苯磺酸氨氯地平在石墨烯修飾玻碳電極上的電分析方法

彭 娟，張青春，高作寧

（寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，寧夏銀川750021）

0 引言

苯磺酸氨氯地平(Amlodipine,ADB)是二氫吡啶類鈣通道阻滯劑，對(duì)血管選擇性較強(qiáng)，可舒張冠狀血管和全身血管，增加冠脈血流量，降低血壓。該藥具有起效慢，藥效維持時(shí)間長、不良反應(yīng)少、保護(hù)靶器官等優(yōu)點(diǎn)，是治療高血壓和心絞痛較理想的長效降壓藥物[1]。因此，對(duì)ADB的研究具有重要意義，近年來采用電化學(xué)測定ADB引起了眾多學(xué)者的關(guān)注。目前國內(nèi)外已報(bào)道的有關(guān)氨氯地平測定方法有 HPLC[2]，HPLC-MS[3]，氣相色譜法[4]，LC-MS[5]，酶免疫分析法[6]，和電化學(xué)方法[7]。而電化學(xué)研究方法主要是在玻碳電極[8]，碳糊電極[9]，金電極[10]上進(jìn)行的研究。而采用石墨烯（GR）修飾玻碳電極研究ADB的方法目前尚未見國內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道。

石墨烯是繼富勒烯和碳納米管之后出現(xiàn)的由碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳納米材料，具有優(yōu)異的光學(xué)、力學(xué)性能、高的電子傳導(dǎo)率、高比表面積和奇特的電學(xué)性能,例如室溫下半整數(shù)的量子霍爾效應(yīng)、雙極性的電子場效應(yīng)及彈道電子傳輸效應(yīng)、可調(diào)帶隙、高彈性等,這些優(yōu)異的性能使石墨烯在電源材料、復(fù)合材料、傳感器、晶體管等多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[11-12]。石墨烯作為電極修飾材料，應(yīng)用于生物傳感器及結(jié)構(gòu)攜帶電活性官能團(tuán)的生物、藥物分子的電化學(xué)研究中[13]。

該研究在前期工作[14-17]的基礎(chǔ)上，以玻碳電極作為基底電極用滴涂法制備了GR/GCE，采用電化學(xué)阻抗法，循環(huán)伏安法、計(jì)時(shí)電流法，微分脈沖伏安法等技術(shù)研究了ADB在此電極上的電化學(xué)行為及電化學(xué)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。用GR修飾的電極，電化學(xué)響應(yīng)快速、靈敏、穩(wěn)定性好，經(jīng)優(yōu)化測量參數(shù)，建立了市售ADB藥品的電化學(xué)定量測定方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

CHI660A電化學(xué)工作站 (美國CHI儀器公司)，電化學(xué)測定采用三電極系統(tǒng)：以CHI104 GCE(美國CHI儀器公司)和GR/GCE為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，CHI115鉑絲為輔助電極。

ADB原料藥 (鄭州興人化工產(chǎn)品有限公司，批號(hào)：20121107)；ADB片劑 (廣東彼迪藥業(yè)有限公司，批號(hào)：20130103)；石墨烯 (采用改進(jìn)的Hummers和Offeman方法[18]制備)；所用其它實(shí)驗(yàn)試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。電化學(xué)測試前于電解池中通入高純氮除氧5 min。

該文所涉及到的電位均為相對(duì)于SCE的電極電位，所有電化學(xué)測試均在室溫下進(jìn)行。

1.2 修飾電極制備及電化學(xué)阻抗譜表征

玻碳電極先用 0.3 μm α-Al2O3粉末拋光至鏡面，再分別在乙醇和去離子水中各超聲洗2 min后用二次蒸餾水沖洗干凈，晾干備用。用微量取樣器移取 0.7 μL 0.1 mol/L GR 懸浮液滴涂至預(yù)處理好的玻碳電極表面，室溫晾干后制得GR/GCE。

圖1 裸電極和GR修飾電極的電化學(xué)阻抗譜圖Fig.1 The electrochemistry nyquist plots of bare GCE and GR modified electrodes in a mixture of 1.0 mmol/L K3Fe(CN)6+1.0 mmol/L K4Fe(CN)6solution.a-GCE;b-GR/GCE;The supporting electrolyte is 0.1 mol/L KCl.The frequency range is from 0.1 Hz to 10-5Hz

