基于納米銀-石墨烯復合材料的增強效應電化學測定對乙酰氨基酚

張 亞，王 燕，馬亞軍

( 榆林學院 化學與化學工程學院，陜西 榆林 719000)

對乙酰氨基酚(Paracetamol，PCT)俗稱撲熱息痛，是一種常見的乙酰苯胺類解熱鎮痛藥，在中西藥及其制劑中使用廣泛。因其對胃腸道刺激作用小，解熱鎮痛作用緩和持久，安全有效，故臨床上適用于感冒引起的發熱、頭痛、關節痛，風濕病引起的骨骼肌疼痛以及各種神經痛、偏頭痛等，應用較為廣泛。但服用過多PCT對人體有害，會出現腹痛、出汗、惡心等癥狀，有關服用過量PCT而導致肝、腎損害甚至肝昏迷的病例已有文獻報道[1]。因此，對其含量檢測方法的研究具有重要意義。目前用于對乙酰氨基酚檢測的方法主要有滴定法[2]、毛細管電泳法[3]、高效液相色譜法[4]、分光光度法[5]、熒光法[6]以及電化學方法[7-11]。除了電化學方法外，其它方法一般均需復雜的樣品前處理，且靈敏度較低，難以實現對乙酰氨基酚的靈敏、快速檢測。化學修飾電極的制備有助于進一步提高電化學分析法的選擇性和靈敏度。有關對乙酰氨基酚在L-半胱氨酸[7]、石墨烯[8]、單壁碳納米管/聚甘氨酸復合膜[9]、石墨烯-離子液體復合物[10]、分子印跡膜[11]等修飾電極上的電化學檢測已有文獻報道。

石墨烯(GN)是一種由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶體結構的新型碳材料，具有較大的比表面積和良好的電子傳輸能力[12]。由于GN片層間的π-π共軛作用和范德華力易造成GN本身的卷曲、團聚和層間堆疊，導致其比表面積減小以及催化性能降低[13]。因此，有必要將石墨烯與其它納米材料復合，借助不同材料的協同作用，進一步改善石墨烯的性質。金屬納米粒子具有與其顆粒大小相關的特殊性質，從而產生了不同于相應塊體材料的電學、光學和催化性能，在電分析化學領域受到廣泛關注[14]。將金屬納米粒子引入石墨烯中，不僅可有效防止石墨烯的聚集，使石墨烯具有更大的比表面積，而且可以充分發揮金屬納米粒子的催化性能[15]。

本文參照文獻[16]方法制備氧化石墨烯(GO)，然后利用氧化還原反應制備了納米銀-石墨烯復合納米材料(AgNPs-GN)，并將其修飾在玻碳電極表面制備了納米Ag-石墨烯修飾玻碳電極(AgNPs-GN/GCE)。實驗結果表明，該電極對對乙酰氨基酚有明顯的電催化作用，根據該體系的伏安行為，建立了一種對乙酰氨基酚測定的新方法。該方法快速、簡便易行，用于片劑中對乙酰氨基酚含量的測定，結果滿意。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

電化學實驗在CHI660D電化學工作站(上海辰華儀器公司)上完成。三電極系統：分別以玻碳電極(GCE)、GN/GCE和AgNPs-GN/GCE為工作電極，鉑絲電極為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極。DL-180型超聲清洗儀(浙江省象山縣石浦天電子儀器廠)。場發射掃描電鏡(德國蔡司公司Zeiss σ300型)。實驗在常規的電解池中完成，所有電位均以SCE為參比。

石墨粉(化學純，國藥集團化學試劑有限公司)；硼氫化鈉(分析純，天津市致遠化學試劑有限公司)；硝酸銀(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)。實驗用水為二次蒸餾水。1.0×10-2mol/L 對乙酰氨基酚儲備液：準確稱取0.075 6 g 對乙酰氨基酚(中國藥品生物制品檢測所)，用乙醇溶解，二次蒸餾水定容于50 mL棕色容量瓶中，置于冰箱內保存，使用時用B-R緩沖溶液稀釋至所需濃度。對乙酰氨基酚片(石藥集團歐意藥業有限公司)購于當地藥店。B-R緩沖溶液作支持電解質。

