基于納米CeO2增敏魯米諾化學發光法測定對乙酰氨基酚的研究

李云云，張琰圖，章竹君，王軍鋒

(延安大學 化學與化工學院，陜西省化學反應工程重點實驗室，陜西 延安 716000)

基于納米CeO2增敏魯米諾化學發光法測定對乙酰氨基酚的研究

李云云*，張琰圖，章竹君，王軍鋒

(延安大學 化學與化工學院，陜西省化學反應工程重點實驗室，陜西 延安 716000)

基于堿性條件下，CeO2納米粒子能夠有效增敏魯米諾-KMnO4體系的化學發光，并結合流動注射技術建立了一種對乙酰氨基酚測定的新方法。實驗研究了影響化學發光檢測信號的多種因素，并初步探討了可能的化學發光機理。在最佳實驗條件下，對乙酰氨基酚濃度在1.0×10-7～5.0×10-5mol/L范圍內與相對化學發光強度的抑制值呈良好的線性相關，相關系數(r2)為0.996 4，檢出限(3σ)為3.3×10-8mol/L。對5.0×10-6mol/L的對乙酰氨基酚溶液平行測定11次，計算得相對標準偏差(RSD)為0.3%。該法用于銀翹片中對乙酰氨基酚含量的測定，回收率為98.0%；對尿液的加標回收率為97.9%～98.7%，結果滿意。

魯米諾；CeO2納米粒子；對乙酰氨基酚；流動注射；化學發光

對乙酰氨基酚(N-Acetyl-4-aminophenol,APAP)，為乙酰苯胺類藥物，分子式C8H9NO2，能溶于乙醇、丙酮和熱水，不溶于石油醚及苯，是一種廣泛應用于臨床的解熱鎮痛藥，也是很多藥物的有效成分之一。由于APAP對胃腸道刺激作用小，解熱鎮痛作用緩和持久，并且安全有效，所以臨床上應用較為廣泛[1]。

近年來,隨著納米科技的發展,將納米材料、化學發光分析法以及流動注射技術相結合建立一種高靈敏度的微量及痕量藥物分析技術,是當前分析化學領域中的研究熱點，具有廣泛的應用前景[2-6]。化學發光分析法與納米技術的結合在優化化學發光反應的分析特性，以及拓寬化學發光分析的應用范圍等方面獲得了長足的發展，又因納米粒子具有良好的生物相容性，因此可以用作生物標記物，實現化學發光檢測信號的放大，極大地提高了分析檢測的靈敏度[7-9]。金屬納米材料主要是指貴金屬Au、Ag包括鉑族(Pt、Pd、Os、Ir、Ru、Rh)等金屬元素構成的納米材料。金屬氧化物納米材料主要指過渡金屬(Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ti等)的氧化物組成的納米材料。目前常用于流動注射化學發光的納米粒子主要有金、銀等貴金屬納米粒子，國內清華大學張新榮課題組[10-13]、中國科學技術大學崔華課題組[14-16]，將納米材料用于化學發光體系，對貴金屬納米粒子作為還原劑、催化劑、能量接受體、微尺度反應平臺參與化學發光過程進行了系統研究。關于金屬氧化物制備方法和性能的研究已有文獻報道[17-19]，而將金屬氧化物納米粒子用于化學發光的文獻報道很少[3,20-21]。

目前對乙酰氨基酚的測定方法有高效液相色譜法[22-23]、近紅外漫反射光譜法[24]、熒光光譜法[25]、液相色譜-串聯質譜法[26]和電化學法[27-29]等。雖然這些方法具有靈敏度高和選擇性好的優點，但操作步驟復雜，或者儀器較昂貴。化學發光法因靈敏度高、線性范圍較寬而廣泛應用于各個領域。已報道的對乙酰氨基酚測定的化學發光體系有KMnO4-Na2SO3體系[30]、魯米諾-H2O2-納米銀[31]等。但是未見用金屬氧化物納米粒子催化魯米諾- KMnO4化學發光體系來測定對乙酰氨基酚的報道。

基于金屬氧化物納米粒子優越的光催化性能以及化學發光分析法的優點，本研究通過制備金屬氧化物納米粒子，構建CeO2NPS-魯米諾-KMnO4化學發光體系，采用流動注射技術測定實際樣品尿液和銀翹片中的微痕量對乙酰氨基酚。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

IFIS-D智能流動注射進樣器(西安瑞邁分析儀器有限公司)、PCL微弱發光測量儀、F-4500型熒光分光光度計(日本日立公司)、8-1磁力加熱攪拌器(國華電器有限公司)、管架自動平衡離心機(湘儀離心機廠)。

