4－羧基苯基共價修飾玻碳電極檢測藥物分子

張海建，羅流豐，金君世，劉彥明，楊國程

（長春工業大學化學與生命科學學院，吉林長春130012）

4－羧基苯基共價修飾玻碳電極檢測藥物分子

張海建，羅流豐，金君世，劉彥明，楊國程

（長春工業大學化學與生命科學學院，吉林長春130012）

將裸玻碳電極置于含有氨基前驅體的NaNO2酸性水溶液中，通過電化學還原的方法將4－羧基苯基（4－CP）共價修飾到玻碳電極表面.在36.8℃和pH＝6.76的緩沖溶液中，通過線性掃描伏安法（LSV），用4－CP修飾的玻碳電極分別及同時檢測撲熱息痛（PCT）、阿司匹林（ASP）和咖啡因（CF），并分別獲得了它們的校準曲線.結果表明，4－CP修飾的玻碳電極能分別及同時長期穩定的檢測PCT和ASP，但是每次檢測CF時電極都需要重新修飾.

4－羧基苯基；玻碳電極；撲熱息痛；阿司匹林；咖啡因

電分析化學方法是一種公認的快速、靈敏、準確的微量和痕量分析方法.根據不同的測量方法，電化學分析法可具體分為電導分析法、電位分析法、電解分析法、庫侖分析法、極譜法和伏安法等.電分析儀器簡單、價格低廉，特別是在有機、生物和藥物、環境分析中越來越顯示出很大的潛力和優越性.

化學修飾電極（Chemically modified electrode，CME）是當前電分析化學方面十分活躍的研究領域.用修飾劑（如有機物、無機物、金屬、聚合物和生物物質等）對電極表面進行裁剪，形成單一、多元、多層、多組分、微型化或列陣化等結構，可按意圖給電極預定的功能，有效地改善原電極的穩定性、選擇性、靈敏度［1］.CME對環境分析中重金屬離子及有機污染物，食品分析中各種防腐劑、添加劑及亞硝酸鹽等，生物分析中蛋白質、DNA、神經遞質及代謝調控因子等都有廣泛的應用［2－4］.CME在藥物分析中，尤其是在藥物的臨床藥理、藥效分析、有效成分鑒定、藥物代謝動力學等研究領域扮演著十分重要的角色［5－7］.

PCT，ASP和CF在全球已被廣泛用于止痛等的藥物［8－11］，適量使用對身體無害，但如果過量或者長時間服用就會對身體造成傷害［12－15］.所以一種能實時檢測身體內這些藥物含量的方法是非常必要的.由于電化學方法快速、靈敏、穩定的特性，多種電極已被用于檢測PCT，ASP和CF，得到的一個主要結論是電極表面在每次使用前需要重新打磨，所以用裸電極檢測藥物分子不是一個好的選擇.已報道的檢測這3種藥物的電化學方法絕大多數都是在室溫條件下進行的［16－18］，但實際上要檢測藥物分子在人體內的含量，所以本文通過電化學還原的方法將4－CP共價修飾到玻碳電極表面，并且通過線性掃描伏安法研究了裸玻碳電極和4－CP共價修飾的玻碳電極在體溫條件下分別及同時檢測PCT，ASP與CF的電化學性能.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：電化學工作站（CHI 852C，USA），工作電極為4－羧基苯基修飾的玻碳電極和裸玻碳電極（3mm直徑，CHI104，USA），參比電極為KCl飽和的Ag／AgCl電極，對電極為鉑電極；超純水機（Millipore，USA）；恒溫水浴箱（上海精密儀器有限公司）.

試劑：對氨基苯甲酸和ASP從Sigma－Aldrich公司購買；PCT和CF從Johnson Matthey公司購買；pH為6.76的緩沖溶液是由0.1mol／L NaH2PO4－Na2HPO4配置；其他試劑為分析純.

1.2 電極修飾

在電化學修飾之前，電極需要進行預處理.先將裸電極置于拋光布上分別用1.0，0.3和0.05μm的三氧化二鋁粉末打磨，然后放入超純水中超聲，再用超純水沖洗干凈，最后用高純度氮氣吹干.配置前驅溶液：室溫下將800μL的5mmol／L對氨基苯甲酸、80μL 0.1mol／L NaNO2、170μL 12mol／L HCl和2.95mL超純水混合反應5min.然后將吹干的裸電極放入該混合溶液中通過循環伏安法進行修飾，之后用超純水沖洗電極并超聲30s，最后將修飾電極放入5mmol／L K3Fe（CN）6中，通過循環伏安法看其氧化還原峰是否存在，若沒有氧化還原峰則說明電極修飾成功.

2 結果與討論

2.1 電極修飾及其電化學性能

在含有對氨基苯甲酸的NaNO2酸性溶液中，通過電化學還原的方法將4－CP共價修飾到裸玻碳電極表面，反應機理如圖1所示.

圖1 電極修飾的反應機理圖

在含有5mmol／L Fe（CN）3－6的0.1mol／L KCl溶液中，測試裸電極及4－CP修飾的玻碳電極在檢測PCT，ASP和CF之前和之后的電子傳遞性能，其循環伏安曲線如圖2所示（掃速為100mV／s）.

