N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾電極的制備與應用研究

陳章武 鄒惠園 熊凱鵬 申貴雋*

(1大連大學 環境與化學工程學院,遼寧 大連 116622；2大連誠澤檢測有限公司，遼寧 大連 116000)

前言

近些年來，有關導電玻璃(ITO)的電分析化學應用發展很快。大量的以玻璃電極(ITO)為基體的修飾電極研究與應用相繼出現。例如，納米銀修飾電極檢測鹵素粒子的含量[1]、 磷酸緩沖液中進行循環伏安掃描[2]、過氧化氫的安培計生物傳感器[3]、太陽能電池的研究[4]、玻璃襯里設備[5]、聚氨基酞菁鈷(CoTAPc)修飾電極[6]；氧化石墨(GO)/聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDADMAC)復合超修飾電極[7]；乙烯亞胺和聚丙烯酸分子層修飾電極[8]等。 也有采用水熱法制備出二氧化鈦納米線陣列、然后使用電化學沉積法將金納米顆粒修飾于二氧化鈦納米線陣列表面[9]的報道。然而，用以檢測藥物含量的導電玻璃修飾電極的報道不多。該實驗以銦錫氧化物(ITO)導電玻璃為基體電極，先后修飾N-N二甲基甲酰胺和納米銀制備出可用于檢測藥物中鹽酸二甲雙胍含量的選擇性化學修飾電極。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CS300電化學工作站(武漢科思特儀器有限公司)；三電極系統：以玻璃電極(ITO)為基體電極的N-N二甲基甲酰胺和納米銀修飾電極為工作電極，飽和甘汞電極(上海圣科儀器設備有限公司)為參考電極，鉑絲電極(北京鵬達恒泰科技有限公司)為對電極；數控超聲波清洗器(天津瑞普電子儀器公司)。試劑均為分析純，實驗用水為去離子水。

1.2 修飾電極的制備

1.2.1 裸玻璃電極的預處理

將導電玻璃(ITO)依次用洗滌劑、稀鹽酸、乙醇、去離子水超聲清洗5 min，冷風吹干。

1.2.2 基體電極的修飾

以導電玻璃(ITO)為基體電極，在N-N二甲基甲酰胺液體中，在靜止的條件下于0～1 V范圍內以100 mV/s的掃速循環掃描5周，至循環伏安曲線穩定。然后取出電極，并將該電極和參考電極和對電極置入5 mmol/L的硝酸銀溶液中，在靜止的條件下于-0.2～-0.8 V范圍內，用線性溶出伏安法修飾。掃速設置為0.5 mV/s，溶出時間為180 s。取出電極用去離子水淋洗電極表面，從而制得N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾電極。

2 結果與討論

2.1 鐵氰化鉀在裸電極以及不同修飾電極的電化學響應

依次用N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極、N-N二甲基甲酰胺電極、納米銀電極、納米銀/N-N二甲基甲酰胺電極、裸玻璃電極在1.5×10-2mol/L K3[Fe(CN)6]溶液中利用循環伏安法掃描(電流電位0～1 V，掃描速度50 mV/s)，結果如圖1所示。圖1中N-N二甲基甲酰胺電極(曲線2)，納米銀電極(曲線3)納米銀/N-N二甲基甲酰胺電極(曲線4)較裸玻璃電極(曲線5)氧化還原峰電流增加，表明N-N二甲基甲酰胺、納米銀、納米銀/N-N二甲基甲酰都分別聚合到了玻璃電極表面，促進了探針離子在電極表面的氧化還原。其N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極(曲線1)氧化電流峰最高，但該電極的還原峰較其它電極低(較裸玻璃電極曲線5高)，表明納米銀修飾到N-N二甲基甲酰胺電極上導電性(氧化電流)最好。

2.2 鹽酸二甲雙胍在不同修飾電極上的電化學響應

用pH =6.64的PBS緩沖溶液配制的濃度為0.1 mg/mL的鹽酸二甲雙胍溶液為測試液，依次用納米銀電極、N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極、N-N二甲基甲酰胺電極、裸導電玻璃電極、納米銀/N-N二甲基甲酰胺電極于0～1 V范圍內以50 mV/s掃描速度進行掃描。不同電極掃描的循環伏安掃描如圖2所示。由圖2可見，(b)曲線——N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極峰形最好。(d)曲線所代表的N-N二甲基甲酰胺修飾電極與(e)曲線——裸導電玻璃電極在掃描時均不出峰。(c)曲線——納米銀/N-N二甲基甲酰胺修飾電極在該樣品中的氧化峰低于N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極的氧化峰，而(a)曲線——納米銀電極氧化峰高于(b)曲線。

2.3 不同濃度的鹽酸二甲雙胍在納米銀修飾電極上的響應

用納米銀電極對用上述條件配制的0.075、0.1、0.15 、0.2 mg/mL鹽酸二甲雙胍溶液循環伏安掃描的線性。氧化峰線性方程為y=-129.98x+86.016，R2=0.410 8，可見納米銀修飾電極的線性不好。

綜上所述，N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾電極對鹽酸二甲雙胍的響應最好。

圖1 不同電極在鐵氰化鉀溶液中的循環伏安圖Figure 1 Cyclic voltammetry of different electrodes in potassium ferricyanide solution.

