电极。
上述步骤4所述的芦丁分析方法为循环伏安法，微分脉冲伏安法等；优选的分析方法为微分脉冲伏安法。
上述步骤5所述芦丁样品为市售芦丁片。
本发明的有益效果：
1. 按照本发明方法所得BP-PEDOT:PSS复合材料，实现了黑磷烯的有效保护；
2. 按照本发明方法所得BP-PEDOT:PSS修饰电极具有稳定性高，电化学性能好等优点，对芦丁的电化学反应具有良好的催化性能，可以明显提高芦丁的电化学信号；
3. 结果表明所得BP-PEDOT:PSS修饰电极为工作电极建立了芦丁的电化学测定方法，且具有选择性好，灵敏度高，线性范围宽等优点；
4. 新建的芦丁的电化学测定方法可应用于芦丁片中芦丁含量的分析。
附图说明：
图1不同电极在1.0 mmol/LK3[Fe(CN)6]溶液中的循环伏安曲线，曲线a为玻碳电极（GCE），b为BP-PEDOT:PSS/GCE，扫描速率l00 mV/s；
图2 在pH 2.5的PBS缓冲溶液中1.0×10-5 mol/L的芦丁在GCE（a）和PEDOT:PSS/GCE（(b）和BP-PEDOT:PSS/GCE（c）上的循环伏安曲线，扫速为100 mV/s；
图3 1.0×10-5 mol/L 芦丁在不同 pH 下的循环伏安叠加图（a-g：pH 2.0，2.5，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0）；
图4 1.0×10-5 mol/L芦丁在不同扫速下的循环伏安叠加图（a-k：20，50，100，150，200，250，300，350，400，450，500 mV/s）；
图5 不同浓度芦丁在BP-PEDOT:PSS/GCE上的微分脉冲伏安曲线（A，a-g：0.0，0.02，0.05，0.08，0.2，0.5，0.8；h-m：1.0，2.0，4.0，8.0，10.0，15.0 μmol/L），（B，a：0.0，n-v：15.0，20.0，25.0，30.0，40.0，50.0，60.0，70.0，80.0 μmol/L)。
具体实施方式：
下面结合实施例和附图对本发明内容作进一步说明。
实施例1 修饰电极的电化学性能
以K3[Fe(CN)6]为电化学探针，采用循环伏安法对不同电极的电化学性能进行了研究，循环伏安曲线如图1所示。裸GCE电极上出现一对峰形良好的氧化还原峰（曲线a），氧化还原峰电流分别为15.87 μA（Ipa）和16.10 μA（Ipc），峰电位差为90.0 mV；而在BP-PEDOT:PSS/GCE上峰电流降明显增强（曲线b），Ipa为45.65 μA，Ipc为45.45 μA，分别是裸电极峰电流的2.88倍和2.82倍。这是由于电极表面BP-PEDOT:PSS复合材料的存在加快了[Fe(CN)6]3-/4-的电子转移速率。
实施例2 修饰电极有效面积求解
利用Randles-Sevcik公式Ipa(A)=(2.69×105) n3/2AD1/2C0υ1/2，其中n为电子转移数；A为有效面积（cm2）；D为铁氰化钾溶液的扩散系数（7.6×10-6 cm s-1），C0为铁氰化钾的浓度（1mmol/L），求得BP-PEDOT:PSS/GCE的有效面积为0.196 cm2，其值为GCE有效面积的8.34倍（0.0235 cm2），表明PEDOT:PSS的存在可以有效增加电极的有效面积，为电极表面提供了更多的活性位点，进而提高电极性能。
实施例3 芦丁的电化学行为研究
在0.1 mol/L pH 2.5的PBS缓冲溶液中，考察了1.0×10-5 mol/L的芦丁在不同修饰电极上的电化学行为，结果如图2所示。在裸GCE（曲线a）上，芦丁在0.505V和0.485V出现一对氧化还原峰，ΔEp为20 mV，Ipa和Ipc分别为0.558 μA和0.324 μA，说明芦丁在GCE表面可以实现其直接电化学。曲线b是芦丁在PEDOT:PSS/GCE上的电化学行为曲线，Epa和Epc分别位于0.516 V和0.493 V，ΔEp为23 mV，Ipa和Ipc分别为4.96 μA和3.12 μA，其值分别为GCE的8.89倍和9.63倍，表明PEDOT:PSS的存在加快了芦丁在电极表面的电子传递速率，提高了电化学响应。曲线c是芦丁在BP-PEDOT:PSS/GCE上的电化学行为曲线，Epa和Epc分别位于0.516 V和0.496 V，ΔEp为20 mV，Ipa和Ipc分别为7.638 μA和5.341 μA，是GCE上峰电流的13.69倍和16.48倍，为PEDOT:PSS/GCE上的1.54倍和1.71倍。结果表明BP的存在可以进一步有效提高电极的电化学响应信号，这是由于二维结构的BP具有较大的比表面积和良好的导电性，可以进一步加快芦丁在电极表面的电子传递，因此芦丁的氧化还原峰电流增大。
实施例4 pH值对芦丁电化学行为的影响
在pH 2.0~7.0范围内考察了PBS缓冲溶液不同pH值对1.0×10-5 mol/L芦丁电化学行为的影响，循环伏安曲线如图3所示。当pH为2.5时Ipa值最大，因此选择pH 2.5的PBS缓冲溶液为支持电解质。随着溶液pH值的增大，芦丁的氧化还原峰电位均发生负移，表明有质子参加电极反应。式电位（E0'）与pH两者之间存在着良好的线性关系，线性回归方程为E0'(V) =-0.061pH+0.662 (y=0.997)，其斜率值为-61.0 mV/pH，与理论值-59 mV/pH相近，表明芦丁的电极反应为等质子等电子参与的氧化还原反应。
实施例5 扫速对芦丁电化学行为的影响