1.2 AgNPs-GN復合納米材料的制備

氧化石墨烯(GO)采用改進的Hummers法[16]制得。稱取30 mg 自制GO超聲分散在20 mL乙醇-水混合溶液中(等體積混合)，形成黑色分散液，將6 mL 1 mmol/L AgNO3溶液緩慢加入到上述黑色分散液中，然后在冰浴、攪拌條件下逐滴加入過量的NaBH4溶液并持續攪拌2 h，得到黑色的渾濁溶液，將此溶液過濾，用二次蒸餾水反復沖洗黑色過濾物以除去過量的NaBH4，最后將所得產物放在真空烘箱中于70 ℃干燥12 h，即得AgNPs-GN復合納米材料。

石墨烯(GN) 的制備方法同上，不加AgNO3。

1.3 修飾電極的制備

將玻碳電極(Φ=2.0 mm)先用金相砂紙拋光,然后依次用0.3 μm和0.05 μm 的Al2O3粉末在麂皮上拋光至鏡面，移入超聲水浴中清洗，最后依次用1∶1乙醇、1∶1 HNO3和二次蒸餾水超聲清洗5 min。

將5 mg AgNPs-GN粉末加入10 mL二次蒸餾水中，超聲分散20 min，得到黑色懸浮液。用微量進樣器移取5.0 μL懸浮液滴加在玻碳電極表面，在紅外燈下烘干，即得AgNPs-GN修飾電極。GN/GCE的制備方法與AgNPs-GN/GCE相似。將AgNPs-GN/GCE、GN/GCE放入B-R緩沖溶液(pH=4.78)中循環伏安掃描(-0.3～1.0 V ) 10圈，活化電極。

圖1 GN(A)和 AgNPs-GN(B)的掃描電鏡圖Fig.1 SEM images of GN(A) and AgNPs-GN(B)

1.4 實驗方法

在25 mL容量瓶中，加入適量對乙酰氨基酚樣品或標準溶液，用B-R緩沖溶液稀釋至刻度，振蕩均勻。轉移部分溶液至電解池中，插入電極，在-0.3～1.0 V之間進行循環伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)實驗。用CHI660D電化學工作站記錄對乙酰氨基酚的峰電流和峰電位。

2 結果與討論

2.1 AgNPs-GN復合材料的掃描電鏡圖

GN(A)和AgNPs-GN(B)復合物的掃描電鏡圖(SEM)如圖1所示。由圖可見，GN呈無序、褶皺狀的層疊結構，結構穩定，可以增加電極的比表面積。在AgNPs-GN中，Ag納米粒子較為均勻地黏附在GN表面，呈現三維網狀結構。與GN相比，三維網狀的AgNPs-GN納米復合膜具有更大的比表面積，AgNPs能進一步提高電子傳遞速率，增加復合材料的催化性能。

圖2 PCT在 GCE(a) 、GN/GCE(b)和AgNPs-GN/GCE(c) 上的循環伏安圖Fig.2 CV curves of PCT at GCE(a)，GN/GCE(b) and AgNPs-GN/GCE(c)

2.2 對乙酰氨基酚在不同電極上的伏安行為

圖2為GCE(曲線a)、GN/GCE(曲線b)和AgNPs-GN/GCE(曲線c)在5.0×10-5mol/L對乙酰氨基酚+B-R緩沖溶液(pH 4.78)中的電化學響應。

