納米Fe2O3修飾涂碳型硫酸沙丁胺醇選擇電極的研制與應用

張 靜，竇 月，岳京立

(錦州醫科大學 藥學院，遼寧 錦州 121000)

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納米Fe2O3修飾涂碳型硫酸沙丁胺醇選擇電極的研制與應用

張 靜，竇 月，岳京立*

(錦州醫科大學 藥學院，遼寧 錦州 121000)

制備了以納米Fe2O3為修飾劑的涂碳型硫酸沙丁胺醇選擇電極，采用電位分析方法對其各項性能進行測定。結果表明，該納米Fe2O3修飾電極有很好的能斯特響應，其線性范圍為1.0×10-6～ 0.1 mol/L，級差電位為59 mV/pC，與普通電極相比，響應時間較短(10 s)，檢出限更低(2.8×10-7mol/L)。將修飾電極應用于豬肉樣品中硫酸沙丁胺醇含量的測定，結果與標準方法結果相符。

納米Fe2O3；硫酸沙丁胺醇；測定；電極；豬肉

硫酸沙丁胺醇屬于β2腎上腺素受體激動劑，臨床上具有擴張支氣管作用，用于治療支氣管哮喘等疾病。當其用量超過推薦治療劑量的5～10倍時，即可促進動物生長，刺激體內蛋白質合成，使脂肪分解代謝增強，增加豬瘦肉比例[1]。硫酸沙丁胺醇在現代豬肉養殖中被用作飼料添加劑，以提高豬的瘦肉產量，進而在動物組織和肌肉中有不同程度的殘留。人類食用含有該藥物殘留的動物源性食品會產生潛在的危害，如中樞神經疾病、心血管疾病以及心臟疾病，甚至可能出現急性食用后死亡[2]。因此，動物性食品中硫酸沙丁胺醇殘留的檢測成為一項重要任務。目前，對硫酸沙丁胺醇的檢測方法主要有高效液相色譜法[3]、液相色譜-質譜聯用法[4]、氣相色譜-質譜聯用法[5]以及酶聯免疫法[6]。但以上檢測方法存在儀器昂貴，操作繁瑣，成本較高等局限性。而電化學分析方法因具有操作簡單、價格低廉和攜帶方便等優點在生物醫學和分析化學領域[7-9]有著廣闊的前景。

近年來，納米材料因其比表面積較大、化學反應活性高、吸附能力強等獨特的理化特性，引起越來越多的關注[10-12]。其中，納米Fe2O3是一種性能優良的新型材料，因具有化學性質穩定，催化活性高，耐光性良好等特性，在生物醫藥、催化和分析領域中得到廣泛應用[13-14]。而其作為修飾劑制備電極以改善電極的電化學性能，已成為電化學分析研究領域中引人矚目的前沿問題[15-16]。

本文以納米Fe2O3為修飾劑制備了涂碳型硫酸沙丁胺醇選擇電極，建立了電位分析方法對豬肉樣品中硫酸沙丁胺醇的含量進行測定，結果與標準方法[17]相符。納米Fe2O3的修飾提高了電極的檢測范圍，降低了檢出限，為電化學方法測定豬肉樣品中硫酸沙丁胺醇的含量提供了參考。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

KH-100SP型雙頻數控超聲波清洗器(昆山禾創超聲儀器有限公司)；雷磁PHS-25型pH計、PHS-10C數字酸度/離子計(上海精密科學儀器有限公司)。硫酸沙丁胺醇(純度99.9%)、FeCl3·6H2O均購于上海晶純生化科技股份有限公司；鄰苯二甲酸二丁酯(分析純，天津市光復精細化工研究所)；所用試劑均為分析純，實驗用水為去離子水。

1.2 實驗方法

1.2.1 納米Fe2O3的制備 按照文獻[18]制備Fe2O3納米顆粒：配制一定濃度的FeCl3·6H2O溶液，緩慢加入0.1 mol/L的KOH溶液，調至pH 13.0，得到紅褐色的Fe(OH)3，將該懸浮液轉移至高壓釜中，于180 ℃下高壓12 h后，得到的沉淀物用水和乙醇洗滌數次，干燥后得到納米Fe2O3。

1.2.2 電活性物的制備 稱取硫酸沙丁胺醇適量，加水溶解，配成50 mL 0.01 mol/L的硫酸沙丁胺醇溶液，將此溶液緩慢加入0.01 mol/L四苯硼鈉溶液中，并不斷攪拌，即生成白色沉淀。待沉淀完全，靜置1 h后，用3號砂芯漏斗抽濾，將沉淀置于烘箱中50 ℃恒溫烘干，得到硫酸沙丁胺醇-四苯硼鈉電活性物質。

