呋喃它酮的高靈敏伏安測定方法

赫春香， 王婷婷， 于 浩， 蘇 萌

(遼寧師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 大連 116029)

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呋喃它酮的高靈敏伏安測定方法

赫春香， 王婷婷， 于 浩， 蘇 萌

(遼寧師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，遼寧 大連 116029)

以循環(huán)伏安法電聚合制成聚對氨基苯磺酸薄膜修飾石墨電極，發(fā)現(xiàn)對呋喃它酮(FTD)的電化學(xué)還原有明顯的電催化作用.在 pH 2.00 的磷酸鹽緩沖溶液中，以微分脈沖伏安法為激發(fā)信號，F(xiàn)TD在-0.230 V處產(chǎn)生一個靈敏的還原峰，還原峰電流與濃度分別在1.00×10-8～1.00×10-6、2.00×10-6～9.00×10-6mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系,檢出限為1.00×10-8mol/L.將該方法應(yīng)用于水樣中目標(biāo)物的測定，加標(biāo)回收率為92.52%～101.3%.研究了FTD的電極反應(yīng)機理，表明其在電極上發(fā)生了由吸附控制的有2質(zhì)子參與的2電子轉(zhuǎn)移反應(yīng).

聚對氨基苯磺酸;電催化;修飾電極;呋喃它酮;微分脈沖伏安法

呋喃它酮(furaltadone，F(xiàn)TD)是一類人工合成的具有5-硝基呋喃結(jié)構(gòu)的抗菌藥物，廣泛地用作獸藥或農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的飼料添加劑.由于其具有較強的致癌、致畸等毒副作用，歐盟EC2377/90發(fā)布指令禁止在食用動物中使用此藥物，規(guī)定了基準(zhǔn)實驗室的檢出限要小于或等于1 μg/kg，澳大利亞及我國等多國也先后頒布禁令[1].但是由于其具有高效、廉價等特點，還會被漁業(yè)、畜業(yè)養(yǎng)殖機構(gòu)違禁使用，所以建立靈敏、簡便的檢測技術(shù)，對相關(guān)區(qū)域?qū)嵤┍O(jiān)控是非常必要的.目前，F(xiàn)TD的檢測方法主要有高效液相色譜法[2-3]、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[4]、差分脈沖極譜法[5]和化學(xué)發(fā)光法[6]等.電化學(xué)檢測方法具有簡便快速、易實現(xiàn)在線檢測、成本低等優(yōu)點，所以各類電化學(xué)傳感器的開發(fā)與應(yīng)用一直是研究熱點之一.以此為宗旨，聚對氨基苯磺酸修飾電極作為電化學(xué)傳感器，得到了深入廣泛的研究，已經(jīng)實現(xiàn)了對槲皮素、酪氨酸、對苯二酚、蘆丁、硝基苯酚同分異構(gòu)體、多巴胺和抗壞血酸的測定[7-12].迄今為止，還未發(fā)現(xiàn)用聚對氨基苯磺酸修飾電極測定FTD的研究報道.本文建立了一種以聚對氨基苯磺酸修飾電極為電化學(xué)傳感器的快速檢測FTD新方法，并研究了FTD在其上的特性響應(yīng).

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

LK2005A微機電化學(xué)分析系統(tǒng)(天津市蘭力科化學(xué)電子高技術(shù)有限公司)；三電極系統(tǒng)：石墨電極(GE)或聚對氨基苯磺酸薄膜修飾電極(p-aminobenzene sulfonic acid modified graphite electrode，PABSA/GE)為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極(文中全部電位均相對于飽和甘汞電極)，鉑絲電極為對電極；pHS-3C型數(shù)字酸度計(上海雷磁儀器廠)；KQ-250B型超聲波清洗儀(昆山市超聲儀器有限公司).

0.001 00 mol/L FTD(試劑由上海原葉生物科技有限公司提供，純度99%)：稱取0.032 4 gFTD于小燒杯中，加入適量的蒸餾水，微熱溶解，冷卻后，定容于100 mL容量瓶中；0.020 0 mol/L對氨基苯磺酸：準(zhǔn)確稱取0.173 2 g對氨基苯磺酸于小燒杯中，加入少量氫氧化鈉稀溶液使之溶解，加水定容于50 mL容量瓶中；pH 2.00～10.00的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)，由濃度均為0.2 mol/L的H3PO4、NaH2PO4、Na2HPO4、Na3PO4在酸度計監(jiān)測下配制而成.除指明外，其他化學(xué)試劑均為分析純.實驗用水為石英亞沸二次蒸餾水.高純氮氣除氧.

