電化學法制備鐵氰化銅/Nafion及其對卡托普利的檢測

于清躍 于薈 朱新寶

摘 要：為對藥片中卡托普利的含量進行精確測定，采用電聚合的方法，在玻碳電極表面沉積均勻分布的鐵氰化銅/Nafion復合物。用掃描電鏡（SEM）和X射線能量色散光譜（EDX）分別對樣品的形貌和成分進行表征。利用循環伏安法（CV）研究藥物分子卡托普利在該修飾電極上的電化學行為。研究結果顯示，該修飾電極對卡托普利具有非常好的電催化性能。一定條件下，卡托普利在6.62×10-5～3.80×10-3 mol/L范圍內，其氧化峰電流與物質量濃度呈現很好的線性關系，其相關系數是0.996，檢出限為5.0×10-6 mol/L。該修飾電極具有快速、靈敏和高效的特點，并且可用于卡托普利實際樣品的檢測。

關鍵詞：鐵氰化銅；卡托普利；電催化氧化；循環伏安法

文獻標志碼：A 文章編號：1674-5124（2016）09-0041-05

0 引 言

高血壓是臨床的常見病和多發病，被稱為危害人類健康的三大疾病之一。它的發病率廣、死亡率高，并且容易引起冠心病、心肌梗死及腎衰竭等多種并發癥[1]。隨著人們生活水平的提高和人口老齡化的加劇，我國中老年人高血壓發病率已高達57.0%，且患病率還在不斷增加，我國已經成為受高血壓影響最嚴重的國家之一[2]；因此，高血壓的預防、治療以及藥物的研制及其質量控制越來越受到人們的重視。

卡托普利（captopril，CPT）又稱為巰甲丙脯酸、開博通，即1-（2-甲基-3-巰基-氧代丙基）-L-脯氨酸。其結構式如圖1[3]所示。卡托普利是第一個問世的口服血管緊張素轉化酶抑制劑（ACEI），在臨床上對高血壓、心力衰竭以及冠心病的治療都取得了非常好的效果，被世界衛生組織推薦為治療高血壓的首選降壓藥物[4]。其導致的不良反應有高血鉀、低血壓、和咳嗽等，長期服用甚至可能引起脫發、嗅覺和味覺的改變[5]。因此，需嚴格控制CPT制劑的含量，使之達到治療效果與降低不良反應兼顧[6]。目前，測量CPT含量的方法主要有分光光度法[7]、化學發光法[8]、碘甲酸法[9]和熒光法等[10]。CPT分子中由于缺少有效吸收紫外光的基團，因而在200 nm波長以上沒有特征吸收峰。只能用溴苯乙酰溴試劑將CPT分子結構中的巰基進行轉化，然后再使用分光光度法間接測量。但是由于其樣品前處理過程復雜，故限制了它的應用。中國藥典采用碘甲酸法測定CPT的含量，但是其取樣量大、靈敏度低[9]。Mazurek等[11]采用滴汞電極測定藥片中CPT的含量，但是滴汞電極會造成二次污染，不利于該法的推廣使用。

鐵氰化銅由于其良好的化學穩定性和獨特的電催化性能而受到人們的青睞。它制備方便、成本低，被廣泛運用在高靈敏度和高選擇性生物傳感器上。Nafion陰離子膜上含有大量的親水性磺酸基團，使其具備較好的水溶性，常用在安培傳感器的構建上，能夠穩定電極上的納米粒子。本文利用循環伏安法，在玻碳電極表面通過電沉積制備了鐵氰化銅/Nafion復合物，并據此構建了一種檢測CPT的方法。與傳統的檢測手段相比，該方法檢測范圍廣、選擇性好、靈敏度高。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

卡托普利，KCl，K3[Fe（CN）6]，CuCl2，撲熱息痛，可溶性淀粉，苯甲酸鈉，糊精等試劑均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司；Nafion試劑購于美國sigma公司。其他常用試劑為市售認可的分析純。實驗室所用去離子水為二次蒸餾水。

CHI660E電化學工作站（上海辰華儀器公司提供）；KQ2200DE超聲波清洗器（昆明超聲儀器有限公司）；BSA124S電子天平（sartorius）；場發射掃描電子顯微鏡（FESEM，日本日立公司，S-4800）。電化學實驗采用三電極系統：以潔凈的玻碳電極作為工作電極，Pt絲作為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極。

1.2 電極的處理

將玻碳電極在砂紙上拋光，然后依次用1.0，0.3，

0.05 μm的氧化鋁粉乳液打磨至鏡面，放入超聲波清洗儀中用蒸餾水超聲清洗2 min，去掉表面的氧化鋁粉末，然后用氮氣吹干備用。

Nafion由于具有較好的成膜性、陽離子選擇性和生物相容性，經常被用于電極表面的修飾和復合材料的制備上。本實驗采用0.2%的Nafion的乙醇溶液作為成膜劑。用移液槍在潔凈的玻碳電極表面滴涂5 μL上述Nafion的乙醇溶液，自然晾干備用，該電極記為NF/GCE電極。

