分步電沉積普魯士藍、納米銅復合膜修飾玻碳電極測定蘆丁

王 娟， 李 玲， 劉計敏， 張 燕， 鄭 晶， 郭滿棟

(山西師范大學化學與材料科學學院,山西臨汾 041004)

蘆丁(Rutin)又名維生素P，它是一種主要分布在植物體內(nèi)的類黃酮化合物，具有抗氧化性，有助于保持和恢復毛細血管的正常作用，增強抵抗力[1]，臨床上主要用于心腦血管疾病、高血壓、腫瘤炎癥等的輔助治療。目前，測定蘆丁的方法有高效液相色譜法[2,3]、毛細管電泳法[4]、分光光度法[5]、化學發(fā)光法[6]和電化學方法[7]等。其中，電化學方法由于其操作簡便，設備簡單、靈敏度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點引起人們的關注。蘆丁分子中含有4個酚羥基，具有電化學活性，其在不同類型化學修飾電極上的電化學研究及測定均有報道[8 - 10]。但本實驗所制備的修飾電極對蘆丁的測定，還未見相關文獻報道。

普魯士藍(PB)具有良好的電化學可逆性、高度的穩(wěn)定性和容易制備的優(yōu)點，因此一直在電化學傳感器方面有很大的應用空間[11 - 13]。納米金屬粒子具有尺寸小，比表面積大、良好的生物兼容性等特性，作為電極材料可以大大加速電子的傳輸速率，在電化學領域有著廣泛的應用研究[14,15]。而納米銅(CuNPs)具有極化電流小、物質(zhì)擴散極快、比表面積大、制備方法簡單、穩(wěn)定性好的優(yōu)點，對很多電活性物質(zhì)，如 H2O2、葡萄糖等具有較強的電催化作用。

本實驗采用分步連續(xù)電沉積的方法，將PB和CuNPs分步沉積于GCE上，制成CuNPs/PB/GCE修飾電極。結果表明，這種復合膜的存在有效增強了電極表面電子的傳遞速率，對蘆丁有明顯的電催化作用，并且提高了電極的選擇性以及穩(wěn)定性等電化學性質(zhì)，據(jù)此建立了一種測蘆丁的新的電分析方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

LK2005A型電化學工作站(天津市蘭力科化學電子高技術有限公司)。電化學實驗采用三電極體系：裸GCE(d=2 mm)和修飾電極為工作電極，Ag/AgCl(飽和KCl)電極為參比電極；鉑絲電極為輔助電極。雷磁PXSJ-216型離子計(上海精密科學儀器有限公司)；電子天平(北京賽多利新型儀器系統(tǒng)有限公司)；KQ-250B超聲波清洗器(昆山市超聲波儀器制造廠)。

K3[Fe(CN)6](天津市光復科技發(fā)展有限公司)，配制濃度為2.5×10-3mol/L。FeCl3(天津市科密歐化學試劑有限公司)，配制濃度為2.5×10-3mol/L。K4[Fe(CN)6](天津市光復精細化工研究所)，配制濃度為2.5×10-3mol/L。CuCl2(洛陽市化學制劑廠)，配制濃度為2.0×10-3mol/L。蘆丁標準品(合肥博美生物科技有限責任公司)，其余實驗所用試劑均為分析純。實驗用水為二次蒸餾水。

1.2 CuNPs/PB/GCE的制備過程

1.2.1GCE的預處理將GCE用0.05m的Al2O3粉打磨，依次用水、HNO3(1+1)、無水乙醇、水各超聲清洗5 min。然后在0.2 mol/L的H2SO4中，于-0.4～+1.2 V電位范圍內(nèi)，以100 mV/s掃速循環(huán)伏安掃描10圈，活化電極。最后用水沖洗干凈，高純氮吹干，備用。

1.2.2CuNPs/PB/GCE的制備將經(jīng)預處理后的GCE浸入到分別含有3 mL 2.5×10-3mol/L K4[Fe(CN)6] 和3 mL 2.5×10-3mol/L FeCl3的電解池中，通入氮氣，在-0.2～0.6 V的電位范圍內(nèi)，以100 mV/s掃速，循環(huán)伏安掃描15圈，并用水沖洗，即得PB/GCE。將上述電極浸入到盛有5 mL 2.0×10-3mol/L CuCl2的電解池中，通入氮氣，在-1.0～+1.0 V的電位范圍內(nèi)，以100 mV/s的掃速，循環(huán)伏安掃描10圈，并用水沖洗，即得CuNPs/PB/GCE，室溫晾干，備用。