1.2.3 納米Fe2O3修飾電極的制備 分別稱取納米Fe2O32.5 mg和電活性物5 mg，混合均勻后，加入200 mg聚氯乙烯粉、5 mL四氫呋喃和0.6 mL鄰苯二甲酸二丁酯，超聲溶解至溶液均勻透明。將此溶液均勻涂于預先處理好的碳電極表面，待揮發干燥后重復涂3～4次，放入干燥箱中干燥2 d，即得納米Fe2O3修飾涂碳型硫酸沙丁胺醇選擇電極。按上述方法不加入納米Fe2O3即制得普通涂碳型硫酸沙丁胺醇電極。

1.2.4 電位分析法的建立 將納米Fe2O3修飾涂碳型硫酸沙丁胺醇選擇電極和普通電極分別與飽和甘汞電極(SCE)組成電池：納米Fe2O3修飾涂碳型硫酸沙丁胺醇選擇電極|硫酸沙丁胺醇待測液SCE，普通電極|硫酸沙丁胺醇待測液SCE，并分別測定硫酸沙丁胺醇溶液的電位值。

2 結果與討論

2.1 納米Fe2O3的表征

圖1A為納米Fe2O3的掃描電子顯微鏡圖(SEM)，圖1B為納米Fe2O3的X射線衍射圖(XRD)，由圖可見，制備的納米Fe2O3粒徑大小均勻，顆粒較小約為50 nm，且納米Fe2O3的主要衍射峰與參考文獻[18]一致，表明實驗制得的Fe2O3純度較高。

2.2 納米Fe2O3修飾電極的電化學行為研究

圖2 納米Fe2O3修飾電極(a)和普通電極(b)的循環伏安圖 Fig.2 Cyclic voltammograms of nano-Fe2O3 modified electrode(a) and unmodified electrode(b) c(salbutamol sulfate)：1.0×10-3 mol/L ； scan rate：100 mV/s

圖3 納米Fe2O3修飾電極(a)和普通電極(b)的響應曲線 Fig.3 Response curves of nano-Fe2O3 modified electrode (a) and unmodified electrode(b)

圖4 pH值對電極的影響Fig.4 Effect of pH value on the modified electrode

采用循環伏安法對電極的電化學行為進行研究，圖2為納米Fe2O3修飾電極(曲線a)和普通電極(曲線b)在1.0×10-3mol/L硫酸沙丁胺醇溶液中的循環伏安圖。由圖可見，在0.4～1.0 V電位掃描范圍內，與普通電極相比，納米Fe2O3修飾電極的氧化還原峰電流明顯增強。這可能因為采用納米Fe2O3作為修飾劑，增加了電極的比表面積，提高了電極表面的電子轉移速率，從而增強了電極在硫酸沙丁胺醇溶液中的響應。

2.3 響應曲線與檢出限

離子選擇電極的響應范圍是標準曲線的線性部分，在線性響應范圍內，離子選擇電極符合能斯特響應方程。按試驗方法測定系列濃度的硫酸沙丁胺醇標準溶液的電位，以電位(E)為縱坐標，相應溶液濃度的負對數(pC)為橫坐標作圖。分別采用納米Fe2O3修飾涂碳型電極和普通電極測定系列濃度的硫酸沙丁胺醇溶液(1.0×10-8～0.1 mol/L)的響應曲線(圖3)。由圖可知，納米Fe2O3修飾電極(曲線a)的線性響應范圍為1.0×10-6～0.1 mol/L，其線性方程為E=-58.7pC+707.9，相關系數為0.999 6，級差電位為59 mV/pC，根據IUPAC推薦的方法，計算檢出限為2.8×10-7mol/L。而普通電極(曲線b)在1.0×10-5～1.0×10-2mol/L范圍內呈線性響應，線性方程為E=-31.8pC+587.3，相關系數為0.999 4，級差電位為32 mV/pC，檢出限為1.9×10-6mol/L。此結果表明，納米Fe2O3修飾電極比普通電極的檢測范圍更寬，檢出限更低。這可能是因為Fe2O3納米顆粒修飾于電極表面后，使得電極的比表面積增加，具有較高的比表面能，增加了電極表面反應活性，使得級差電位增大，線性響應范圍增加。

2.4 pH值的影響

實驗考察了pH值對測定的影響，用0.1 mol/L的HCl和NaOH溶液調節HAc-NaAc緩沖溶液的pH值，并用納米Fe2O3修飾電極分別測定1.0×10-3mol/L和1.0×10-4mol/L的硫酸沙丁胺醇溶液的電位值，電位與pH值的關系曲線見圖4。從圖4可知，電極對不同濃度的硫酸沙丁胺醇溶液的測定結果相差不大，pH值在3.0 ～ 7.1范圍內，電極電位基本不變。因此，實驗選擇pH 5.0的HAc-NaAc緩沖溶液控制pH值。