1.0×10-2mol/L對乙酰氨基酚標準儲備液：準確稱取0.151 0 g對乙酰氨基酚，用少量乙醇溶解，定容至100 mL容量瓶中，使用時逐級稀釋。

1.0×10-2mol/L魯米諾標準儲備液：稱取0.177 1 g魯米諾，用1.0 mol/L氫氧化鈉溶液溶解，然后加水定容至100 mL容量瓶中，常溫避光保存1周后使用。

1.0×10-2mol/L高錳酸鉀儲備液：準確稱取高錳酸鉀固體0.158 0 g，然后用水溶解于100 mL燒杯中，放置在磁力加熱攪拌器上，蓋玻璃皿加熱半小時后用濾紙過濾，最后定容至100 mL棕色容量瓶中，避光放置1周使用。

實驗用水為超純水，試劑均為分析純。

1.2 CeO2納米粒子的合成

參照文獻[19]并稍作改進合成CeO2納米粒子：準確稱取2.170 0 g Ce(NO3)3·6H2O固體顆粒，溶于少量水中。取聚丙烯酸(PAA) 2.5 mL于燒杯中，準確加入10.00 mL水得到其濃度為0.04 mol/L的水溶液。然后將以上兩種溶液混合，邊攪拌邊加入至30 mL濃氨水中，蓋上玻璃皿并于磁力攪拌器上攪拌12 h，靜置，得到深棕色的溶液。以5 000 r/min離心20 min后，用濾紙過濾除去其中的雜質，最后定容至100 mL容量瓶中，得到其濃度為0.05 mol/L。

圖1 流動注射化學發光流路圖Fig.1 Diagram of fluid injection chemiluminescence P1,P2.peristaltic pump；a.KMnO4；b.H2O/acetaminophen;c.alkaline luminol;d.CeO2;V.injection valve；C.flow pool；W.liquid waste；PMT.photomultiplier tube；NHV.negative high pressure

圖2 化學發光動力學曲線Fig.2 Kinetic curves of the chemiluminescencea:luminol+KMnO4;b:luminol+KMnO4+CeO2+acetaminophen;c:luminol+KMnO4+CeO2

1.3 流動注射化學發光體系流路圖

本實驗中構建的流動注射化學發光體系如圖1所示，選用的化學發光體系為CeO2NPS-魯米諾-KMnO4，以化學發光強度的峰高值進行定量，并對流動注射體系的相關儀器檢測參數進行優化。

2 結果與討論

2.1CeO2納米粒子對化學發光體系的影響

實驗考察了CeO2納米粒子加入前后對化學發光體系的影響，如圖2中曲線a和c所示，當CeO2納米粒子存在時，魯米諾-KMnO4體系的發光強度得到極大增強，而當加入對乙酰氨基酚后，化學發光強度明顯下降，如圖2中曲線b所示，說明該藥物對CeO2納米粒子-魯米諾-KMnO4體系的化學發光行為具有明顯的抑制作用。

2.2 儀器參數的選擇

實驗考察了泵的運行時間以及主、副泵速、負高壓對發光強度的影響，綜合實驗中的試劑用量、峰值、操作時間等因素，最終確定儀器檢測參數為：主、副泵速均為40 r/min，運行時間為50 s,負高壓為700 V。

2.3 溶液濃度的優化

2.3.1魯米諾濃度的優化魯米諾作為本實驗體系的發光試劑，其濃度直接影響該體系的發光強度。考察了魯米諾濃度對體系發光強度的影響，結果顯示，當魯米諾濃度為1.0×10-6～1.0×10-4mol/L時，發光強度隨濃度的增大先增強，濃度為5.0×10-5mol/L時發光強度達最大值，而后幾乎不變，所以選擇魯米諾濃度為5.0×10-5mol/L。

2.3.2NaOH濃度的優化實驗考察了NaOH濃度對化學發光強度的影響，結果發現，NaOH濃度在0.01～0.1 mol/L范圍內，發光強度隨濃度的增大逐漸增強，在0.1～0.13 mol/L范圍內發光強度幾乎不變。所以實驗選擇NaOH溶液的濃度為0.1 mol/L。

2.3.3KMnO4濃度的優化實驗考察了KMnO4濃度對化學發光強度的影響，結果顯示，當KMnO4溶液濃度低于4.0×10-4mol/L時，體系的化學發光強度隨其濃度的增大而增強，當KMnO4濃度在4.0×10-4～7.0×10-4mol/L范圍時，體系的發光強度最大且基本穩定，所以選擇KMnO4溶液濃度為5.5×10-4mol/L。

2.3.4CeO2納米粒子濃度的優化討論了CeO2納米粒子的濃度在6.0×10-5～2.4×10-4mol/L范圍時的發光強度，結果發現當其濃度為1.8×10-4mol/L時具有最大發光強度，所以選用濃度為1.8×10-4mol/L的CeO2納米粒子。