如圖所示，在3種電極上對乙酰氨基酚均產生了1對氧化還原峰。在GCE(圖2a)上對乙酰氨基酚的氧化峰電位為0.473 V，還原峰為0.362 V，氧化還原峰峰電位差(ΔEp)為0.111 V。在GN/GCE(圖2b)上對乙酰氨基酚的氧化峰電位負移至0.422 V，還原峰電位正移至0.380 V，ΔEp減小為0.042 V。而且對乙酰氨基酚在GN/GCE上的峰電流比其在裸GCE上的明顯增大，還原峰電流約是其在裸GCE上的6倍。在AgNPs-GN/GCE(圖2c)上，對乙酰氨基酚的氧化峰電位負移至0.402 V，還原峰電位正移至0.345 V，ΔEp減小為0.057 V。此外，對乙酰氨基酚在AgNPs-GN/GCE上的峰電流比其在GN/GCE和GCE上的顯著增大，AgNPs-GN/GCE上的還原峰電流約是其在裸GCE上的30倍、GN/GCE上的5倍。上述實驗結果表明，GN/GCE和AgNPs-GN/GCE均改善了對乙酰氨基酚電極反應的可逆性，提高了其電流響應的靈敏度，說明GN/GCE和AgNPs-GN/GCE對對乙酰氨基酚的氧化還原反應均有電催化作用，而且復合納米材料AgNPs-GN具有較單一GN更好的電催化作用。這是AgNPs、GN兩種納米材料之間協同作用，即GN的表面吸附和納米AgNPs增強電極活性面積共同作用的結果。

2.3 掃速的影響

考察了掃速對對乙酰氨基酚電流的影響(圖3)。如圖所示，在5.0×10-5mol/L對乙酰氨基酚+B-R緩沖溶液(pH 4.78)中，對乙酰氨基酚在AgNPs-GN/GCE上的氧化、還原峰電流均隨著掃速的增加而增大，而且均與掃速(v,mV/s)呈線性關系(圖3插圖)，線性方程及相關系數分別為Ipa(μA)=-0.118 2v+2.062，r=0.995 2；Ipc(μA)=0.117 5v-0.532 3，r=0.997 1。說明對乙酰氨基酚在AgNPs-GN/GCE上的電極反應過程受吸附控制。

圖3 AgNPs-GN/GCE在5.0×10-5 mol/L對乙酰氨基酚中不同掃速下的循環伏安曲線 Fig.3 CV curves of AgNPs-GN/GCE in 5.0×10-5 mol/L PCT at various scan ratesscan rate(from a to h)：50，100，150，200，250，300，350，400 mV/s；insert:Ip vs v

將AgNPs-GN/GCE從對乙酰氨基酚溶液中取出放入B-R緩沖溶液(pH 4.78)中進行連續循環伏安掃描，開始時對乙酰氨基酚的1對氧化還原峰仍然存在，隨著掃描次數的增多，峰電流逐漸減小直至消失，證明了對乙酰氨基酚在修飾電極上的吸附性。

2.4 實驗條件的優化

2.4.1修飾劑濃度實驗考察了AgNPs-GN修飾液濃度的影響。結果表明，隨著修飾液濃度的增大，對乙酰氨基酚在修飾電極上的氧化還原峰峰電流也逐漸增大。當AgNPs-GN懸浮液質量濃度為0.5 g/L時，對乙酰氨基酚的氧化還原峰峰電流最大。當AgNPs-GN懸浮液質量濃度大于0.5 g/L時，峰電流有所下降。這可能是由于電極表面修飾的AgNPs-GN量過多，導致修飾層過厚，使得AgNPs-GN的催化作用無法得到有效利用，導致氧化還原峰峰電流降低。因此，采用5 μL 0.5 g/L石墨烯懸浮液制備的AgNPs-GN/GCE作為工作電極進行實驗。