1.3 CuCHF/NF/GCE電極的制備

電極的制備過程如下：將3 mL 0.3 mol/L的KCl與15 mmol/L的CuCl2混合均勻，然后將新制好的NF/GCE電極放在上述溶液中，采用循環伏安法以100 mV/s 的掃速在0.0～0.6 V的電位范圍內連續循環掃描20圈；將該電極拿出來，然后放在新配制的溶液中（含0.3 mol/L KCl，15 mmol/L K3[Fe（CN）6]），再用循環伏安法以100 mV/s的掃速在0.0～1.0 V的范圍內連續掃描20圈。鐵氰化銅粒子可在Nafion修飾的玻碳電極表面均勻沉積。這樣就得到CuCHF/Nafion復合物修飾電極，將電極取出用蒸餾水洗凈后晾干待用，記為CuCHF/NF/GCE電極。

1.4 電化學測試方法

采用三電極系統檢測：CuCHF/NF/GCE電極為工作電極，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑絲放入0.25 mol/L的KCl溶液中。在室溫下，在0.2～1.0 V之間以100 mV/s掃速用循環伏安法進行表征。然后研究其對卡托普利的電流響應情況。

2 結果與討論

2.1 電沉積CuCHF顆粒修飾電極的表征

采用掃描電鏡對修飾電極上的CuCHF顆粒進行了表征。圖2（a）為電沉積CuCHF顆粒材料在NF/GCE電極表面的掃描電鏡圖。由圖可見，CuCHF顆粒均勻、致密地分散在玻碳電極表面，并且密度也比較大。有趣的是，可以發現部分CuCHF顆粒聚集在一起，形成了樹枝狀結構。這在一定程度上可以增加CuCHF電催化的活性位點，大大提高了其催化性能。并且這種電沉積形成的CuCHF顆粒可以十分穩定地固定在電極表面，不容易脫落，從而更高效地催化氧化卡托普利。同時，用掃描電鏡上配備的能譜對玻碳電極表面的材料進行成分分析，結果如圖2（b）所示，材料中含有典型的C、N、O、Fe和Cu等元素，表明CuCHF顆粒成功沉積在玻碳電極表面。

2.2 CuCHF/NF/GCE電極的電化學行為

分別以GCE、NF/GCE電極和CuCHF/NF/GCE電極為工作電極在0.25 mol/L的KCl溶液中進行循環伏安掃描，掃描速率為100 mV/s，結果如圖3所示。由圖可知，GCE和NF/GCE電極均未出現明顯的氧化還原峰，說明Nafion在空白底液上無明顯的電化學響應。而CuCHF/NF/GCE電極呈現一對明顯的氧化還原峰，這歸因于電極表面CuCHF中的Fe2+和Fe3+之間的相互轉化。該氧化還原反應方程式[12]如下：

K2CuII[FeII（CN）6]→KCuII[FeIII（CN）6]+e-+K+（1）

圖4為CuCHF/NF/GCE在含有0.1 mmol/L的0.25 mol/L KCl溶液中不同掃速下的50～400 mV/s的循環伏安圖，插圖為氧化峰電流和還原峰電流與掃描速度的線性關系曲線。從插圖中可以看出電極的氧化峰電流及還原峰電流與掃速呈線性關系，其線性方程分別為Ipa（mA）=-2.68-0.15 ν（mV/s）（r2=0.998）和Ipa（mA）=2.73+0.12 ν（mV/s）（r2=0.997），表明卡托普利在該電極上的反應是受表面過程控制。

2.3 卡托普利在CuCHF/NF/GCE電極上的電化學行為

圖5是NF/GCE電極和CuCHF/NF/GCE電極分別在有無0.5 mmol/L卡托普利的0.25 mol/L KCl溶液中的循環伏安圖。NF/GCE電極在沒有卡托普利存在下（曲線a），沒有出現氧化峰。加入0.5 mmol/L卡托普利之后（曲線b），峰電流沒有增加，表明Nafion對卡托普利沒有電催化的作用。但是，在CuCHF/NF/GCE電極上，加入0.5 mmol/L的卡托普利之后（曲線d），氧化峰電流相對于曲線c明顯增加，表明CuCHF對卡托普利有良好的電催化性能。CuCHF/NF/GCE電極對卡托普利的催化機理可用如下方程[13]表述：

K2CuII[FeII（CN）6]→KCuII[FeIII（CN）6]+e-+K+（2）

2KCuII[FeIII（CN）6]+2K++2RS-H→

K2CuII[FeII（CN）6]+RS-SR+2H+（3）

在電催化氧化卡托普利的過程中，卡托普利分子中的巰基被氧化成二聚體，所以峰電流增加。

2.4 線性范圍和檢出限

圖6為在0.25 mol/L KCl溶液中，CuCHF/NF/GCE電極對不同濃度卡托普利進行檢測的循環伏安曲線，插圖為陽極峰電流與卡托普利濃度的關系曲線。從圖中可以明顯看到，隨著卡托普利濃度的增大，氧化峰電流逐漸增加，還原峰電流逐漸減少。卡托普利濃度在6.62×10-5～3.80×10-3 mol/L范圍內與陽極峰電流Ipa有良好的線性關系，其線性回歸方程為Ipa（μΑ）=22.65+14.29 C（mmol/L）（r2=0.996），檢出限為5.0×10-6 mol/L（S/N=3）。

