修飾碳纖維簇微盤電極檢測三種β2—腎上腺素受體激動劑

楚朝暉+孫雪梅

摘 要：該實驗為延長碳纖維簇微盤電極使用壽命，同時提高電極靈敏度，采用電解法在其表面修飾聚二烯丙基二甲基氯化銨保護的納米普魯士藍粒子，并建立了區帶毛細管電泳-電化學檢測法同時分離測定三種β2-腎上腺素受體激動劑用以驗證該電極。實驗最終確定的最佳修飾條件為0.9 V電解250 s；最佳電泳條件為：硼酸-鹽酸緩沖體系（pH=6.0，25 mmol·L-1），電泳電壓為10 kV，檢測電位為+1.0 V。在該條件下對豬肉樣品進行測定，證明新法制備的修飾電極比裸電極具有給高的靈敏度，使用壽命更長，且抗干擾能力更強。

關鍵詞：碳纖維簇微盤電極 區帶毛細管電泳 化學修飾電極 β2-腎上腺素受體激動劑

中圖分類號：R974+.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0209-04

毛細管電泳是一種具有耗樣少、效率高等優點的分離方法，在各領域得到了廣泛的應用[1-2]。碳纖維簇微盤電極是一種電化學檢測法較為常用的微電極[3-4]，但是由于其具有較強的吸附性而不耐用，因而對其進行修飾改進既可以延長單個電極的使用壽命，也可以提高毛細管電泳電化學檢測法的檢測性能。該實驗采用電解法對自制碳纖維簇微盤電極進行修飾，采用沙丁胺醇（SAL）、克倫特羅（CLB）和萊克多巴胺（RAC）作為驗證待測物，運用毛細管電泳電化學檢測法分離檢測豬肉樣品中上述3種待測物，證明該修飾電極比裸電極使用壽命更長，檢測限更低，穩定性更好。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

MPI-A型毛細管電泳電化學發光檢測儀（西安瑞邁分析儀器有限公司）；KQ118型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；25 μm彈性石英毛細管（外徑375 μm，永年縣銳灃色譜器件有限公司）；250 μm彈性石英毛細管（外徑625 μm，永年縣銳灃色譜器件有限公司）；三電極體系：自制修飾碳纖維簇微盤電極（工作電極），鉑片電極（輔助電極），飽和甘汞電極（參比電極）。

1.2 材料與試劑

碳纖維（山東工業大學碳纖維研究中心），沙丁胺醇（中國食品藥品檢定研究院，99.7 %），鹽酸克侖特羅（阿拉丁，98 %），鹽酸萊克多巴胺（Dr.Ehrenstorfer，98 %），硼酸（AR，天津市博迪化工有限公司），四硼酸鈉（AR，天津市鼎盛鑫化工有限公司），氫氧化鈉（AR，天津市博迪化工有限公司），聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）（Mw=100 000-200000 g·mol-1，20%水溶液，Aldrich），鐵氰化鉀（AR，天津市廣成化學試劑），氯化鐵（AR，天津市瑞金特化學品有限公司），502膠，改性丙烯酸酯膠粘劑（302膠）。

實驗用水均為FBZ6002-UP 型純水機（富勒姆）制備所得二次超純水。

1.3 實驗方法

1.3.1 碳纖維簇微盤電極的制備與處理

裁取一簇5 cm長的碳纖維約20根，浸于無水乙醇中超聲清洗5 min后，晾干備用。裁取250 μm彈性石英毛細管約3 cm，將碳纖維滴涂丙酮后塞滿其中。將充滿碳纖維的毛細管一端接觸502膠幾秒鐘取出晾干，插入銅絲用302膠固定。以302膠包裹電極外側用于保護[5]。

1.3.2 修飾電解液的配制

A液：25 mmol·L-1的鐵氰化鉀溶液。

B液：0.025 mmol·L-1的PDDA與6.25 mmol·L-1的氯化鐵混合溶液。

修飾電解液：按照體積比A∶B=1∶4的比例分別取A液和B液，混勻，現用現配。

1.3.3 PDDA保護的納米普魯士藍修飾碳纖維簇微盤電極的制備

以打磨清洗好的CFMBE為工作電極組裝三電極體系，置于修飾電解液中在0.9 V電壓下電解250 s，用水清洗后晾干即得PDDA保護的納米普魯士藍修飾碳纖維簇微盤電極（P-PB/CFMBE）。

