單壁碳納米管修飾電極對去甲腎上腺素的電化學檢測

歐陵斌

去甲腎上腺素(NE)屬兒茶酚胺類神經遞質，在中樞神經內分布很廣，它的存在與人體神經系統應急能力有關，因而其測定在臨床和基礎研究中具有重要作用［1-2］。常用的測定NE的方法主要有分光光度法［3-4］、高效液相色譜法(HPLC)［1，5］、離子色譜法［6］和熒光光譜法［2］。NE由于具有兩個鄰位酚羥基，具有電化學活性，可以用電化學方法檢測?；瘜W修飾電極可以降低過電位，增加傳質速率，并能有效利用電極的修飾表面對分析物選擇富集、滲透等功能對分析物進行檢測。用化學修飾電極研究兒茶酚胺類神經遞質的電化學行為以及對其測定是目前分析化學比較活躍的研究領域［7-9］，聚合物膜修飾電極具有可以提供的三維空間反應場，具有較多的活性部位，可降低過電位，增加傳質速率，從而產生明顯的分析信號，實現對分析物選擇富集的功能，在NE的測定中應用較多。

單壁碳納米管(SWCNTs)具有優良的電學性質，可以將其用作一種特殊的電極材料來促進電子的傳遞。Nafion是一種全氟磺酸離子交換聚合物，帶有親水的磺酸基和疏水的碳氟骨架，分子具有微孔結構，含有固定位點，能夠選擇性滲透陽離子和阻礙陰離子的滲透，而且Nafion能夠完全分散單壁碳納米管使其形成穩定的分散液。本實驗制備了Nafion聚合物膜包裹單壁碳納米管修飾玻碳電極并用于NE的測定，該修飾電極制備簡單，用于分析針劑樣品，結果令人滿意。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑 CHI660型電化學工作站(上海辰華儀器公司)，三電極系統:工作電極為SWCNTs/Nafion修飾電極，參比電極為Ag/AgCl電極，輔助電極為鉑絲電極。SWCNTs(＞90%，中科院成都有機化學研究所)，Nafion(質量分數為5%，美國Sigma公司)，去甲腎上腺素購于Sigma公司，重酒石酸去甲腎上腺素注射液(武漢制藥廠，批號:920467)，檸檬酸，磷酸氫二鈉為分析純，實驗所用水為超純水。1 mg/mL SWCNTs分散液由5wt%的Nafion溶液配制。

1.2 Nafion聚合物膜包裹單壁碳納米管修飾玻碳電極的制備 將1 mg單壁碳納米管均勻超聲分散于1 mL Nafion溶液中，形成聚合物膜包裹單壁碳納米管的修飾劑。玻碳電極(GCE，Φ=2 mm)先在0.05 μm的Al2O3粉末上拋光，然后依次在無水乙醇和二次水中超聲清洗2 min，用N2吹干后，在GCE表面滴加6 μl制備好的修飾劑，用紅外烘干，即得SWCNTs/Nafion修飾電極。

1.3 實驗方法 將待分析的去甲腎上腺素溶解于0.2 mol/L檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液(pH=3.9)中，再轉入10 ml的電解池里，通入高純N2除O210 min，以SWCNTs/Nafion修飾玻碳電極為工作電極，掃速為10 mV/s，在0.0～1.0 V的范圍內進行循環伏安(CV)掃描并記錄其曲線。實驗均在(23±2)℃下進行。

2 結果和討論

2.1 去甲腎上腺素在SWCNTs/Nafion修飾玻碳電極上的循環伏安圖 在相同實驗條件下(0.2 mmol/L NE，pH=3.9)，比較裸GCE，Nafion、SWCNTs/Nafion修飾 GCE上 NE的 CV圖，結果如圖1所示，在裸GCE上，NE呈現出信號相對較弱的氧化還原峰，氧化峰(Epa)電位為0.449 V，還原峰(Epc)電位為0.400 V，相比較于Nafion膜修飾電極，NE的氧化、還原峰電位差增大了134 mV，表明電子轉遞速率減慢，增強了iR效應［10-11］，其原因是Nafion膜選擇性的滲透質子化的去甲腎上腺素。與裸GCE相比，Nafion膜修飾電極上NE的氧化峰電流有所增強。然而，在SWCNTs/Nafion修飾玻碳電極上，NE的氧化峰電位負移至0.431 V，還原峰電位0.380 V，相比于裸GCE，EP的氧化峰電流增強了7倍，氧化還原峰由不可逆變為可逆，峰電流信號顯著增強，說明修飾上碳納米管后增大了電極表面積，加速了去甲腎上腺素和電極間的電子傳遞速率，對去甲腎上腺素有較強的電催化作用，而Nafion膜則能夠選擇性滲透質子化的去甲腎上腺素。碳納米管具有催化活性的的表面以及極高的縱橫比，單壁碳納米管能增加電極的表面面積，所以背景電流比在裸電極上大大增加。NE在三種不同修飾電極上的循環伏安參數如表1所示。