2.5 干擾試驗

實驗測定了卡托普利藥片中共存物的干擾情況，結果發現，對于1 mg/L的卡托普利，以相對誤差小于±5%時，100倍的可溶性淀粉、苯甲酸鈉、糊精、撲熱息痛，50倍Na+、K+、Ca2+、Al3+、PO43-、SO42-、Cl-、Br-不干擾，10倍的Mg2+、Zn2+、Fe2+、Mn2+有輕微負干擾，由于卡托普利片中這些物質的含量遠遠低于試驗量，故可以不經分離，直接測量。

2.6 樣品測定

取市售3種不同批號的卡托普利劑片，去除糖衣將其研磨，準確稱取一定粉末。然后溶解、過濾、定容，取適量溶液按實驗方法進行測定，同時進行加標回收實驗，結果如表1所示，可見加標回收實驗結果回收率在98%～102%之間。

3 結束語

采用電聚合的方法，在Nafion修飾的玻碳電極表面電沉積CuCHF納米顆粒。通過掃描電鏡表征，發現CuCHF納米顆粒聚組裝成樹枝狀結構，并且均勻分布在玻碳電極表面。由于其特有三維結構，使其擁有較大比表面積，較高的活性催化位點，能與卡托普利充分接觸，提高對卡托普利的電催化氧化性能。同時，由于Nafion的存在，能使CuCHF納米顆粒固定在博塔電極表面，不容易脫落。且Nafion帶有負電子的磺酸基團，能有效排斥帶負電荷的干擾物。通過CuCHF納米與Nafion之間的協同作用，提高修飾電極對卡托普利的選擇性和靈敏度。實驗結果證明，該修飾電極對卡托普利具有良好電催化作用，在一定濃度內，對卡托普利呈現很好的線性關系，且該傳感器的檢測限為5.0×10-6 mol/L。通過對實際樣品的分析表明，該傳感器具有很高的準確度，并且其制備簡單，能夠應用于卡托普利實際樣品的檢測。

參考文獻

[1] 王淑貢. 高血壓病的預防與健康教育進展[J]. 醫學綜述，2007，13（6）：432-434.

[2] 宋紅霞. 老年高血壓病的診斷治療[J]. 河北醫藥，2008，30（10）：1577-1580.

[3] ONDETTI M， RUBIN B， CUSHMAN D. Design of specific inhibitors of angiotensin-converting enzyme： new class of orally active antihypertensive agents[J]. Science，1977（196）：441-443.

[4] ROMANKIEWICZ J， BROGDEN R， HEEL R， et al. Captopril： an update review of its pharmacological properties and therapeutic efficacy in congestive heart failure[J]. Drugs，1983，25（1）：6-40.

[5] AYKIN N， NEAL R， YUSOF M， et al.. Determination of captopril in biological samples by high‐performance liquid chromatography with ThioGloTM 3 derivatization[J]. Chromatogr，2001，15（7）：427-432.

[6] PIMENTA A， ARAUJO A， MONTENEGRO M. Simultaneous potentiometric and fluorimetric determination of diclofenac in a sequential injection analysis system[J]. Anal Chim Acta，2002，470（2）：185-194.

[7] RAHMAN N， SINGH M， HODA M N. Validation of simultaneous volumetric and spectrophotometric methods for the determination of captopril in pharmaceutical formulations[J]. II Farmaco，2005，60（6）：569-574.

[8] SOROURADDIN M， IRANIFAM M， IMANI-NABIYYI A. A novel captopril chemiluminescence system for determination of copper（II） in human hair and cereal flours[J]. J Fluoresc，2009，19（19）：575-581.

[9] 國家藥典委員會. 中華人民共和國藥典：第2部[M]. 北京：化學工業出版社，2000：132.

[10] CHEVIRON N， ROUSSEAU-PLASSE A， LENFANT M， et al. Coumarin-Ser-Asp-Lys-Pro-OH，A fluorescent substrate for determination of angiotensin-converting enzyme activity via high-performance liquid chromatography[J]. Anal Biochem，2000，280（1）：58-64.

[11] MAZUREK S， SZOSTAK R. Quantitative determination of captopril and prednisolone in tablets by FT-Raman spectroscopy[J]. J Pharm Biomed Anal，2006，40（5）：1225-1230.

[12] WANG P， YUAN Y， JING X， et al. Amperometric determination of thiosulfate at a surface-renewable nickel（II） hexacyanoferrate-modified carbon ceramic electrode[J]. Talanta，2001，53（4）：863-869.

[13] ENSAFI A A， REZAEI B， MIRAHMADI Z Z， et al. Highly selective and sensitive voltammetric sensor for captopril determination based on modified multiwall carbon nanotubes paste electrode[J]. J Braz Chem Soc，2011，22（7）： 1315-1322.

（編輯：徐柳）