2.5 電極的響應時間與使用壽命

電極的響應時間是離子選擇電極的一個重要性能，是指工作電極和參比電極同時浸入待測溶液中，到電極電位變為穩定數值的某一瞬時所經過的時間。本實驗中，納米Fe2O3修飾電極的響應時間為10 s，普通電極的響應時間為30 s。因此納米Fe2O3修飾電極比普通電極響應迅速。電極每次使用后，用去離子水洗至電極電位保持穩定，并保存于遮光干燥箱中，電極的使用壽命大約為3個月，此后電極的性能略有下降，其檢出限略有升高。表1為納米Fe2O3修飾電極和普通電極的使用壽命對比，結果表明，納米Fe2O3修飾電極和普通電極在正常使用約3個月后，其檢出限均增大。

表1 電極的使用壽命Table 1 The life-time of the electrode

2.6 干擾試驗

考察了一些常見的陰陽離子對硫酸沙丁胺醇溶液測定的影響，分別測定了Cu2+，Cd2+，NH4+，Zn2+，Cl-，Ca2+，Fe3+，K+，Na+，I-，Fe2+，Mg2+，Al3+，SO42-，CH3COO-，NO3-等離子的選擇性系數。結果表明，上述離子的選擇性系數均較小，對測定基本無影響。同時測定了其他β-受體激動劑(如鹽酸克倫特羅、鹽酸萊克多巴胺、鹽酸多巴胺和鹽酸氯丙那林)的選擇性系數，其值分別為1.86×10-4，2.47×10-4，5.48×10-3和6.79×10-4，表明以上β-受體激動劑均不干擾硫酸沙丁胺醇的測定。

2.7 電極的穩定性與重現性

將修飾電極置于1.0×10-3mol/L硫酸沙丁胺醇溶液中，每隔2 h測定其電位，連續測定12 h，結果顯示電位值無明顯變化，表明該電極的穩定性良好。同時反復5次測定1.0×10-4mol/L硫酸沙丁胺醇溶液的電位，其相對標準偏差(RSD)為2.8%，表明電極具有良好的重現性。

2.8 回收率試驗

配制一定濃度的硫酸沙丁胺醇溶液，按實驗方法對其進行測定分析，做加標回收實驗，測定結果如表2所示。數據表明，采用納米Fe2O3修飾的硫酸沙丁胺醇電極測定時的回收率為96.8%～102.6%。

表2 回收率的測定Table 2 Determination of the recovery

2.9 實際樣品分析

取市售新鮮豬肉適量，對其進行處理，并用標準方法[17]測定，未檢出硫酸沙丁胺醇。分別移取上述處理后所得溶液3份，加入硫酸沙丁胺醇標準品后，用本方法和標準方法分別進行測定，每個樣品測定5次，結果見表3。由以下數據可知，本方法與標準方法之間無顯著性差異。

表3 豬肉樣品中硫酸沙丁胺醇的測定結果(n=5)Table 3 Determination results of salbutamol sulfate in pork sample(n=5)

3 結 論

本文制備了Fe2O3納米顆粒，并以其為修飾劑制備涂碳型硫酸沙丁胺醇選擇電極，建立了測定硫酸沙丁胺醇含量的電位分析方法。與普通電極相比，納米Fe2O3修飾電極的響應時間較短，檢出限更低，對硫酸沙丁胺醇的測定不受其他干擾物質的影響。將建立的方法應用于豬肉樣品中硫酸沙丁胺醇的測定，結果與標準方法相符。該方法檢測快捷方便，結果準確，研究結果可為豬肉組織中硫酸沙丁胺醇的電化學分析提供參考。

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Preparation and Application of Carbon Coated Polyvinyl Chloride Membrane Salbutamol Sulfate Selective Electrode Modified with Nano-Fe2O3

ZHANG Jing，DOU Yue，YUE Jing-li*

(College of Pharmacy，Jinzhou Medical University，Jinzhou 121000，China)

A potentiometric method was developed for the determination of salbutamol sulfate by using a novel carbon coated polyvinyl chloride membrane salbutamol sulfate selective electrode modified with nano-Fe2O3.The prepared electrode showed a good Nernst response in the linear range of 1.0×10-6-0.1 mol/L with a slope of 59 mV/pC.Compared to the unmodified electrode，the electrode modified with nano-Fe2O3exhibited a faster response time(10 s) and a lower detection limit(2.8×10-7mol/L).The modified electrode was applied in the determination of salbutamol sulfate in pork samples， and the results were in agreement with those obtained by the standard method.

nano-Fe2O3; salbutamol sulfate; determination; electrode; pork

2017-02-17；

2017-04-18

遼寧省大學生科技創新項目(201510160000059)；錦州醫科大學大學生科技創新項目(2014D17)

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.07.008

O657.1; TQ460.72

A

1004-4957(2017)07-0887-05

*通訊作者：岳京立，博士，教授，研究方向：電化學分析，Tel: 0416-4673404，E-mail:huaxue618@163.com

研究簡報