石墨烯電化學傳感器對藥物中山奈酚含量的檢測

孫月新,蔣麗萍,陳波,柏昌順

(浙江海運職業技術學院,浙江 舟山 316021)

山奈酚是一種天然黃酮醇類化合物,主要來源于姜科植物山奈的根莖中。山奈酚具有一定防癌抗癌作用,主要是因為山奈酚的抗氧化性比較好[1-2],有助于降低人體細胞、脂質和DNA造成的氧化損傷。醫學研究表明,山奈酚對肺癌、宮頸癌、胰腺癌及膠質母細胞瘤都有很好的抑制作用,從而達到防癌抗癌的作用,長期膳食會減低患癌的風險。山奈酚除了自身有很好的抗癌效果外,與其他抗癌藥物聯用也能起到很好的協同作用[3]。另外山奈酚還有一定的抗感染、消炎作用和抗動脈粥樣硬化的作用,有研究表明山奈酚對耐甲氧青霉素的金黃色葡萄球菌及綠膿桿菌、傷寒桿菌、痢疾桿菌均有抑制作用[4]。山奈酚還可以止咳,治療支氣管炎。在一定條件下,還可以抑制淋巴細胞增殖,經常做用于抑制生育、抗癲癇、抗氧化劑、解痙、抗潰瘍和利膽利尿劑等方面。目前中草藥的研究越來越備受關注,山奈酚也是研究的熱點之一。

山奈酚常見的測定方法有很多,常見的有高效液相色譜法[5-7]、光譜法[8]、化學發光法[9]、紫外分光光度法[10]及毛細管電泳法[11]等。山奈酚具有電化學活性,用電化學傳感器檢測山奈酚的報道較少,而將納米材料修飾的電化學傳感器用于山奈酚含量測定的報道更少。石墨烯內部碳原子的排列方式與石墨單原子層一樣以sp2雜化軌道成鍵,碳原子有4個價電子,其中3個電子生成sp2化學鍵,該σ鍵與其他碳原子鏈接成六角環的蜂窩式層狀結構。每個碳原子又貢獻一個位于pz軌道上的未成鍵電子,與近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵,該π鍵可以貫穿全層的碳原子,因石墨烯的層狀結構和特殊化學鍵組合,使其而具有優良的導電和光學性能。將其用于電化學傳感器上可增大電極的比表面積和導電性能[12]。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CHI760D電化學工作站(上海辰華儀器有限公司);三電極系統:玻碳電極(GCE),Ag/AgCl電極為參比電極,鉑絲電極為對電極;85-2A雙向恒溫磁力攪拌器(江蘇省金壇市醫療儀器廠);KQ218超聲清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);pHS-3C型pH計(上海雷磁儀器廠);去離子純水機(力康Heal Force Easy15),分析天平(奧豪斯 PR124ZH/E)。

山奈酚(南京道斯夫生物科技有限公司 標準品);石墨烯(深證市宏達昌進化科技有限公司),實驗所用的試劑均為分析純,實驗水為超純水。

1.2 電極的制備

在鹿皮上依次分用1.0,0.3,0.05 μm的Al2O3粉末將玻碳電極表面拋光,依次用無水乙醇和1 mol·L-1硝酸溶液中超聲清洗5 min,然后將其放入超純水中超聲清洗干凈,最后在0.1 mol·L-1硫酸溶液中用循環伏安法掃描至曲線穩定,取出用超純水清洗干凈待用[13]。

1.3 實驗方法

在室溫下,分別采用差分脈沖伏安法和電化學交流阻抗法對該電化學傳感器進行表征,支持電解質均為0.1 mol·L-1氨水-氯化銨的水溶液(pH值=10.00)。

2 結果討論

2.1 實驗條件的優化

2.1.1 修飾劑用量的選擇

本實驗考察了修飾劑用量對該傳感器檢測峰電流的影響,隨著修飾劑用量增大電流值增大,但修飾劑用量超過8 μL后電流值有下降趨勢,可能是電極表面隨著石墨烯量的增多導致空間比表面積減小,使電子轉移的速度降低,最終選擇修飾劑用量為8 μL。