1.3 實驗方法

實驗采用三電極系統(tǒng)，室溫下，以pH=6.32的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)為底液，在-1.0～1.0 V的電位范圍內(nèi)，以100 mV/s的掃速對蘆丁進行循環(huán)伏安和差分脈沖伏安測定。

2 結果與討論

2.1 CuNPs/PB/GCE的電化學表征

用循環(huán)伏安法在掃速為0.1 mV/s的條件下，以[Fe(CN)6]3-/4-作為分子探針對修飾過程中電極表面的變化進行表征。圖1是不同電極在含2.5×10-3mol/L[Fe(CN)6]3-/4-溶液中的循環(huán)伏安圖。裸GCE在[Fe(CN)6]3-/4-溶液中出現(xiàn)一對較弱的氧化還原峰(曲線a)。當在裸GCE表面修飾一層PB薄膜(曲線b)或CuNPs(曲線c)后，由于PB及CuNPs對分子探針傳遞的結果，氧化峰電流和還原峰電流均明顯增大，峰間距縮小。當在裸GCE表面同時修飾PB薄膜和CuNPs后(曲線d)，氧化峰電流和還原峰電流均繼續(xù)增大，并且兩峰間距繼續(xù)縮小，表明PB薄膜和CuNPs的共同作用同時促進了電子在電極表面的傳遞速度。

圖1 不同電極在[Fe(CN)6]3-/4-溶液中的循環(huán)伏安圖Fig.1 Cyclic voltammograms of different electrodes in [Fe(CN)6]3-/4- solution (a) Bare glassy carbon electrode;(b) PB/GCE;(c) CuNPs/GCE;(d) CuNPs/PB/GCE.

2.2 蘆丁的循環(huán)伏安法研究

圖2 CuNPs/PB/GCE在PBS(a)和含Rutin(1.0×10-6 mol/L)的PBS中(b)的循環(huán)伏安圖Fig.2 Cyclic voltammogram of CuNPs/PB/GCE in blank PBS(a) and PBS with 1.0×10-6 mol/L Rutin(b)scan rate:0.1 V/s.

如圖2所示，CuNPs/PB/GCE在空白緩沖溶液(a)中進行循環(huán)伏安掃描時，在-0.236 V處出現(xiàn)一個靈敏的還原峰P1(Ipc=179.7297 μA)和一個不太靈敏的氧化峰P2，而在含有1.0×10-6mol/L蘆丁的pH=6.32的PBS(b)中進行循環(huán)伏安掃描時，P1峰電流明顯下降(Ipc=142.2701 μA)峰電位幾乎不變，而P2峰電流變化不太明顯。說明修飾電極對蘆丁有明顯的響應，蘆丁的加入抑制了修飾電極的活性，導致還原峰電流較空白峰明顯降低，說明蘆丁在該修飾電極發(fā)生了不可逆的電催化氧化還原反應。

2.3 CuNPs/PB/GCE測定條件的優(yōu)化

2.3.1緩沖溶液的選擇本實驗研究了蘆丁分別在1/15 mol/L的NaAc-HAc(pH=4.38)、Na2B4O7-KH2PO4(pH=6.20)、KCl-HCl(pH=1.57)、檸檬酸-Na2HPO4(pH=4.58)、Tris-HCl(pH=8.17)和PBS(pH=6.36)中的電化學行為。結果表明，蘆丁在PBS中峰形最好，峰電流最高。所以實驗選擇PBS為底液。

2.3.2pH的選擇以PBS為底液，考察了CuNPs/PB/GCE在不同pH值的緩沖溶液中的電化學行為。實驗結果顯示，pH在4.45～6.32范圍內(nèi)，隨著pH值的增大峰電流逐漸增大；在pH為6.32～7.89范圍內(nèi)，隨著pH值的增大峰電流逐漸減小。pH為6.32時峰電流最大。選用pH為6.32的PBS作為本實驗的緩沖溶液。