1.2 實驗方法

1.2.1 聚對氨基苯磺酸修飾薄膜電極的制備 按照文獻[13]制作、清潔與活化GE，將處理好的GE放入含2.00×10-3mol/L對氨基苯磺酸的0.20 mol/L(pH 7.00)PBS中，在-1.5～2.5 V電位范圍內(nèi)，以-1.5 V為起點電位，100 mV/s的掃速循環(huán)伏安掃描30圈，取出，用蒸餾水沖洗.然后，將電極置于0.20 mol/L(pH 7.00)的PBS中，在-1.5 ～ 1.5 V電位范圍內(nèi)，以100 mV/s的掃速進行循環(huán)伏安掃描10圈.清洗電極表面吸附或聚合不牢固的對氨基苯磺酸，取出電極，晾干，即得PABSA/GE.

1.2.2 呋喃它酮的測定 在10 mL容量瓶中，分別加入2.00 mL PBS(pH 2.00)，含F(xiàn)TD的試樣溶液適量，加水定容，轉(zhuǎn)移至電解池中，除氧10 min并保持氮氣氛，分別以GE和PABSA/GE為工作電極，以0.4 V為起點電位，在-0.6～0.4 V電位范圍內(nèi)記錄微分脈沖伏安曲線，根據(jù)-0.230 V(FTD)處的還原峰電流進行定量分析.微分脈沖伏安法的電化學(xué)參數(shù)分別為：電位增量0.01 V，脈沖幅度0.05 V，脈沖寬度0.2 s，脈沖間隔0.5 s，等待時間180 s.

2 結(jié)果與討論

2.1 聚對氨基苯磺酸修飾電極的制備

根據(jù)文獻[13]確定了支持電解質(zhì)為0.20 mol/L(pH 7.00).另外，分別對氨基苯磺酸的濃度、聚合電位、掃描速度、掃描圈數(shù)等進行了條件優(yōu)化，最終確定了如實驗方法所述的最優(yōu)化聚合方案.圖 1為對氨基苯磺酸在GE上電聚合過程的循環(huán)伏安圖.隨著掃描圈數(shù)的增加，峰電流隨之增加，最后得到電活性聚對氨基苯磺酸薄膜.與GE相比，PABSA/GE在PBS(pH 2.00)中的循環(huán)伏安曲線有一對明顯的峰出現(xiàn)，也說明在GE表面得到了聚對氨基苯磺酸薄膜.

圖1 對氨基苯磺酸聚合過程的循環(huán)伏安曲線[插圖為GE與PABSA/GE在PBS (pH 2.00)中的循環(huán)伏安曲線]Fig.1 Cyclic voltammograms(CVs) of p-amionbenzene sulfonic acid electropolymerization[Insert is CVs of GE and PABSA/GE in PBS (pH 2.00)]

圖2 GE與PABSA/GE的EIS譜圖Fig.2 Nyquist diagrams of GE and PABSA/GE

2.2 聚對氨基苯磺酸修飾電極的表征

分別以GE、PABSA/GE為工作電極，在含有1.0×10-3mol/L K3[Fe(CN)6]/K4[Fe(CN)6] 的0.10 mol/L KNO3溶液中進行交流阻抗(EIS)實驗，結(jié)果如圖2所示.在EIS擬合曲線中，半圓的直徑與電荷轉(zhuǎn)移的阻抗有關(guān)，半徑越大，阻抗越大.實驗結(jié)果表明：PABSA/GE薄膜的阻抗小于GE，說明通過電聚合，聚對氨基苯磺酸薄膜能夠穩(wěn)定地修飾在電極表面，減小了工作電極的阻抗.

2.3 聚對氨基苯磺酸修飾電極對FTD的電催化還原

分別以GE和PABSA/GE為工作電極，對5.00×10-6mol/L FTD 進行循環(huán)伏安法掃描，實驗結(jié)果(圖3)表明：以PABSA/GE為工作電極時，F(xiàn)TD 在 -0.260 V處產(chǎn)生明顯的還原峰，與在裸電極上相比，峰電流明顯提高.表明該修飾電極對FTD的電化學(xué)還原有明顯的電催化作用，這可能是由于阻抗更小的PABSA/GE提高了FTD在其上的電子轉(zhuǎn)移速率所致.分別采用線性掃描伏安法、循環(huán)伏安法、微分脈沖伏安法以及方波伏安法進行檢測，并比較了上述方法催化電流的大小，發(fā)現(xiàn)微分脈沖伏安法靈敏度最高，峰形最好(圖3，內(nèi)插圖)，因此選擇微分脈沖伏安法作為檢測方法.

