電化學(xué)法制備鐵氰化銅/Nafion及其對(duì)卡托普利的檢測(cè)

于清躍 于薈 朱新寶

摘 要：為對(duì)藥片中卡托普利的含量進(jìn)行精確測(cè)定，采用電聚合的方法，在玻碳電極表面沉積均勻分布的鐵氰化銅/Nafion復(fù)合物。用掃描電鏡（SEM）和X射線能量色散光譜（EDX）分別對(duì)樣品的形貌和成分進(jìn)行表征。利用循環(huán)伏安法（CV）研究藥物分子卡托普利在該修飾電極上的電化學(xué)行為。研究結(jié)果顯示，該修飾電極對(duì)卡托普利具有非常好的電催化性能。一定條件下，卡托普利在6.62×10-5～3.80×10-3 mol/L范圍內(nèi)，其氧化峰電流與物質(zhì)量濃度呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)是0.996，檢出限為5.0×10-6 mol/L。該修飾電極具有快速、靈敏和高效的特點(diǎn)，并且可用于卡托普利實(shí)際樣品的檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：鐵氰化銅；卡托普利；電催化氧化；循環(huán)伏安法

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-5124（2016）09-0041-05

0 引 言

高血壓是臨床的常見病和多發(fā)病，被稱為危害人類健康的三大疾病之一。它的發(fā)病率廣、死亡率高，并且容易引起冠心病、心肌梗死及腎衰竭等多種并發(fā)癥[1]。隨著人們生活水平的提高和人口老齡化的加劇，我國(guó)中老年人高血壓發(fā)病率已高達(dá)57.0%，且患病率還在不斷增加，我國(guó)已經(jīng)成為受高血壓影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一[2]；因此，高血壓的預(yù)防、治療以及藥物的研制及其質(zhì)量控制越來越受到人們的重視。

卡托普利（captopril，CPT）又稱為巰甲丙脯酸、開博通，即1-（2-甲基-3-巰基-氧代丙基）-L-脯氨酸。其結(jié)構(gòu)式如圖1[3]所示?？ㄍ衅绽堑谝粋€(gè)問世的口服血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑（ACEI），在臨床上對(duì)高血壓、心力衰竭以及冠心病的治療都取得了非常好的效果，被世界衛(wèi)生組織推薦為治療高血壓的首選降壓藥物[4]。其導(dǎo)致的不良反應(yīng)有高血鉀、低血壓、和咳嗽等，長(zhǎng)期服用甚至可能引起脫發(fā)、嗅覺和味覺的改變[5]。因此，需嚴(yán)格控制CPT制劑的含量，使之達(dá)到治療效果與降低不良反應(yīng)兼顧[6]。目前，測(cè)量CPT含量的方法主要有分光光度法[7]、化學(xué)發(fā)光法[8]、碘甲酸法[9]和熒光法等[10]。CPT分子中由于缺少有效吸收紫外光的基團(tuán)，因而在200 nm波長(zhǎng)以上沒有特征吸收峰。只能用溴苯乙酰溴試劑將CPT分子結(jié)構(gòu)中的巰基進(jìn)行轉(zhuǎn)化，然后再使用分光光度法間接測(cè)量。但是由于其樣品前處理過程復(fù)雜，故限制了它的應(yīng)用。中國(guó)藥典采用碘甲酸法測(cè)定CPT的含量，但是其取樣量大、靈敏度低[9]。Mazurek等[11]采用滴汞電極測(cè)定藥片中CPT的含量，但是滴汞電極會(huì)造成二次污染，不利于該法的推廣使用。

鐵氰化銅由于其良好的化學(xué)穩(wěn)定性和獨(dú)特的電催化性能而受到人們的青睞。它制備方便、成本低，被廣泛運(yùn)用在高靈敏度和高選擇性生物傳感器上。Nafion陰離子膜上含有大量的親水性磺酸基團(tuán)，使其具備較好的水溶性，常用在安培傳感器的構(gòu)建上，能夠穩(wěn)定電極上的納米粒子。本文利用循環(huán)伏安法，在玻碳電極表面通過電沉積制備了鐵氰化銅/Nafion復(fù)合物，并據(jù)此構(gòu)建了一種檢測(cè)CPT的方法。與傳統(tǒng)的檢測(cè)手段相比，該方法檢測(cè)范圍廣、選擇性好、靈敏度高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

卡托普利，KCl，K3[Fe（CN）6]，CuCl2，撲熱息痛，可溶性淀粉，苯甲酸鈉，糊精等試劑均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；Nafion試劑購(gòu)于美國(guó)sigma公司。其他常用試劑為市售認(rèn)可的分析純。實(shí)驗(yàn)室所用去離子水為二次蒸餾水。