圖3 熒光光譜圖Fig.3 Fluorescence spectraa:luminol+KMnO4;b:CeO2NPS+luminol+KMnO4

2.4 發光機理探討

如圖3所示，對魯米諾-KMnO4、CeO2NPS-魯米諾-KMnO4兩個體系做熒光分析，發現兩個體系均在425 nm處有最大熒光峰，說明這兩個化學發光體系具有相同的發光體即3-氨基鄰苯二甲酸根離子。而b曲線明顯比a曲線的峰值高，說明CeO2納米粒子對魯米諾-KMnO4發光體系具有明顯的增敏作用。

2.5 干擾實驗

2.6 標準曲線、精密度與檢出限

在優化條件下，以CeO2NPS-魯米諾-KMnO4為空白測得發光強度為I0，而加入對乙酰氨基酚系列標準溶液測得的發光強度為IS，以抑制的信號強度值(ΔI)與對乙酰氨基酚濃度(c,mol/L)作標準曲線。結果發現在1.0×10-7～5.0×10-5mol/L范圍內，對乙酰氨基酚濃度與該體系發光強度的抑制值呈良好的線性關系，線性方程為ΔI=2.6×106c+576(r2=0.996 4)，在該實驗條件下根據IUPAC計算的檢出限(3σ)為3.3×10-8mol/L。在優化條件下對5.0×10-6mol/L的對乙酰氨基酚溶液平行測定11次，計算得到相對標準偏差(RSD)為0.3%。

2.7 銀翹片及尿液分析

2.7.1尿液的前處理參考文獻[32]，對尿液進行處理，取5.00 mL新鮮尿液，首先加入PbO2并攪拌15 min，除去尿液中的尿酸和硫脲等。然后以12 000 r/min離心，除去其中的蛋白質后，于4 ℃冰箱中儲存備用。

2.7.2回收率的測定銀翹片分析：參照文獻[25]取銀翹片樣品5片，研磨成粉末狀，然后用乙醇適量提取1 h，冷卻過濾，定容至100 mL容量瓶中。按本實驗方法進行測定，得到均值為1.03 mg/片，與標示量1.05 mg/片相比較，回收率為98.0%。

尿液分析：分別準確移取3份1.00 mL經處理過的尿液于100 mL容量瓶中，依次向其中加入6.00、8.00、10.00 mL濃度為1.0×10-4mol/L的對乙酰氨基酚標準溶液，最后用二次水定容。同時進行加標回收試驗，結果如表1所示，3個加標濃度下的回收率為97.9%～98.7%，RSD為0.3%～0.6%。

表1 尿液分析結果Table1 Analytical results of urine

3 結 論

本研究建立了一種金屬氧化物納米粒子催化化學發光新體系。實驗結果表明，所制備的CeO2納米粒子能很好地催化魯米諾- KMnO4體系的化學發光，而對乙酰氨基酚卻能與魯米諾競爭KMnO4，從而線性抑制該體系發光信號，基于此可對實際樣品和藥物制劑中的微痕量對乙酰氨基酚進行分析測定。該方法操作簡單，易于實現，具有良好的回收率。將該金屬氧化物納米粒子用于流動注射化學發光體系，極大拓展了化學發光的應用范圍，有望用于臨床疾病診斷和藥物控制等方面。

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Study on Determination of Acetaminophen by CeO2Nanoparticle-sensitized Luminol Chemiluminescence

LI Yun-yun*,ZHANG Yan-tu,ZHANG Zhu-jun，WANG Jun-feng

(College of Chemistry & Chemical Engineering，Shaanxi Key Laboratory of Chemical Reaction Engineering,Yan’an University,Yan’an 716000，China)

A new method for the determination of acetaminophen was established by flow injection technique as CeO2nanoparticles(CeO2NPS) could effectively enhance the chemiluminescent(CL) intensity of luminol-KMnO4system in alkaline conditions.In this study,a variety of factors influencing the chemiluminescence detection signal were studied,while the possible CL mechanism was discussed.Under the optimum experimental conditions,the concentration of acetaminophen was linear with the inhibition of relative CL intensity in the range of 1.0×10-7mol/L-5.0×10-5mol/L.The detection limit(3σ) was 3.3×10-8mol/L.And the relative standard deviations(RSD) were calculated to be 0.3% for 11 times parallel detection on 5.0×10-6mol/L acetaminophen solution.The method was successfully applied in the determination of acetaminophen in Yinqiao tablets and urine with the satisfactory recoveries of 98.0% and 97.9%-98.7%,respectively.

luminol；CeO2nanoparticles；acetaminophen；flow injection；chemiluminescence

2017-06-23；

2017-07-25

延安大學校級科研項目(YDK2015-69)

*

李云云，碩士，講師，研究方向：納米粒子催化發光與藥物分析，Tel:0911-2332037，E-mail:liyun233@126.com

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.11.014

O657；O734

A

1004-4957(2017)11-1375-05