图4 为20~500 mV/s下1.0×10-5 mol/L芦丁在BP-PEDOT:PSS/GCE上的循环伏安图。随着扫速的增大，氧化还原峰电流增加且峰电位差逐渐增大，表明电极反应为准可逆过程。氧化还原峰电流与扫速呈良好的线性关系，线性回归方程分别为Ipa(μA)=61.53υ(V/s)+1.04(n=15，γ=0.999)和 Ipc(μA)=-60.41υ(V/s)+0.14 (n=15，γ=0.999)，表明在该扫速范围内芦丁的电极反应为吸附控制过程。同时也考察了峰电位与扫速的对数之间呈良好的线性关系，线性回归方程分别为Epa(V)=0.017nυ(V/s)+0.55 (n=9，γ=0.995)，Epc(V)=-0.014υ(V/s)+0.47 (n=9，γ=-0.995)。根据Laviron公式，可以求出电子转移系数α为0.55，电极反应速率常数k s 为4.22 s-1。
实施例6 富集时间与富集电位的优化
采用微分脉冲伏安法（DPV）考察了富集电位、富集时间对芦丁氧化峰电流的影响。固定富集电位为0.0V，在2~30 s范围内对富集时间的影响进行了考察，结果表明当富集时间大于10s基趋于稳定，因此实验选择富集时间为10s。固定富集时间为10s，在-0.3V至+0.5V范围内考察了富集电位的影响，结果表明，富集电位在0.0V至0.5V芦丁的氧化峰电流趋于稳定，因此实验选择富集电位为0.0V。
实施例 7 工作曲线
在最佳实验条件下，利用DPV对芦丁的电化学行为进行检测，结果如图5所示。芦丁的氧化峰电流与浓度在0.02~15.0 μmol/L和15.0~80.0 μmol/L范围内分别呈现良好的线性关系，线性回归方程分别为Ipa(μA)=0.859 C(μmol/L)+0.0168 (n=22, γ=0.998)和Ipc(μA)=0.405 C(μmol/L)+6.732 (n=9, γ=0.996)，检测限为0.007 μmol/L (3σ)。
实施例8 样品测定
将本方法应用于芦丁药物样品的测定，复方芦丁片购于山西云鹏制药有限公司（C151201），每片芦丁片的标示含量为20 mg。芦丁样品按以以下方法处理：取一片芦丁片放在玛瑙研钵内研细，用乙醇定容至10 mL，作为母液。取上清液1.0 mL用无水乙醇稀释至10.0 mL，为样品2；相同方法再稀释10倍，即得样品1。按照标准加入法进行检测芦丁片的回收率测定，结果如表1所示，相对标准偏差（RSD）小于4%，回收率在98.00%~105.10%之间
表1芦丁片中芦丁含量检测及回收率(n=3)
实施例9 修饰电极的稳定性和重现性
考察了BP-PEDOT:PSS/GCE的稳定性和重现性，电极储存在4°C冰箱1周后能保持初始电流的96.68 %。用循环伏安法连续扫描100圈之后，峰电流仍然能保持原来的98.66 %，表明BP-PEDOT:PSS/GCE在检测溶液中能稳定存在。对l.0×l0-5 mol/L的芦丁溶液平行测定9次之后，相对标准偏差(RSD)为1.78 %，说明BP-PEDOT:PSS/GCE对芦丁分析具有较好的重现性。用5根平行制备的BP-PEDOT:PSS/GCE对l.0×l0-5 mol/L的芦丁溶液进行测定，相对标准偏差(RSD)为3.26 %，表明该修饰电极具有良好的重复性。

Claims (6)

1.一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法，其特征在于，包括以下步骤：
以聚3，4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）为保护剂与一定浓度的黑磷烯（BP）在保护条件下按一定比例混合制得BP-PEDOT:PSS复合材料；
取适量（1）所述BP-PEDOT:PSS复合材料在保护条件下滴涂于基底电极表面；
将（2）所述的滴涂有BP-PEDOT:PSS复合材料的基底电极在保护条件下干燥，得修饰电极；
（4）将（3）制得的BP-PEDOT:PSS修饰电极作为工作电极研究芦丁的电化学行为，求解电化学参数，建立芦丁的电化学分析方法；
（5）将（4）中建立的芦丁的电化学分析方法应用于芦丁样品的测定。
2. 根据权利要求书1所述的一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法，其特征在于，步骤（1）所述的黑磷烯浓度在0.5至2.0 mg/mL之间，保持其与PEDOT:PSS质量的比例在3:1，2:1，1:1，1:2，1:4；
优选的，所述的黑磷烯浓度为1.0 mg/mL，黑磷烯与PEDOT:PSS质量比为1:1。
3.根据权利要求书1所述的一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法，其特征在于，步骤（1）（2）（3）所述的保护条件下为高纯惰性气体氛围中实现的；
优选的保护条件为高纯氮气、高纯氩气等。
4.根据权利要求书1所述的一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法，其特征在于，步骤（2）（3）所述的基底电极为玻碳电极，碳糊电极，离子液体碳糊电极等；
优选的基底电极为玻碳电极。
5.根据权利要求书1所述的一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法，其特征在于，步骤（4）所述的芦丁电化学分析方法为循环伏安法，微分脉冲伏安法等；
优选的分析方法为微分脉冲伏安法。
6.根据权利要求书1所述的一种黑磷烯修饰电极的制备及检测芦丁的方法，其特征在于，芦丁样品为市售芦丁片。
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