圖2 鹽酸二甲雙胍在不同修飾電極上循環伏安掃描曲線Figure 2 Cyclic voltammetry scanning curves of metformin hydrochloride at different modified electrodes.

2.4 pH值的影響

實驗結果表明，在pH=5.00～6.64時，隨著緩沖溶液pH值的升高氧化峰電流在增加。當pH=6.64時，氧化峰電流達到最大。當pH值繼續增大，氧化峰電流減小。由此可知在緩沖溶液pH=6.64時，N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾電極對鹽酸二甲雙胍的響應最好。因此選擇pH =6.64為緩沖溶液的最佳酸度。

2.5 聚合膜(N-N二甲基甲酰胺)厚度的影響

依次改變裸導電玻璃電極在N-N二甲基甲酰胺中得掃描圈數，然后進行同一條件的納米銀修飾，最后分別將制得的工作電極置于0.1 mg/mL的鹽酸二甲雙胍溶液中的進行循環伏安掃描。分別得到修飾膜厚度不同時對氧化峰電流的影響曲線。如圖3所示，隨著掃描圈數的增加氧化峰電流逐漸增加。當圈數大于5時，氧化峰電流減小。由此可知，在掃描圈數為5時所制備出的N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極對鹽酸二甲雙胍的響應最好。

圖3 N-N二甲基甲酰胺聚合圈數的優化曲線Figure 3 Optimal curve of the number of cycles for polymerization of N-N dimethylformamide.

2.6 掃描樣品速率的影響

在上述最優條件下，于掃描電壓0～1 V，掃描圈數為2圈，只改變對0.1 mol/L的鹽酸二甲雙胍標準溶液掃描的速率。分別選擇速率為10、20、50、100、200 mV/s，實驗結果如圖4所示。

圖4 掃描速率對峰電流的影響Figure 4 Optimization of scanning rate of standard liquid.

2.7 鹽酸二甲雙胍溶液的濃度對氧化峰電流的影響

在最佳實驗條件下，在濃度范圍0.075～0.2 mg/mL的鹽酸二甲雙胍溶液中進行循環伏安法掃描，結果如圖5所示。由圖5所見，隨著鹽酸二甲雙胍溶液濃度增加，氧化峰電流依次增加并且峰形很好，氧化峰電流與鹽酸二甲雙胍濃度的線性方程為y= 317.19x+ 30.07 6，R2= 0.959 5，表明該電極線性良好。 (y為電流，其單位為μA；x為鹽酸二甲雙胍濃度，其單位為mg/mL)。

圖5 不同濃度鹽酸二甲雙胍溶液的循環伏安曲線Figure 5 Cyclic voltammogram of metformin hydrochloride solution with different concentrations.

2.8 方法的精密度與準確度

取5粒有效含量均為500 mg/粒的鹽酸二甲雙胍緩釋片硯碎，用上述提供的pH=6.64的PBS(磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀)緩沖液配制出5份2 mg/mL的樣品溶液。分別從上述5份溶液中各取出1 mL，均用上述緩沖溶液稀釋至20 mL，得到5份0.1 mg/mL的鹽酸二甲雙胍緩釋片測試溶液備用。

在優化后的電化學實驗條件下，對上述的待測溶液進行循環伏安分析。平行測定5次所得的實驗數據結果見表1。結果表明，相對標準偏差RSD為0.75% 符合生物醫藥分析的要求。該 N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾玻璃電極(ITO)可以應用于測定鹽酸二甲雙胍，其方法的精密度和重現性良好。

取上述其中一份0.1 mg/mL的鹽酸二甲雙胍緩釋片溶液，依次加入一定量的鹽酸二甲雙胍標準品得到加標溶液進行5次加標測定結果如表2。結果表明，平均回收率達到了101%，說明該電極的準確度符合生物醫藥分析基本要求。表明該電極準確度很高。

3 結論

通過電化學聚合方法以導電玻璃(ITO)為基體電極制備了選擇性測定鹽酸二甲雙胍的化學修飾電極。該電極對鹽酸二甲雙胍的電化學催化效果、精密度和準確度較好。并且制作方法簡單、性能穩定。該方法可以應用于藥物中鹽酸二甲雙胍有效成分含量的檢測。

表1 精密度測定

表2 回收率的測定