電化學(xué)阻抗法是在頻率變化過程中測量電極表面阻抗值的變化[19-20]。用電化學(xué)阻抗法對(duì)電極進(jìn)行了表征 （見圖1）。曲線a和b分別為5 mmol/L [Fe(CN)6]3-/4-和 0.1 mol/L KCl在裸 GCE、GR/GCE的Nyquist圖?？梢钥闯?，阻抗圖譜的高頻區(qū)為一不完整的半圓弧,半圓的直徑代表電極表面電子傳遞電阻。低頻區(qū)的交流阻抗圖譜為一條直線,這是多孔電極阻抗曲線的典型特征[21]，表明此時(shí)電荷轉(zhuǎn)移受膜中電子的擴(kuò)散速率控制[22]。曲線在高頻部分的半圓弧以a、b的順序明顯減小，所對(duì)應(yīng)的表面電子傳遞電阻也逐漸減小。曲線a在高頻部分的半圓弧是由電子通過GR膜發(fā)生歐姆極化引起的,其阻抗值遠(yuǎn)小于裸GCE的阻抗[23],表明GR膜具有高導(dǎo)電性。這種高導(dǎo)電性不但與GR的結(jié)構(gòu)有關(guān),而且與其大的比表面積有關(guān)[11]。這也進(jìn)一步說明GR有利于電子的傳遞,從而有利于電極反應(yīng)的發(fā)生。

2 結(jié)果與討論

2.1 ADB循環(huán)伏安行為

圖2 ADB在各不同電極上的循環(huán)伏安圖Fig.2 CV of ADB on the different electrodes a-GCE;b-GR/GCE;The concentration of ADB is 2.0×10-4 mol/L,the scan rate is 50 mV/s and the electrolytic solution is 0.10 mol/L of PBS

在電位窗口 0.0 ～ 1.20 V 及 0.1mol/L 的 PBS溶液中，用循環(huán)伏安法以掃描速度50 mV/s研究了濃度為 2.0×10-4mol/L ADB 在 GCE（圖 2 曲線a）和GR/GCE（圖2曲線b）上的伏安行為。如圖2曲線a所示，ADB在GCE上于696 mV處出現(xiàn)一個(gè)氧化峰，氧化峰電流為 5.616 μA，反向掃描沒有觀察到有還原峰；如圖2曲線b所示，在GR/GCE上亦于747 mV處出現(xiàn)一個(gè)不可逆氧化峰，氧化峰電流為 27.064 μA。 與 GCE 相比，ADB在GR/GCE的氧化峰電位略有正移，氧化峰電流增大約4倍。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ADB電化學(xué)催化氧化反應(yīng)是一個(gè)完全不可逆電極反應(yīng)過程，且GR/GCE相比GCE對(duì)ADB電催化氧化具有較好的催化作用。該催化氧化的可能原因是由于石墨烯具有更優(yōu)良的電子傳導(dǎo)性和較大的比表面積，為催化氧化提供了較多的反應(yīng)位點(diǎn)，加速了ADB的電子交換速率，使GR/GCE對(duì)ADB的電化學(xué)氧化更加明顯[12]。

在10～1000 mV/s范圍內(nèi)用CV法研究了掃描速度對(duì)ADB在GR/GCE上的伏安行為影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨掃描速度增加ADB在GR/GCE氧化峰電位Epa發(fā)生正移，峰電流Ipa增大，且峰電流Ipa與掃描速度平方根(ν1/2)呈良好線性關(guān)系，線性擬合方程為 Ipa(μA)=0.9387+4.259ν1/2，r=0.9986。該結(jié)果表明，ADB在GR/GCE上的電化學(xué)氧化是一受擴(kuò)散步驟控制的不可逆電化學(xué)氧化電極反應(yīng)過程，這與文獻(xiàn)報(bào)道一致[8]。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件影響

在電位窗口 0.0～1.20 V， 以 50 mV/s掃描速度 分 別 以 0.10 mol/L NaCI，Na2SO4，NaClO4，Britton-Robinson，NaNO3，NaAc-HAc 及 PBS 水溶液等為支持電解質(zhì)對(duì)ADB進(jìn)行CV測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 在 PBS 溶液中，2.0×10-4mol/L ADB 在GR/GCE上具有良好的電化學(xué)行為，因此選用PBS溶液為支持電解質(zhì)。