2.4.2支持電解質及其pH值的選擇支持電解質的種類及其pH值對PCT的伏安響應有很大影響。分別在不同的支持電解質(NaAc-HAc、酒石酸-酒石酸鈉、Na2HPO4-KH2PO4、HCl、檸檬酸鈉-HCl和B-R緩沖溶液)中對5.0×10-5mol/L PCT的電流響應進行了研究，結果表明,在B-R緩沖溶液中，PCT的峰電流最大，峰形最好。隨后，考察了B-R緩沖溶液的pH值對PCT電流響應的影響。發現pH值較低時，PCT的峰電流隨pH值的增大而緩慢增加；pH 4.78時達最大值；繼續增大pH值后，其峰電開始減小。因此，實驗選擇pH 4.78的B-R緩沖溶液作支持電解質。

2.4.3富集時間、富集電位及方波伏安法參數的影響考慮到PCT在AgNPs-GN/GCE表面的吸附，考察了富集時間和方波伏安參數等對PCT還原峰電流的影響。當富集時間從2 s增加到80 s時，還原峰電流隨富集時間的增加而增大，當富集時間超過80 s后，峰電流達到最大且保持恒定，因此選定富集時間為80 s。保持PCT濃度不變而改變方波伏安法參數，獲得的最佳方波伏安法參數為振幅0.040 V，頻率15 Hz。

圖4 AgNPs-GN/GCE在不同濃度PCT溶液中的SWV曲線Fig.4 SWV curves of AgNPs-GN/GCE in different concentrations of PCT solution cPCT(a-f)： 0.1，40，90，180，360，500(×10-6 mol/L)；insert:Ip vs c

2.5 干擾實驗

2.6 標準曲線與穩定性

在優化的實驗條件下，6個不同濃度的對乙酰氨基酚溶液在AgNPs-GN/GCE上的方波伏安(SWV)曲線見圖4。對乙酰氨基酚的還原峰電流與其濃度在1.0×10-7～5.0×10-4mol·L-1范圍內呈線性關系，線性回歸方程為：Ip(μA)=3.813×104c(mol/L)+0.058 32，r=0.999 1，檢出限(S/N=3)為3.0×10-8mol/L。

用同一支AgNPs-GN/GCE對5.0×10-5mol·L-1的對乙酰氨基酚平行測定6次，峰電流的相對標準偏差(RSD)為1.4%，說明修飾電極具有較好的穩定性。用6支不同批次制備的AgNPs-GN/GCE對5.0×10-5mol·L-1的對乙酰氨基酚進行測定，峰電流的RSD為2.9%，說明該電極具有較好的重現性。

2.7 片劑中對乙酰氨基酚的測定

取PCT片劑(四川省通園制藥有限公司，標示量0.5 g/片)稱量后在研缽中研成粉末，然后用乙醇充分溶解。再將樣品溶液移入250 mL容量瓶中，用0.1 mol/L的B-R緩沖溶液稀釋定容。分別用本方法和藥典方法對樣品進行測定，結果見表1，可見本方法與藥典方法所得結果基本一致。另取上述已知含量的PCT樣品溶液，加入一定量的PCT標準溶液進行加標回收實驗，結果見表1。回收率為98.0%～106.0%，說明本方法的準確度符合要求。

表1 片劑中對乙酰氨基酚的測定結果及回收率(n=5)Table 1 Determination results of PCT in tablets and recoveries(n=5)

3 結 論

制備了GN/GCE和AgNPs-GN/GCE兩種修飾電極，兩者對對乙酰氨基酚的氧化還原反應均有電催化作用，而且AgNPs-GN/GCE較GN/GCE具有更好的催化效果；對乙酰氨基酚在AgNPs-GN/GCE上的電極反應過程受吸附控制；方波伏安法測得對乙酰氨基酚的還原峰電流與其濃度在1.0×10-7～5.0×10-4mol/L范圍內呈良好線性關系，檢出限為3.0×10-8mol/L。AgNPs-GN/GCE具有良好的重現性和穩定性，可用于片劑中對乙酰氨基酚的測定。

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