CHI660E電化學(xué)工作站（上海辰華儀器公司提供）；KQ2200DE超聲波清洗器（昆明超聲儀器有限公司）；BSA124S電子天平（sartorius）；場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM，日本日立公司，S-4800）。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用三電極系統(tǒng)：以潔凈的玻碳電極作為工作電極，Pt絲作為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極。

1.2 電極的處理

將玻碳電極在砂紙上拋光，然后依次用1.0，0.3，

0.05 μm的氧化鋁粉乳液打磨至鏡面，放入超聲波清洗儀中用蒸餾水超聲清洗2 min，去掉表面的氧化鋁粉末，然后用氮?dú)獯蹈蓚溆谩?/p>

Nafion由于具有較好的成膜性、陽(yáng)離子選擇性和生物相容性，經(jīng)常被用于電極表面的修飾和復(fù)合材料的制備上。本實(shí)驗(yàn)采用0.2%的Nafion的乙醇溶液作為成膜劑。用移液槍在潔凈的玻碳電極表面滴涂5 μL上述Nafion的乙醇溶液，自然晾干備用，該電極記為NF/GCE電極。

1.3 CuCHF/NF/GCE電極的制備

電極的制備過程如下：將3 mL 0.3 mol/L的KCl與15 mmol/L的CuCl2混合均勻，然后將新制好的NF/GCE電極放在上述溶液中，采用循環(huán)伏安法以100 mV/s 的掃速在0.0～0.6 V的電位范圍內(nèi)連續(xù)循環(huán)掃描20圈；將該電極拿出來，然后放在新配制的溶液中（含0.3 mol/L KCl，15 mmol/L K3[Fe（CN）6]），再用循環(huán)伏安法以100 mV/s的掃速在0.0～1.0 V的范圍內(nèi)連續(xù)掃描20圈。鐵氰化銅粒子可在Nafion修飾的玻碳電極表面均勻沉積。這樣就得到CuCHF/Nafion復(fù)合物修飾電極，將電極取出用蒸餾水洗凈后晾干待用，記為CuCHF/NF/GCE電極。

1.4 電化學(xué)測(cè)試方法

采用三電極系統(tǒng)檢測(cè)：CuCHF/NF/GCE電極為工作電極，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑絲放入0.25 mol/L的KCl溶液中。在室溫下，在0.2～1.0 V之間以100 mV/s掃速用循環(huán)伏安法進(jìn)行表征。然后研究其對(duì)卡托普利的電流響應(yīng)情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 電沉積CuCHF顆粒修飾電極的表征

采用掃描電鏡對(duì)修飾電極上的CuCHF顆粒進(jìn)行了表征。圖2（a）為電沉積CuCHF顆粒材料在NF/GCE電極表面的掃描電鏡圖。由圖可見，CuCHF顆粒均勻、致密地分散在玻碳電極表面，并且密度也比較大。有趣的是，可以發(fā)現(xiàn)部分CuCHF顆粒聚集在一起，形成了樹枝狀結(jié)構(gòu)。這在一定程度上可以增加CuCHF電催化的活性位點(diǎn)，大大提高了其催化性能。并且這種電沉積形成的CuCHF顆?？梢允址€(wěn)定地固定在電極表面，不容易脫落，從而更高效地催化氧化卡托普利。同時(shí)，用掃描電鏡上配備的能譜對(duì)玻碳電極表面的材料進(jìn)行成分分析，結(jié)果如圖2（b）所示，材料中含有典型的C、N、O、Fe和Cu等元素，表明CuCHF顆粒成功沉積在玻碳電極表面。

2.2 CuCHF/NF/GCE電極的電化學(xué)行為

分別以GCE、NF/GCE電極和CuCHF/NF/GCE電極為工作電極在0.25 mol/L的KCl溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，掃描速率為100 mV/s，結(jié)果如圖3所示。由圖可知，GCE和NF/GCE電極均未出現(xiàn)明顯的氧化還原峰，說明Nafion在空白底液上無(wú)明顯的電化學(xué)響應(yīng)。而CuCHF/NF/GCE電極呈現(xiàn)一對(duì)明顯的氧化還原峰，這歸因于電極表面CuCHF中的Fe2+和Fe3+之間的相互轉(zhuǎn)化。該氧化還原反應(yīng)方程式[12]如下：