在 pH2.0～10.0 范圍內(nèi)， 考察了介質(zhì) pH 對(duì)ADB伏安行為影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在pH2.0～10.0范圍內(nèi)ADB Epa隨pH增大而負(fù)移，且呈良好的線性關(guān)系，其線性方程為Epa(mV)=950-34pH，r=0.9974， 依據(jù) E=Eo-(59 m/n）pH， 得到 m/n≈1/2，依據(jù)文獻(xiàn)可知n=2[8]，由此計(jì)算到質(zhì)子參與數(shù)m=1，即ADB在GR/GCE上的電化學(xué)氧化過程是2電子1質(zhì)子參與的不可逆電化學(xué)氧化過程。 而氧化峰電流 Ipa在 pH2.0～10.0范圍內(nèi)隨pH增加逐漸降低（見圖3）。

2.3 電化學(xué)動(dòng)力學(xué)

2.3.1 電荷轉(zhuǎn)移系數(shù)

在 10～1000 mV/s 掃速范圍內(nèi)對(duì) 2.0×10-4mol/L ADB在GR/GCE上的循環(huán)伏安測試，結(jié)果表明，ADB的峰電位Epa與掃速的對(duì)數(shù)log v呈良好線性關(guān)系，線性擬合方程為Epa(mV)=63 log v（mV/s）+594，(r=0.9975)。 由直線斜率求得 ?Ep/?(log v)=63 mV。

圖3 pH對(duì)ADB Epa(a)和Ipa(b)影響；插圖為pH-Epa的線性擬合關(guān)系圖Fig.3 pH 對(duì) ADBEpa和 Ipa影響：a-pH-Epa；b-pH-Ipa；The concentration of ADB is 2.0×10-4mmol/L

根據(jù)完全不可逆擴(kuò)散控制過程方程式[24]：

式中b代表Tafel斜率，可得Epa～V的直線斜率為b/2，即 b=2×?Ep/?(log v)=126 mV；根據(jù) b=2.3 RT/[n(1-α)F]，(式中 T 為 298 K，n 為參與電極反應(yīng)的轉(zhuǎn)移電子數(shù)，α為電荷傳遞系數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)96485 c/mol)已知n=2，因此通過計(jì)算可得到α為0.76。用同樣的方法可求出ADB在GCE上的α值為 0.41。

2.3.2 擴(kuò)散系數(shù)D

根據(jù)電位階躍計(jì)時(shí)電量法(CC)[25]

以[Fe(CN)6]3-為模型化合物(在 1.0 mol/L KCl中其擴(kuò)散系數(shù)D=7.6×10-6cm2/s)測定了 GR/GCE面積 A為 0.228 cm2。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到 2×10-4mol/L ADB在 GR/GCE上的 Q～t1/2關(guān)系直線(Anson計(jì)時(shí)庫侖圖)斜率為 4.051×10-4計(jì)算得 D=1.648×10-3cm2/s。用同樣的方法可計(jì)算得到ADB在 GCE 上的擴(kuò)散系數(shù)是 D=4.665×10-3cm2/s。

2.3.3 電極反應(yīng)速率常數(shù)

平板電極上可逆電化學(xué)反應(yīng)的電流響應(yīng)遵循如下關(guān)系式[26]:

其中 Η＝kf/D1/2Οx+kb/D1/2RD，對(duì)于完全不可逆電極反應(yīng)，Kb=0，H=kf/D1/2Οx。因此可采用計(jì)時(shí)電流法可以測得電極反應(yīng)速率常數(shù)kf，由實(shí)驗(yàn)測得ADB在GR/GCE 的 I(t)～ t1/2關(guān)系曲線截距為 1.091×10-4，由此計(jì)算得到ADB在GR/GCE上的電極反應(yīng)速率常數(shù) kf為 1.51×10-2/s。 用同樣的方法可測得ADB在 GCE上的I(t)～t1/2關(guān)系曲線截距為2.950×10-5，并計(jì)算出 kf值為 1.23×10-2/s。