1.3.4 分離檢測條件

實驗選擇pH=6.0、濃度為25 mmol·L-1的硼酸-鹽酸體系為緩沖液，采用的分離電壓為10 kV，檢測電勢為+1.0 V，12 kV電動進樣10 s。

2 結果與討論

2.1 納米普魯士藍修飾電極的優勢

2.1.1 納米普魯士藍對β2-腎上腺素激動劑的電催化作用

在SAL、CLB和RAC的濃度均為1.2×10-4 mol·L-1、pH為9.3以及硼酸根離子濃度為50 mmol·L-1的硼砂-硼酸溶液中，分別以CFMBE和P-PB/CFMBE為工作電極進行循環伏安測試，所得曲線如圖1所示。由圖可以清晰地看出，修飾后的電極信號響應（曲線2）比裸電極（曲線1）高出將近一個數量級。對比可見，電解法可以有效修飾上納米普魯士藍，且納米普魯士藍具有很優秀的電催化氧化效應；但此pH下帶負電荷的RAC離子被靜電屏蔽效應屏蔽[6]，峰型更不明顯。綜上，P-PB/CFMBE具有優秀的電催化能力，同時要想做到同步檢測必須調整pH使三種β2-腎上腺素激動劑均帶正電荷。

2.1.2 電極穩定性

為驗證修飾電極的穩定性，將CFMBE與P-PB/CFMBE分別置于鐵標準溶液中進行循環伏安掃描若干圈，實驗結果如圖2所示。由圖可知，P-PB/CFMBE在連續工作條件下具有更優秀的穩定性，電極壽命更長。

2.2 修飾時間的選擇

將不同修飾時間得到的P-PB/CFMBE置于鐵標準溶液中進行循環伏安測試。實驗發現，在50～250 s之間，隨著修飾時間延長（除200 s外），氧化還原峰電位差減小，峰電位整體負移；當修飾時間大于300 s時，在選定窗口（-0.2～+0.8 V）內沒有氧化還原峰。綜合上述及實際分離實驗，修飾時間選250 s。

2.3 檢測緩沖液的選擇

2.3.1 緩沖液pH的選擇

根據SAL等三種待測物的pKa[7]以及三價鐵離子沉淀pH，該實驗研究了pH 4.0～8.0對三種物質的峰電流（ip）、遷移時間（tm）和實際分離檢測效果的影響。SAL的峰電流隨著pH的增大先升高后降低，在pH=5.5時有極大值；CLB的峰電流隨pH的增大而降低，但降低速率很??；RAC的峰電流隨pH的增大先升高后急速降低，在pH=5.0時有極大值，當7.06.0時，RAC的遷移時間急速增加；pH=6.5時，RAC與CLB的遷移時間最接近；pH=7.0時，RAC與SAL的遷移時間差異最??；pH>7.0時，SAL等三種待測物的出峰順序由最初的RAC、CLB、SAL轉變為CLB、SAL、RAC，峰間距逐漸變大。因此，7.0

綜上，雖然在堿性環境中更有利于SAL等三種待測物的分離檢測，但RAC的特征峰很可能被雜質峰掩蔽，因此實際上不利于復雜條件下的同步檢測。因此，實驗選擇pH=6.0作為檢測緩沖液的pH條件。

2.3.2 緩沖液種類的選擇

該實驗考察了磷酸鹽和硼酸-鹽酸兩種緩沖體系對待測物進行了考察。雖然磷酸鹽體系的譜圖基線更加穩定，但是其具有管壁吸附效應，不利于實際應用。因此，實驗選擇硼酸-鹽酸體系作為檢測緩沖液。

2.3.3 緩沖液濃度的選擇

該實驗在緩沖液濃度范圍在5～200 mmol·L-1的區間內緩沖液濃度對SAL等三種待測物的遷移時間的影響。實驗結果可知，SAL等的遷移時間均隨著緩沖液濃度的升高而變長。當緩沖液濃度過低時，不利于分離；當濃度過高時，基線很不穩定。綜合基線穩定程度等實驗結果，實驗本著盡量縮減檢測時間的原則將緩沖液濃度定為25 mmol·L-1。