K2CuII[FeII（CN）6]→KCuII[FeIII（CN）6]+e-+K+（1）

圖4為CuCHF/NF/GCE在含有0.1 mmol/L的0.25 mol/L KCl溶液中不同掃速下的50～400 mV/s的循環(huán)伏安圖，插圖為氧化峰電流和還原峰電流與掃描速度的線性關(guān)系曲線。從插圖中可以看出電極的氧化峰電流及還原峰電流與掃速呈線性關(guān)系，其線性方程分別為Ipa（mA）=-2.68-0.15 ν（mV/s）（r2=0.998）和Ipa（mA）=2.73+0.12 ν（mV/s）（r2=0.997），表明卡托普利在該電極上的反應(yīng)是受表面過程控制。

2.3 卡托普利在CuCHF/NF/GCE電極上的電化學(xué)行為

圖5是NF/GCE電極和CuCHF/NF/GCE電極分別在有無(wú)0.5 mmol/L卡托普利的0.25 mol/L KCl溶液中的循環(huán)伏安圖。NF/GCE電極在沒有卡托普利存在下（曲線a），沒有出現(xiàn)氧化峰。加入0.5 mmol/L卡托普利之后（曲線b），峰電流沒有增加，表明Nafion對(duì)卡托普利沒有電催化的作用。但是，在CuCHF/NF/GCE電極上，加入0.5 mmol/L的卡托普利之后（曲線d），氧化峰電流相對(duì)于曲線c明顯增加，表明CuCHF對(duì)卡托普利有良好的電催化性能。CuCHF/NF/GCE電極對(duì)卡托普利的催化機(jī)理可用如下方程[13]表述：

K2CuII[FeII（CN）6]→KCuII[FeIII（CN）6]+e-+K+（2）

2KCuII[FeIII（CN）6]+2K++2RS-H→

K2CuII[FeII（CN）6]+RS-SR+2H+（3）

在電催化氧化卡托普利的過程中，卡托普利分子中的巰基被氧化成二聚體，所以峰電流增加。

2.4 線性范圍和檢出限

圖6為在0.25 mol/L KCl溶液中，CuCHF/NF/GCE電極對(duì)不同濃度卡托普利進(jìn)行檢測(cè)的循環(huán)伏安曲線，插圖為陽(yáng)極峰電流與卡托普利濃度的關(guān)系曲線。從圖中可以明顯看到，隨著卡托普利濃度的增大，氧化峰電流逐漸增加，還原峰電流逐漸減少?？ㄍ衅绽麧舛仍?.62×10-5～3.80×10-3 mol/L范圍內(nèi)與陽(yáng)極峰電流Ipa有良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程為Ipa（μ?。?22.65+14.29 C（mmol/L）（r2=0.996），檢出限為5.0×10-6 mol/L（S/N=3）。

2.5 干擾試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)定了卡托普利藥片中共存物的干擾情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于1 mg/L的卡托普利，以相對(duì)誤差小于±5%時(shí)，100倍的可溶性淀粉、苯甲酸鈉、糊精、撲熱息痛，50倍Na+、K+、Ca2+、Al3+、PO43-、SO42-、Cl-、Br-不干擾，10倍的Mg2+、Zn2+、Fe2+、Mn2+有輕微負(fù)干擾，由于卡托普利片中這些物質(zhì)的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于試驗(yàn)量，故可以不經(jīng)分離，直接測(cè)量。

2.6 樣品測(cè)定

取市售3種不同批號(hào)的卡托普利劑片，去除糖衣將其研磨，準(zhǔn)確稱取一定粉末。然后溶解、過濾、定容，取適量溶液按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表1所示，可見加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果回收率在98%～102%之間。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用電聚合的方法，在Nafion修飾的玻碳電極表面電沉積CuCHF納米顆粒。通過掃描電鏡表征，發(fā)現(xiàn)CuCHF納米顆粒聚組裝成樹枝狀結(jié)構(gòu)，并且均勻分布在玻碳電極表面。由于其特有三維結(jié)構(gòu)，使其擁有較大比表面積，較高的活性催化位點(diǎn)，能與卡托普利充分接觸，提高對(duì)卡托普利的電催化氧化性能。同時(shí)，由于Nafion的存在，能使CuCHF納米顆粒固定在博塔電極表面，不容易脫落。且Nafion帶有負(fù)電子的磺酸基團(tuán)，能有效排斥帶負(fù)電荷的干擾物。通過CuCHF納米與Nafion之間的協(xié)同作用，提高修飾電極對(duì)卡托普利的選擇性和靈敏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，該修飾電極對(duì)卡托普利具有良好電催化作用，在一定濃度內(nèi)，對(duì)卡托普利呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，且該傳感器的檢測(cè)限為5.0×10-6 mol/L。通過對(duì)實(shí)際樣品的分析表明，該傳感器具有很高的準(zhǔn)確度，并且其制備簡(jiǎn)單，能夠應(yīng)用于卡托普利實(shí)際樣品的檢測(cè)。

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（編輯：徐柳）