2.4 呋喃它酮測定方法的建立與實驗條件的優(yōu)化

2.4.1 支持電解質(zhì)的選擇 分別考察了0.5 mol/L的H2SO4、pH 為1.50、2.00、2.50、3.00、5.00、7.00、9.00、10.00的PBS作為支持電解質(zhì)時對峰電流和峰電位的影響，結(jié)果(圖4)表明：FTD的還原峰電位Ep隨pH的提高而負(fù)移；還原峰電流ip亦隨pH發(fā)生變化，pH 2.00的PBS，F(xiàn)TD峰電流最大.因此，本文選擇pH 2.00的PBS為最佳介質(zhì)條件.

圖3 FTD的循環(huán)伏安曲線和微分脈沖曲線(內(nèi)插圖)Fig.3 CVs of FTD and differential pulse voltammetry (insert)

圖4 支持電解質(zhì)pH對峰電流和峰電位的影響Fig.4 Influence of pH on peak current and potential

2.4.2 微分脈沖伏安法電化學(xué)參數(shù)的選擇 對方法靈敏度和選擇性影響最大的參數(shù)是脈沖幅度，脈沖幅度越大，峰電流越大，但是峰形變寬，不利于低濃度被測物的測定.以0.01 V為間隔，在0.01～0.10 V脈沖幅度范圍內(nèi)，考察峰電流與半峰寬，最終選擇0.05 V為最佳條件.

2.4.3 富集時間的影響 以微分脈沖伏安法的起點電位0.4 V為富集電位，試驗了富集時間分別為0、60、120、150、180、210、300 s 時對峰電流的影響，結(jié)果表明：在0～150 s時間范圍內(nèi)，F(xiàn)TD的還原峰電流明顯增加，繼續(xù)延長富集時間，峰電流不再發(fā)生變化.為了使電極表面吸附達到飽和，所以本實驗選擇富集時間為180 s.

圖5 FTD的濃度對還原峰電流的影響Fig.5 Effect of concentration of FTD on peak current

2.5 線性范圍、檢出限和精密度

按實驗方法，測定不同濃度的FTD，實驗結(jié)果表明：其濃度分別在1.00×10-8～1.00×10-6、2.00×10-6～9.00×10-6mol/L 范圍內(nèi)與還原峰電流呈線性關(guān)系(圖 5)，線性回歸方程分別為：ip(μA)=1.29×107c(mol/L)-0.075 9(r=0.999)；ip(μA)=5.35×106c(mol/L)+22.8(r=0.997)，檢出限為1.00×10-8mol/L.對5.00×10-6mol/L的 FTD 平行測定10次，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 2.5%.此外，制備相同的 5 支修飾電極，測定同樣濃度的FTD，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為 3.6%，表明該修飾電極的重復(fù)性和再現(xiàn)性良好.

2.6 干擾試驗

在允許±10% 測定誤差的前提下，相對于濃度為5.00×10-6mol/L的FTD進行干擾實驗，實驗結(jié)果表明:金屬離子Cu2+、Cd2+、Pd2+等均不干擾FTD的測定.還分別試驗了抗壞血酸、尿酸、草酸對FTD峰電流的影響，結(jié)果表明3組分均不干擾測定.

2.7 水樣中呋喃它酮的測定

取某魚塘水樣，按實驗方法測定，未檢測出目標(biāo)物，濃縮10倍后亦未檢出.可能的原因是水樣中不含F(xiàn)TD，或者其含量較低，未達到本方法檢出限.進行加標(biāo)回收率實驗，結(jié)果列于表1，回收率在92.5%～101.3% 之間.

表1 FTD的測定及回收率實驗

2.8 呋喃它酮電極反應(yīng)機理的探討

2.8.2 參加電極反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)m的測定 分別以0.5 mol/L的H2SO4、pH 1.50～10.00的PBS為支持電解質(zhì)，對FTD進行循環(huán)伏安掃描.發(fā)現(xiàn)FTD的Ep1隨著溶液 pH 的增大而負(fù)移(圖4)，并呈良好的線性關(guān)系，線性關(guān)系的斜率為-0.067 9(r=0.990).依據(jù)Ep=Eθ-0.059(m/n)pH，求得當(dāng)n=2時，m=2.