2.4 分離電壓的選擇

分離電壓（VS）越高，SAL等三種待測物的遷移時間越短。但是當電壓高于12 kV時，焦耳熱效應明顯，基線穩定性下降。因此，實驗選擇10 kV作為分離電壓。

2.5 進樣電壓與進樣時間的選擇

我們考察了進樣電壓2～15 kV、進樣時間3～10 s分別對峰電流和峰形的影響。結果表明，進樣電壓12 kV、進樣時間10 s即可滿足實驗要求。

2.6 線性方程、相關系數、線性范圍和檢測限

配制濃度范圍為10-2～10-10 mol·L-1的SAL、CLB和RAC混合標準溶液，在選定的實驗條件下進行分離檢測；每個濃度平行進樣5次，各組分平均峰高記作ip，以-lg c對-lg ip做線性回歸，計算所得的線性方程、線性范圍及檢測限等如表1所示。在其他實驗條件相同的條件下，采用CFMBE作為工作電極，重復上述實驗，相關數據同列于表1。對比可知，P-PB/CFMBE的性能更優秀。鑒于該實驗條件并非以CFMBE為工作電極的最佳實驗條件，參考對比本實驗室以前的實驗數據[8]可知，該實驗制得的P-PB/CFMBE具有更低的檢測限。

2.7 樣品測定和回收率

在選定的實驗條件下，將新鮮制備的豬肉提取液進行電泳分析，電泳圖如圖3中曲線I所示。另取少量制備出的提取液，加入適量SAL、CLB和RAC，平行5次進行加標回收實驗。豬肉樣品溶液加標電泳結果如圖3中曲線III所示，曲線II為采用CFMBE為工作電極的對比試驗。如圖3中曲線IV所示，三種β2-腎上腺素受體激動劑成功有效分離，通過標準加入法確定了a峰、b峰、c峰分別為RAC、CLB和SAL的特征峰，a峰為RAC的副峰。曲線III與曲線II相比，三種待測物的信號響應明顯增強，證明納米普魯士藍對該三種物質的電化學反應確有催化作用；使用P-PB/CFMBE的基線比使用CFMBE時更加穩定，證明納米普魯士藍可以屏蔽豬肉提取液中帶負電荷的雜質粒子。

通過待測物的樣品加標回收實驗可知，待測物的平均回收率在99%～102 %之間，說明本方法制備的修飾電極具有較高的準確度，重現性較好。

3 結語

該實驗采用電解法在碳纖維簇微盤電極表面修飾聚二烯丙基二甲基氯化銨保護的納米普魯士藍，用制備所得的納米普魯士藍修飾電極檢測三種β2-腎上腺素受體激動劑。實驗結果證明，該方法制得的修飾電極可以有效屏蔽負離子雜質的干擾，具有更長的使用壽命，更好的重現性，更低的檢測限，在檢測工作中可以替代裸碳纖維簇微盤電極。

參考文獻

[1] SUN Jin-ying， XU Xiao-yu， YU Huan， et al. Determination of Nicotine in Tobacco by Capillary Electrophoresis with Electrochemical Detection[J]. CHEM. RES. CHINESE UNIVERSITIES， 2012， 28（3）： 415-418.

[2] Li Wen-li， Ge Jin-yuan， Pan Ya-li， et.al. Direct analysis of biogenic amines in water matrix by modified capillary zone electrophoresis with 18-crown-6[J]. Microchim，Acta，2012（177）：75-80.

[3] 李傳龍， 孫雪梅. 毛細管電泳電化學法檢測大鼠腹腔肥大細胞提取液中的抗壞血酸[J]. 山東理工大學學報：自然科學版， 2011，25（3）：10-13.

[4] Sun Xue-mei， Jin Wen-rui， Catalysis-Electrochemical Determination of Zeptomole Enzyme and Its Application for Single-Cell Analysis[J]. Anal， Chem， 2003（75）： 6050-6055.

[5] Sun Xue-mei， Niu Yan， Bi Sai， et.al. Determination of ascorbic acid in individual rat hepatocyte by capillary electrophoresis with electrochemical detection[J]. Journal of Chromatography B， 2008（870）： 46-50.

[6] 李鳳斌，董紹俊.化學修飾電極的研究IX.普魯士藍修飾電極的制備和性能[J].應用化學，1986，3（2）：42-47.

[7] 高楊菲，許學書.毛細管電泳同步分離檢測“瘦肉精”及其替代物[J].食品工業，2008（3）：71-74.

[8] 楚朝暉，孫雪梅.區帶毛細管電泳——電化學檢測法分離檢測萊克多巴胺、沙丁胺醇和克倫特羅[J].青島科技大學學報：自然科學版，2016，37（增刊1）：21-24.