圖2 裸電極及4－CP修飾的玻碳電極檢測PCT，ASP（a）和CF（b）前后的循環伏安曲線

由圖2可以看出，裸電極在5mmol／L Fe（CN）3－6中有氧化還原峰，這說明裸電極在5mmol／L Fe（CN）3－6中可以完成電子傳遞.但4－CP修飾的玻碳電極卻沒有氧化還原峰，說明電子傳遞受阻，這是因為4－CP修飾的玻碳電極的末端基團COOH在中性溶液中解離成帶負電的COO－，阻礙Fe（CN）3－6接近電極表面［19］，因而不能進行電子轉移.由圖2a可以看出4－CP修飾的玻碳電極在檢測完PCT和ASP之后電子傳遞仍然受阻，這說明修飾膜仍然存在于電極表面.但從圖2b可以看出，4－CP修飾的玻碳電極在檢測完CF之后，Fe（CN）3－6氧化還原探針能進行部分的電子傳遞，這說明修飾膜已部分被損壞，電極需要重新進行修飾，所以4－CP修飾的玻碳電極不能重復檢測CF.

2.2 4－CP修飾的玻碳電極對PCT，ASP和CF的電化學檢測

2.2.1 峰電流與濃度的關系

在36.8℃，pH為6.76的緩沖溶液中，同一掃速條件下，用4－CP修飾的玻碳電極對不同濃度的PCT，ASP和CF進行檢測，線性掃描伏安圖（LSV）及相對的校準曲線如圖3所示（掃速為10mV／s）.

圖3 4－CP修飾的玻碳電極檢測PCT（a），ASP（b），CF（c）和PCT＋ASP（d）的LSV圖及相對的校準曲線

從圖3可以看出，3種藥物分子在LSV圖中都有氧化峰，所以4－CP修飾的玻碳電極在36.8℃，pH為6.76的緩沖溶液中可以用來檢測這3種藥物分子.PCT，ASP和CF的氧化峰電位分別在0.55，0.95和1.45V左右.隨著藥物分子濃度的增加，氧化峰電流逐漸變大，且氧化峰電流與藥物分子濃度呈良好的線性關系，相對應的線性回歸方程及檢測限如表1所示.

表1 4－CP修飾電極檢測藥物分子時線性回歸方程的相關參數（pH＝6.76，36.8℃）

2.2.2 峰電流與掃速的關系

體溫條件下，在含有1.35mmol／L PCT和0.369mmol／L ASP的pH為6.76的緩沖溶液中，研究了4－CP修飾電極在不同掃速下檢測PCT和ASP時峰電流與掃速的關系，循環伏安圖如圖4所示.從圖4可以看出，濃度一定時，在掃速10～200mV／s區間內，峰電流與掃速的平方根呈良好的線性關系.

2.3 4－CP修飾電極的重復性研究

4－CP修飾電極檢測PCT，ASP和CF之前和之后，在pH為6.76的空白緩沖溶液中的LSV圖如圖5所示（掃速為10mV／s）.從圖5可以看出，4－CP修飾電極在檢測完PCT，ASP和CF之后，沒有藥物分子的特征峰出現，表明修飾電極表面沒有藥物分子的殘留，這對于修飾電極能否重復使用是非常重要的.雖然4－CP修飾電極在檢測完CF之后表面沒有藥物殘留，且氧化峰電流與濃度呈良好的線性關系，但由圖2b得出的結論表明，4－CP修飾電極在檢測完PCT和ASP后修飾膜完好無損，而檢測完CF之后，其表面的修飾膜已部分脫落，所以4－CP修飾電極可重復用于檢測PCT和ASP，但不能重復檢測CF，每次檢測完電極都需要重新修飾.

圖4 PCT和ASP的峰電流與掃速的關系

圖5 4－CP修飾電極檢測PCT＋ASP（a）和CF（b）前后的LSV圖

3 結論

在含有對氨基苯甲酸的NaNO2酸性水溶液中，4－CP通過電化學還原的方法成功修飾到裸電極表面，得到4－CP修飾的玻碳電極.在體溫條件下，pH＝6.76的緩沖溶液中，4－CP修飾的玻碳電極分別及同時對PCT、ASP和CF進行了電化學檢測，檢測結果表明：在檢測條件下，4－羧基苯基修飾的玻碳電極可分別及同時對PCT和ASP進行電化學檢測，且能夠長期反復使用，但不能重復檢測CF，每次檢測CF時電極都需要重新修飾.

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4－Carboxyphenyl－modified glassy carbon electrode for electrochemical detection of drugs

ZHANG Hai－jian，LUO Liu－feng，JIN Jun－shi，LIU Yan－ming，YANG Guo－cheng
（School of Chemistry and Life Science，Changchun University of Technology，Changchun 130012，China）

A glassy carbon electrode（GCE）was covalently modified by 4－carboxyphenyl（4－CP）via in－situ electrochemical reduction of amino precursor in acidic aqueous solution containing NaNO2.The bare and 4－CP－modified GCEs were used to sense paracetamol（PCT），aspirin（ASP）and caffeine（CF）separately and simultaneously by linear sweep voltammetry（LSV）in a buffer solution of pH 6.76at 36.8℃，and the corresponding calibration curves were obtained respectively.The results showed that the 4－CP－modified GCE can be employed to sense PCT and ASP separately and simultaneously in a long time with high stability，but it must be remodified after sensing CF.

4－carboxyphenyl；glassy carbon electrode；paracetamol；aspirin；caffeine

O 657.1 ［學科代碼］ 150·2515

A

（責任編輯：石紹慶）

1000－1832（2014）02－0099－05

10.11672／dbsdzk2014－02－020

2014－01－06

國家自然科學基金資助項目（21005008，51374040）.

張海建（1988—），男，碩士研究生；楊國程（1976—），男，博士，副教授，主要從事功能納米材料及電分析化學研究.