2.1.2 支持電解質及pH值的選擇

分別考察了同濃度磷酸一氫鉀-磷酸二氫鈉(PBS)、醋酸-醋酸鈉、檸檬酸-檸檬酸鈉和氨水-氯化銨等緩沖介質對山奈酚響應信號的影響。如圖1結果發現,在氨水-氯化銨介質中山奈酚響應峰電流最大。因此本實驗選擇氨水-氯化銨緩沖溶液作為測定介質。

圖1 不同底液的電流響應值

分別配制0.1 mol·L-1不同pH值的氨水-氯化銨緩沖溶液,考察了不同pH值對傳感器分電流的影響,峰電流與pH值的關系如圖2所示,實驗結果表明在底液pH值=10.00時,電流響應最大,因此測定介質的pH值選擇10.00。

圖2 不同pH值的電流響應值

2.1.3 富集時間的選擇

本實驗考察了富集時間對峰電流的影響,如圖3所示,隨著富集時間增大響應電流值增大,300 s后電流值趨于穩定基本保持不變,可能是山奈酚在石墨烯修飾電極表面富集達到飽和,最終選擇富集時間為300 s。

圖3 不同富集時間的電流響應值

2.2 山奈酚在電化學傳感器上的電化學行為表征

分別采用差分脈沖伏安法和交流阻抗法來表征該石墨烯修飾的電化學傳感器的電化學性能。

圖4是不同電極在同濃度山奈酚溶液中的差分脈沖伏安圖(支持電解質均為pH值=10.00 0.1 mol·L-1氨水-氯化銨)。山奈酚本身具有電化學活性,從圖4中可以看出,在同濃度山奈酚的底液中,石墨烯電化學傳感器比普通電峰電流大,因為石墨烯的存在比表面積增大,使電子轉移速度增大,從而電流峰值增大。

圖4 不同電極的差分脈沖伏安圖

圖5分別是不同電極的交流阻抗圖,圖中弧度越大表明電阻越大,從圖中可以明顯看出石墨烯電化學傳感器的交流阻抗比普通裸電極的交流阻抗小的多,因為石墨烯的存在使電極表面轉移電子能力增強,交流阻抗降低。

圖5 不同電極的電化學交流阻抗圖

2.3 傳感器的分析性能

2.3.1 傳感器的響應特征

圖6是在最佳的測試條件下,該石墨烯電化學傳感器對不同濃度山奈酚含量的測定,電流值與山奈酚的濃度在1.00×10-6～2.50×10-4μg·L-1范圍內呈良好的線性關系,線性回歸方程為Ip(μA)= 0.448+0.043 1c(μg·L-1),相關系數為0.999 29,檢出限為5.00×10-7μg·L-1。

圖6 峰電流與山奈酚濃度的校正曲線

2.3.2 重現性和穩定性

在最佳測試條件下,用該傳感器對1.0×10-5μg·L-1的山奈酚溶液平行測定9次,相對標準偏差為1.33%,表明該傳感器的重現性較好。將所研制的傳感器保存4 d后,響應電流下降了4.7%,這說明了所研制的傳感器具有良好的穩定性。

2.3.3 實際樣品分析

取含有山奈酚的藥物適量,將其研磨,準確稱取適當的質量,加入一定量的超純水于超聲破碎儀中進行超聲提取數小時,然后定容,經過濾器過濾,對其中山奈酚含量進行測定,平行測定6次。如表1通過試驗測得沙棘顆粒中山奈酚的平均含量為20.15 μg/mg,相對標準偏差為0.72%。如表2對試樣進行加標回收試驗,回收率在97.0%～106.4%之間,回收率良好。

表1 藥品中山萘酚的含量

表2 回收率試驗結果

3 結論

本實驗制備了石墨烯電化學傳感器,該傳感器制備容易,操作簡單,對藥物中山奈酚的檢測速度快,重現性和穩定性良好,可用于電分析化學傳感器檢測山奈酚的方法之一。