考察了pH對峰電位的影響，結果顯示，還原峰的峰電位隨著pH的增大而逐漸負移，表明該電極反應有質(zhì)子參與。其線性方程為：E(V)=-0.07353pH+0.19633，R2=0.81872。其斜率為-0.07353，將其代入公式EP/dpH=0.0592x/n(式中x為質(zhì)子數(shù),n為電子數(shù))中,可求得x=1.242，即轉(zhuǎn)移的質(zhì)子數(shù)為1個。

2.3.3反應電子數(shù)的計算在選定的實驗條件下，改變掃描速率(70、110、150、190、230 mV/s)，結果表明，隨著掃描速率v的增大，還原峰電位負移，并且峰電流逐漸增大。掃速在70～230 mV/s范圍內(nèi)，掃速平方根和峰電流呈線性關系，其線性回歸方程為：Ipc=481.46954v1/2-20.11216,(IPC:μA；v1/2:(V/s)-1/2；R2=0.99449)，說明蘆丁在CuNPs/PB/GCE修飾電極上是受擴散控制的反應過程。

隨著掃描速率的增大，在70～230 mV/s范圍內(nèi)，還原峰電位E與掃描速率對數(shù)呈良好的線性關系，線性方程為：E(V)=-0.09666lgv-0.35878，R2=0.9634。直線斜率為-0.09666，截距為-0.35878。由其直線斜率可得an=-0.306，取a=0.5，可計算求得n≈1；由此可知，蘆丁在CuNPs/PB/GCE修飾電極上發(fā)生了一個電子交換的不可逆還原反應。

2.4 CuNPs/PB/GCE電極的響應性能

2.4.1線性范圍與檢出限實驗配制了一系列不同濃度的蘆丁標準溶液，采用差分脈沖伏安法對其電化學響應進行測定。實驗表明，蘆丁還原峰的峰電流與其濃度在1.0×10-8～1.0×10-4mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關系。其線性方程為：IP1=-13.45226c+172.7744，R2=0.99407。檢出限(S/N=3)為2.8×10-9mol/L，說明此方法對Rutin的檢測有較高的靈敏度。

2.4.2共存離子的干擾在最優(yōu)的實驗條件下，在濃度為1.0×10-6mol/L的蘆丁溶液中，分別加入以下物質(zhì)：甲酸、乙酸、鳥嘌呤、甘氨酸、L-(+)-谷氨酸、抗壞血酸，考察了它們對蘆丁測定的影響。結果表明，它們對本實驗不產(chǎn)生干擾。

2.4.3CuNPs/PB/GCE修飾電極的重現(xiàn)性、穩(wěn)定性將修飾電極在4 ℃下放置一星期后，再對蘆丁進行測定，電流響應基本保持不變，說明該修飾電極很穩(wěn)定。用CuNPs/PB/GCE對1.0×10-6mol/L的蘆丁平行測定5次，所測得的峰電流相對標準偏差(RSD)=1.12%,表明該修飾電極有良好的重現(xiàn)性。

2.5 樣品分析

選取pH=6.32的PBS為測試底液，分別向底液中加入四種不同濃度的蘆丁標準溶液，測量其峰電流，繪制標準曲線。然后在標準溶液中分別加入不同體積的蘆丁溶液，測量其峰電流，利用工作曲線法得其濃度，求得樣品的回收率。如表1所示，CuNPs/PB/GCE有較好的回收率(99.05%～104.54%)，且與高效液相色譜法幾乎相同，可以用于實際樣品的測量。

表1 樣品中Rutin的回收測定

3 結論

本文采用連續(xù)分步電沉積的方法，在裸玻碳電極首先電沉積了普魯士藍膜，然后連續(xù)電沉積納米銅薄膜制得了CuNPs/PB/GCE。將該修飾電極用于蘆丁的測定，結果表明在優(yōu)化的實驗條件下，該修飾電極對蘆丁有明顯的響應，檢出限(S/N=3)為2.8×10-9mol/L。該修飾電極的制備方法簡單、電流響應快、線性范圍寬、具有較好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，可望由此建立一種測定蘆丁的新方法。