氧化石墨烯增強魯米諾-過氧化氫化學發光測定姜黃素

劉 霜，張建霞，2，劉希東

(1.重慶文理學院材料與化工學院，重慶 永川 402160;2.重慶市綦江實驗中學，重慶 綦江 401420)

石墨烯(Graphene)是Novoselov、Geim等人于2004年首次發現的，它是一種由sp2雜化碳原子緊密堆積的單原子層結構的二維原子晶體，是構成包括石墨、碳納米管、富勒烯等在內的碳的同素異形體的基本組成單元，屬新型二維平面納米材料.從Novoselov首次報道人工制備的石墨烯以來，研究發現石墨烯表現在力、熱、電、光等物理學方面的優異性能，使之成為10年來物理學、化學、材料科學等多個領域的國際研究前沿和熱點［1］. 氧化石墨烯(Graphene Oxide，簡稱GO)是石墨烯重要的含氧衍生物，它和石墨烯相比，在六角環形片狀體碳原子上引入了羰基、羥基、羧基、環氧基等含氧極性官能團.由于氧化石墨烯表面帶有的官能團具有親水性，因此，具有一定的潤濕性能和表面活性［2］，在水中可以較好地分散.Wang Ying［3］等研究發現，GO 能增強CdTe量子點的電化學發光信號，并已將其應用于谷胱甘肽的電化學發光分析中;Dong Xiaoli［4］等利用GO具有表面積大和吸附作用強等特點，將GO作為固體萃取吸附劑應用于角鯊烯的測定，建立了角鯊烯的時間分辨質譜測定方法，實現了GO在固相中的分離與檢測;馮亞娟［2］等基于GO和辣根過氧化物酶的相互作用將其應用于過氧化氫的測定;Song Yujun［5］等研究發現，氧化石墨烯本身也具有過氧化物酶的功能，能催化葡萄糖反應生成過氧化氫，由此建立了血液和果汁中葡萄糖的間接測定方法.雖然GO在分析測定方面已有了一定的應用研究，但總體上GO在分析化學領域的應用還處于探索階段，特別是將GO應用于光分析方面的研究較少，因此探究其在光分析化學中的應用具有一定的價值和研究前景.

化學發光分析法已廣泛應用于藥物分析、環境分析、材料分析和臨床分析等領域［6］.在堿性介質中，Luminol能被H2O2氧化產生穩定的化學發光信號，已成為應用最廣泛的化學發光體系之一.文獻報道，許多納米材料對H2O2-Luminol化學發光體系的發光具有增強作用［7-8］.GO特殊的單原子層片層結構決定了其在電學、光學方面的特殊性質［3，5］.本文采用化學發光分析法，研究GO對H2O2-Luminol發光體系的影響，發現GO在H2O2-Luminol體系中起著催化作用，能明顯增敏該發光反應.

姜黃素(Curcumin)(結構如圖1所示)是姜科姜黃屬植物中的有效成分之一，從藥用植物姜黃中提取的姜黃素，除姜黃素外還包括少量去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素.研究表明:姜黃素［9，10］具有抗氧化、抗炎等多種生物活性，對腫瘤的發生發展等多個階段均有抑制作用，作為天然色素的姜黃素色澤穩定，毒性極低，已廣泛應用于食品添加劑和醫藥等領域［11］，同時，也有研究表明其具有一定的細胞毒性［12］，因此評價姜黃屬植物中姜黃素的含量具有實際意義.姜黃素的測定方法主要有電化學法［13］、毛細管電泳法［14］、光分析法［15］、化學發光法［16］、高效液相色譜法［17］等.其中，化學發光法靈敏度高，檢測限低而被廣泛應用.本文通過實驗研究發現姜黃素對GO增強H2O2-Luminol化學發光具有明顯的抑制作用，結合流動注射技術，建立了流動注射-化學發光法定量測定姜黃素含量的分析方法.實驗表明:該方法用于市售姜黃中姜黃素的測定，結果令人滿意.

圖1 姜黃素的結構式

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

RFL-1型超微弱化學發光/生物發光檢測儀、IFIS-C型智能流動注射進樣器、IFFL-A型多功能化學發光檢測器(西安瑞邁分析儀器有限公司).

Luminol儲備溶液(1.0×10-2mol/L):準確稱取0.443 0 g Luminol(Fluka)，溶于0.1 mol/L的NaOH溶液中，用0.1 mol/L的NaOH溶液定容于250 mL棕色容量瓶中，4℃冰箱保存，使用時用0.1 mol/L的NaOH溶液稀釋至所需濃度.

H2O2溶液(0.75 mol/L):用30﹪H2O2溶液配制，現配現用.

姜黃素標準儲備溶液(1.00×10-3mol/L):準確稱取0.092 0 g姜黃素(國藥集團化學試劑有限公司)，溶于75﹪乙醇溶液中，用75﹪乙醇溶液定容于250 mL棕色容量瓶中，4℃冰箱保存，操作溶液用75﹪乙醇溶液逐級稀釋儲備溶液，現配現用.

實驗試劑均為分析純，實驗用水均為二次蒸餾水.

1.2 實驗方法及裝置

如圖2所示流路裝置，二次蒸餾水作載流，樣品溶液通過八通閥隨載流溶液注入到GO與H2O2的混合溶液中，經三通混合后再注入到Luminol溶液，混合液在流通池中發生氧化反應，反應產生的化學發光信號由RFL-1型超微弱化學發光/生物發光檢測儀檢測，以相對發光強度△I定量.