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，利用穩(wěn)態(tài)電流-時(shí)間響應(yīng)曲線方法測定了ADB在GR/GCE上的相應(yīng)電流與濃度關(guān)系(見圖4)，由圖可以看出，ADB電流響應(yīng)信號(hào)隨其濃度成比例增長，響應(yīng)時(shí)間小于5 s。最低響應(yīng)濃度為1.0×10-7mol/L。該方法可為ADB電化學(xué)定量測定方法提供依據(jù)。

圖4 穩(wěn)態(tài)電流-時(shí)間響應(yīng)曲線Fig.4 Current-time response for successive additions of ADB at GR/GCE.Operation potential:0.7 V;stirring rate:120 r/min

2.4 電分析方法應(yīng)用

2.4.1 ADB的DPV伏安行為

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下(振幅45 mV，方波頻率4 Hz， 電勢增量 5 mV)， 電位窗口 0.0 ～ 1.20 V 及0.1mol/L 的 PBS 緩沖溶液中對(duì)濃度為 2.0×10-4mol/L的ADB用微分脈沖伏安法考察了其在不同工作電極上的伏安行為，所得DPV曲線如圖5所示。由圖5曲線a可知，ADB在GCE上于654 mV處出現(xiàn)一個(gè)不可逆氧化峰，峰電流為7.52 μA。由圖5曲線b可知，ADB在GR/GCE上亦于678 mV處出現(xiàn)一個(gè)不可逆氧化峰，峰電流為34.78 μA。 與 GCE相比 ADB在 GR/GCE的氧化峰電位略有正移，氧化峰電流增大約4倍。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與循環(huán)伏安法所得結(jié)果基本一致，進(jìn)一步表明GR/GCE對(duì)ADB的電化學(xué)氧化具有良好的催化作用，且GR/GCE比GCE對(duì)ADB的電催化氧化作用更明顯。

圖5 ADB在不同電極上的方波伏安圖Fig.5 DPV of ADB at the different electrodes a-GCE;b-GR/GCE;Note:0.10 moL/L PBS containing 2.0×10-4mol/L ADB.Scan rate:50 mV/s

2.4.2 電極重現(xiàn)性和穩(wěn)定性

同一支 GR/GCE 電極 于 2.0×10-4mol/L 的ADB溶液中用CV法掃描10次，其氧化峰電流的 RSD為1.2%;平行修飾 6次 RSD 為0.4%，表明制作的修飾電極有良好的重現(xiàn)性。電極室溫下放置48 h，對(duì)ADB的響應(yīng)電流在±5%以內(nèi)，表明該電極具有較好的穩(wěn)定性。

2.4.3 干擾實(shí)驗(yàn)

用 DPV法對(duì)濃度為 2.0×10-4mol/L的 ADB進(jìn)行干擾測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)相對(duì)誤差不超過±5%時(shí)，200倍的葡萄糖、蔗糖、淀粉和300倍的無機(jī)離子 K+，Ca2+，Na+，Mg2+，SO42-，Cl-，NO3-對(duì)ADB電流響應(yīng)信號(hào)不存在干擾。

2.4.4 線性范圍及檢出限

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下用DPV研究了ADB氧化峰電流Ipa隨其濃度c變化的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，ADB在GR/GCE上氧化峰電流Ipa與濃度c在 6.0×10-7～ 1.0×10-4mol/L 范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，其線性方程為 Ipa(μA)=1.205+0.107c(10-6mol/L)， r=0.9980； 檢出限(S/N=3)為 8.0×10-8mol/L。

2.4.5 實(shí)際樣品測定

取市售苯磺酸氨氯地平片10片，研磨混勻，準(zhǔn)確稱取適量用二次蒸餾水溶解后定容至100 mL備用。取定容后的溶液，運(yùn)用DPV方法進(jìn)行測定，然后加入已知量的ADB標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行回收率測定，測定結(jié)果見表1。由表1可知，用該方法測得ADB樣品RSD在0.1%～0.7%以內(nèi)，加標(biāo)回收率在97.0%～104.0%之間，表明該方法的精密度和準(zhǔn)確度符合定量測定要求。

表1 氨氯地平中ADB含量及回收率測定結(jié)果(n=6)Tab.1 ADB determination results in the injection(n=6)

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