圖1 去甲腎上腺素在不同電極上的循環伏安圖

2.2 最佳條件的選擇

2.2.1 pH值的影響 在pH2.0～8.3的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液中，用循環伏安法研究了去甲腎上腺素氧化峰電位、峰電位差與pH關系曲線圖，如圖2的曲線a和b。在pH=3.9的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液中，峰電位差最小，所以實驗中選擇pH=3.9的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液作為支持電解質。隨著pH值的增加，去甲腎上腺素氧化峰電位負移，且峰電位與溶液pH在2.0～8.3范圍內呈線性關系，Epa=0.6811-0.0642pH(r=0.999)，斜率64mV/pH表明:電極反應過程中電子的得失伴隨著等量的質子參加。

表1 去甲腎上腺素在不同電極上的循環伏安參數

圖2 去甲腎上腺素氧化峰電位、峰電位差與pH關系

2.2.2 碳納米管修飾液用量的影響 對單壁碳納米管修飾液的用量進行了考察。如圖3所示:發現隨著修飾液量的加大，去甲腎上腺素氧化峰電流逐漸增大，當修飾液的量達到6 μl時，用量與峰電流基本穩定，當修飾液用量超過7 μl時，峰電流值反而下降。這可能是因為較厚的修飾膜不利于去甲腎上腺素的傳質與電極表面之間的電子交換，阻礙了去甲腎上腺素在電極上的電化學氧化，所以峰電流下降，同時，背景電流也增加。故實驗選擇6 μl單壁碳納米管/Nafion修飾液修飾電極。

圖3 修飾劑用量對去甲腎上腺素氧化峰電流的影響

2.2.3 掃描速度的影響 考察掃描速度對0.2 mmol/L去甲腎上腺素氧化峰電流的影響。如圖4所示:研究發現，在10～250 mV/s范圍內，氧化峰電流與掃描速度的平方根成正比，線性關系表達式如下:pa=-2.84+3.96 1/2(Ipa:A，mV·s，相關系數 r=0.998 94)，表明去甲腎上腺素在SWCNTs/Nafion修飾電極上的氧化過程受擴散控制。選擇以10 mV/s的掃速做為實驗優化條件。

圖4 去甲腎上腺素的氧化峰電流與掃描速度平方根的線性關系

2.2.4 碳納米管修飾電極對去甲腎上腺素的工作曲線 以0.2 mol/L的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液(pH=3.9)中，去甲腎上腺素在SWCNTs/Nafion修飾玻碳電極上的氧化峰電流與濃度在2.0×10-5～2.5×10-4mol/L范圍內呈線性關系，如圖5所示，線性回歸方程為 Ipa=0.75-0.27c(Ip:A，c:M，r=0.999 3)，檢測限為4.2×10-6mol/L。

圖5 去甲腎上腺素的氧化峰電流與其濃度的線性關系

2.2.5 樣品測定及回收實驗 準確移取重酒石酸去甲腎上腺素注射液(2 mg/ml，批號:920467)在10 ml容量瓶中定容，移取一定量樣品用0.2 mol/ml檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液(pH 3.9)稀釋至10 ml，通氮氣5 min除氧，再轉入電解池中。通過標準加入法對去甲腎上腺素注射液進行含量測定，平均回收率分別為100.8%、99.1%，其相對標準偏差分別是4.9%和2.39%，如表2所示。

表2 樣品中去甲腎上腺素的測定結果(n=6)

3 結論

以單壁碳納米管/Nafion修飾電極為工作電極，鉑絲電極為對電極，飽和Ag/AgCl電極為參比電極，系統的研究了去甲腎上腺素在單壁碳納米管/Nafion修飾電極上的電化學行為，考察了影響峰電流的各種因素。去甲腎上腺素在單壁碳納米管/Nafion修飾電極上的氧化過程受擴散控制，電極反應過程中電子的得失伴隨著等量的質子參與。在優化條件下，用單壁碳納米管/Nafion修飾電極，通過標準加入法對去甲腎上腺素注射液進行含量測定，平均回收率分別為100.8%、99.1%(n=6)，其相對標準偏差分別是4.9%和2.39%，結果令人滿意。

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