圖2 流動注射化學發光分析流程圖

2 結果與討論

2.1 發光體系和流路參數的選擇

H2O2在堿性條件下能氧化Luminol產生化學發光，實驗發現GO對Luminol-H2O2化學發光反應具有很強的增敏作用，而姜黃素對GOLuminol-H2O2三元體系的化學發光強度具有明顯的抑制作用.當選擇流動注射系統如下流路參數時:流通管內徑0.8 mm，采樣環長度15 cm，閥池距16 cm，Luminol濃度2.0×10-3mol/L，H2O2濃度0.75 mol/L，GO 濃度 0.8 mg/mL，試驗了流路參數對反應體系的相對化學發光強度的影響.結果表明，體系的相對化學發光強度隨泵速的增加而增大，該反應體系屬快速化學發光體系，選擇高泵速有利于提高體系的靈敏度.但泵速提高，試劑消耗也顯著增加.綜合考慮各種因素，調整P1、P2的泵速均為85 r/min，體系可獲得最大信噪比.

2.2 NaOH濃度和Luminol濃度的影響

Luminol能溶于NaOH溶液，而且Luminol的化學發光反應在堿性條件下能順利進行，其化學發光強度大而穩定，NaOH濃度明顯影響體系的化學發光強度.實驗考察了用濃度為0.01～1.0 mol/L的NaOH溶液配制的Luminol溶液對體系相對化學發光強度的影響，結果表明，當NaOH溶液濃度為0.1 mol/L時，體系的相對化學發光強度最大.因此，實驗用0.1 mol/L NaOH溶液配制Luminol溶液.實驗考察了1.0×10-5～1.0×10-2mol/L濃度范圍內的Luminol溶液對化學發光強度的影響.如圖3所示，Luminol在低濃度時，體系的相對化學發光強度較低，微小增大Luminol濃度，體系的相對化學發光強度迅速增強，當Luminol濃度為2.0×10-3mol/L時，體系的相對化學發光強度達到最大;當其濃度超過2.0×10-3mol/L時，體系的背景發光強度也迅速增大，相對化學發光強度緩慢降低，實驗選擇Luminol的濃度為2.0×10-3mol/L.

圖3 Luminol濃度的影響

2.3 過氧化氫濃度的影響

在GO-Luminol-H2O2三元化學發光體系中，作為氧化劑的H2O2，其濃度將會影響體系的化學發光強度，實驗考察了0.1～2.0 mol/L濃度范圍的H2O2溶液對體系化學發光強度的影響.結果表明，體系的化學發光強度隨H2O2濃度的增加而增強，當H2O2的濃度為0.75 mol/L時，體系的化學發光強度最大，隨后伴隨H2O2濃度的增加，基線漂移不穩定，體系的相對化學發光強度緩慢降低，實驗選擇H2O2濃度為0.75 mol/L.

2.4 GO濃度的影響

在GO-Luminol-H2O2化學發光體系中，GO作為反應體系的催化劑，不同的GO濃度，對體系的影響程度也不同.當姜黃素濃度為1.0×10-5mol/L、H2O2濃度為 0.75 mol/L、Luminol濃度為2.0×10-3mol/L時，實驗考察了GO在0.15～1.50 mg/mL濃度范圍內對體系的相對化學發光強度的影響.如圖4所示，體系的相對化學發光強度隨GO濃度的增加而增強，隨后緩慢減弱，實驗選擇GO濃度為0.8 mg/mL.

圖4 GO濃度的影響

2.5 校準曲線、檢出限和精密度實驗

按照實驗方法和在優化的實驗條件下，測定了不同濃度的姜黃素對體系相對發光強度的影響.如圖5所示，姜黃素在5×10-8～1.0×10-5mol/L濃度范圍內與相對化學發光強度呈良好的線性關系，線性方程為△I=0.1636c+106.027，R2=0.9989(c的數量級及單位為10-8mol/L);以11次空白測定值標準偏差的3倍計算方法的檢出限(3σ)為6.3×10-9mol/L.對濃度為5×10-6mol/L的姜黃素平行測定9次，相對標準偏差為2.6﹪.

2.6 共存物質的干擾

文獻報道［18］，姜黃的活性成分除姜黃素外，還含有糖類、揮發性油類及微量金屬元素等.在優化的實驗條件下，試驗了一些常見物質對測定姜黃素的影響.結果表明，50倍量的葡萄糖、蔗糖、淀粉、草酸、檸檬酸，5 倍量的 Zn2+、Al3+、Mg2+、Mn2+、Ca2+、Co2+，等倍量的 Cu2+、Fe3+對于5.0 ×10-6mol/L濃度的姜黃素的測定無干擾.

圖5 校準曲線

2.7 樣品的測定

取姜黃藥材適量，粉碎，準確稱取0.200 g姜黃粉末，用50 mL乙醇(75﹪)超聲提取30 min，過濾;取殘渣加入50 mL乙醇(75﹪)中再次超聲提取30 min，過濾，合并兩次濾液用乙醇(75﹪)定容至250 mL，得待測樣品溶液，由于姜黃素極易被氧化，因此姜黃素的標準溶液和樣品溶液均應避光于4℃冰箱中保存.

取一定量的樣品溶液，用乙醇(75﹪)溶液適度稀釋，按照實驗方法測定姜黃素總量，同時做樣品回收率實驗，結果與文獻［15］的紫外分光光度法結果基本一致.

表1 姜黃樣品中姜黃素總量的測定結果

3 結論

在堿性條件下，H2O2氧化Luminol產生化學發光，GO能顯著增強Luminol化學發光反應.實驗發現姜黃素對GO-Luminol-H2O2化學發光體系有抑制作用，GO能使體系的相對化學發光強度明顯降低，結合流動注射分析技術，建立了姜黃素的化學發光分析測定新方法.此法用于藥用姜黃中總姜黃素的測定，結果與文獻［15］報道的紫外分光光度法測定結果基本一致.

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