2.8.3 吸附性實驗 在20～400 mV/s的掃速范圍內(nèi)，研究了掃描速率(v)對FTD 還原峰電流(ip1)的影響.實驗結(jié)果表明：ip1與v有良好的線性關(guān)系(r=0.998).說明FTD在PABSA/GE上發(fā)生的電極反應(yīng)是由吸附控制的.

綜上所述，對于峰1，F(xiàn)TD發(fā)生了由吸附控制的有2個質(zhì)子參與的2個電子轉(zhuǎn)移反應(yīng).

[1] 中國獸藥典委員會編.中華人民共和國獸藥典[M].2版.北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2015:215.

[2] GALEANO D T,GUIBERTEAU C A,ACEDO V I,et al.Determination of nitrofurantoin,furazolidone and furaltadone in milk by high-performance liquid chromatography with electrochemical detection[J].Journal of Chromatography A,1997,764(1):243-248.

[3] 程林麗,沈建忠,張素霞,等.HPLC法檢測飼料中4種硝基呋喃類藥物[J].中國飼料,2008,32(1):39-41,43.

[4] 孫良娟,李紅權(quán),梁鋒,等.高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法同時測定飼料中4種硝基呋喃類抗生素[J].分析測試學(xué)報,2013,32(1):978-982.

[5] GABANILLAS A G,DIAZ T G,ESPINOSA M A,et al.Abilities of differentiation and partial least squares methods in the analysis by differential pulse polarography simultaneous determination of furazolidone and furaltadone[J].Analytica Chimica Acta,1995,302(1):9-19.

[6] LIU W,KOU J,JOANG X,et al.Determination of nitrofurans in feeds based on silver nanoparticle-catalyzed chemiluminescence[J].Journal of Luminescence,2012,132(1):1048-1054.

[7] 陳小印.聚對氨基苯磺酸修飾電極的制備及其在電分析化學(xué)中的應(yīng)用[D].青島：青島大學(xué),2010.

[8] 王書民,樊雪梅.聚對氨基苯磺酸修飾電極用于差分脈沖伏安法測定酪氨酸[J].理化檢驗(化學(xué)分冊),2011,47:645-647.

[9] 樊雪梅,王書民,董文舉.聚對氨基苯磺酸修飾電極測定對苯二酚[J].商洛學(xué)院學(xué)報,2009,23(1):46-48.

[10] 陳小印,王宗花,張菲菲,等.槲皮素在聚對氨基苯磺酸修飾電極上的電化學(xué)研究[J].青島大學(xué)學(xué)報(工程技術(shù)版),2010,25(1):54-59.

[11] YAO C,SUN H,FU H F,et al.Sensitive simultaneous determination of nitrophenol isomers at poly(p-aminobenzene sulfonic acid) film modified graphite electrode[J].Electrochimica Acta,2015,156(1):163-170.

[12] JIN G,ZHANG Y,CHENG W.Poly(p-aminobenzene sulfonic acid)-modified glassy carbon electrode for simultaneous detection of dopamine and ascorbic acid[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2005,107(1):528-534.

[13] 赫春香,李曉娟.鐵氰化鎳/銀復(fù)合修飾電極的制備及對鹽酸麻黃堿的電催化作用[J].遼寧師范大學(xué)(自然科學(xué)版),2009,32(2):202-204.

Sensitive simultaneous determination of furaltadone by voltammetry

HEChunxiang，WANGTingting，YUHao，SUMeng

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China)

The poly-aminobenzene sulfonic acid modified graphite electrode was prepared by electropolymerization,and it exhibited a remarkable electrocatalysis on electroreduction of Furaltadone(FTD).In phosphate buffer solution (pH 2.00),a sensitive reductive peak currents of FTD was observed at -0.230 V by differtential pulse voltammetry.The reductive peak currents were proportional to concentration of FTD in the range of 1.00×10-8～1.00×10-6and 2.00×10-6～ 9.00×10-6mol/L with a detection limit of 1.00×10-8mol/L.The proposed method was applied in simultaneous determination of FTD in water samples.The recoveries for these samples were from 92.5% to 101.3%.The electrode reaction mechanism of FTD was studied,which showed that it was a electrochemical reduction process with 2 protons and 2 electron controlled by adsorption.

poly-aminobenzene sulfonic acid;electrocatalysis;modified electrode;furaltadone；differtential pulse voltammetry

2016-08-15

赫春香(1961-),女,遼寧沈陽人,遼寧師范大學(xué)教授.E-mail:hcx0224@163.com

1000-1735(2017)02-0227-05

10.11679/lsxblk2017020227

O657.1

A