氧化石墨烯增強(qiáng)魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光測(cè)定姜黃素

劉 霜，張建霞，2，劉希東

(1.重慶文理學(xué)院材料與化工學(xué)院，重慶 永川 402160;2.重慶市綦江實(shí)驗(yàn)中學(xué)，重慶 綦江 401420)

石墨烯(Graphene)是Novoselov、Geim等人于2004年首次發(fā)現(xiàn)的，它是一種由sp2雜化碳原子緊密堆積的單原子層結(jié)構(gòu)的二維原子晶體，是構(gòu)成包括石墨、碳納米管、富勒烯等在內(nèi)的碳的同素異形體的基本組成單元，屬新型二維平面納米材料.從Novoselov首次報(bào)道人工制備的石墨烯以來，研究發(fā)現(xiàn)石墨烯表現(xiàn)在力、熱、電、光等物理學(xué)方面的優(yōu)異性能，使之成為10年來物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的國(guó)際研究前沿和熱點(diǎn)［1］. 氧化石墨烯(Graphene Oxide，簡(jiǎn)稱GO)是石墨烯重要的含氧衍生物，它和石墨烯相比，在六角環(huán)形片狀體碳原子上引入了羰基、羥基、羧基、環(huán)氧基等含氧極性官能團(tuán).由于氧化石墨烯表面帶有的官能團(tuán)具有親水性，因此，具有一定的潤(rùn)濕性能和表面活性［2］，在水中可以較好地分散.Wang Ying［3］等研究發(fā)現(xiàn)，GO 能增強(qiáng)CdTe量子點(diǎn)的電化學(xué)發(fā)光信號(hào)，并已將其應(yīng)用于谷胱甘肽的電化學(xué)發(fā)光分析中;Dong Xiaoli［4］等利用GO具有表面積大和吸附作用強(qiáng)等特點(diǎn)，將GO作為固體萃取吸附劑應(yīng)用于角鯊烯的測(cè)定，建立了角鯊烯的時(shí)間分辨質(zhì)譜測(cè)定方法，實(shí)現(xiàn)了GO在固相中的分離與檢測(cè);馮亞娟［2］等基于GO和辣根過氧化物酶的相互作用將其應(yīng)用于過氧化氫的測(cè)定;Song Yujun［5］等研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯本身也具有過氧化物酶的功能，能催化葡萄糖反應(yīng)生成過氧化氫，由此建立了血液和果汁中葡萄糖的間接測(cè)定方法.雖然GO在分析測(cè)定方面已有了一定的應(yīng)用研究，但總體上GO在分析化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還處于探索階段，特別是將GO應(yīng)用于光分析方面的研究較少，因此探究其在光分析化學(xué)中的應(yīng)用具有一定的價(jià)值和研究前景.

化學(xué)發(fā)光分析法已廣泛應(yīng)用于藥物分析、環(huán)境分析、材料分析和臨床分析等領(lǐng)域［6］.在堿性介質(zhì)中，Luminol能被H2O2氧化產(chǎn)生穩(wěn)定的化學(xué)發(fā)光信號(hào)，已成為應(yīng)用最廣泛的化學(xué)發(fā)光體系之一.文獻(xiàn)報(bào)道，許多納米材料對(duì)H2O2-Luminol化學(xué)發(fā)光體系的發(fā)光具有增強(qiáng)作用［7-8］.GO特殊的單原子層片層結(jié)構(gòu)決定了其在電學(xué)、光學(xué)方面的特殊性質(zhì)［3，5］.本文采用化學(xué)發(fā)光分析法，研究GO對(duì)H2O2-Luminol發(fā)光體系的影響，發(fā)現(xiàn)GO在H2O2-Luminol體系中起著催化作用，能明顯增敏該發(fā)光反應(yīng).

姜黃素(Curcumin)(結(jié)構(gòu)如圖1所示)是姜科姜黃屬植物中的有效成分之一，從藥用植物姜黃中提取的姜黃素，除姜黃素外還包括少量去甲氧基姜黃素和雙去甲氧基姜黃素.研究表明:姜黃素［9，10］具有抗氧化、抗炎等多種生物活性，對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展等多個(gè)階段均有抑制作用，作為天然色素的姜黃素色澤穩(wěn)定，毒性極低，已廣泛應(yīng)用于食品添加劑和醫(yī)藥等領(lǐng)域［11］，同時(shí)，也有研究表明其具有一定的細(xì)胞毒性［12］，因此評(píng)價(jià)姜黃屬植物中姜黃素的含量具有實(shí)際意義.姜黃素的測(cè)定方法主要有電化學(xué)法［13］、毛細(xì)管電泳法［14］、光分析法［15］、化學(xué)發(fā)光法［16］、高效液相色譜法［17］等.其中，化學(xué)發(fā)光法靈敏度高，檢測(cè)限低而被廣泛應(yīng)用.本文通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)姜黃素對(duì)GO增強(qiáng)H2O2-Luminol化學(xué)發(fā)光具有明顯的抑制作用，結(jié)合流動(dòng)注射技術(shù)，建立了流動(dòng)注射-化學(xué)發(fā)光法定量測(cè)定姜黃素含量的分析方法.實(shí)驗(yàn)表明:該方法用于市售姜黃中姜黃素的測(cè)定，結(jié)果令人滿意.

圖1 姜黃素的結(jié)構(gòu)式

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

RFL-1型超微弱化學(xué)發(fā)光/生物發(fā)光檢測(cè)儀、IFIS-C型智能流動(dòng)注射進(jìn)樣器、IFFL-A型多功能化學(xué)發(fā)光檢測(cè)器(西安瑞邁分析儀器有限公司).

Luminol儲(chǔ)備溶液(1.0×10-2mol/L):準(zhǔn)確稱取0.443 0 g Luminol(Fluka)，溶于0.1 mol/L的NaOH溶液中，用0.1 mol/L的NaOH溶液定容于250 mL棕色容量瓶中，4℃冰箱保存，使用時(shí)用0.1 mol/L的NaOH溶液稀釋至所需濃度.

H2O2溶液(0.75 mol/L):用30﹪H2O2溶液配制，現(xiàn)配現(xiàn)用.

姜黃素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1.00×10-3mol/L):準(zhǔn)確稱取0.092 0 g姜黃素(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，溶于75﹪乙醇溶液中，用75﹪乙醇溶液定容于250 mL棕色容量瓶中，4℃冰箱保存，操作溶液用75﹪乙醇溶液逐級(jí)稀釋儲(chǔ)備溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用.

實(shí)驗(yàn)試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法及裝置

如圖2所示流路裝置，二次蒸餾水作載流，樣品溶液通過八通閥隨載流溶液注入到GO與H2O2的混合溶液中，經(jīng)三通混合后再注入到Luminol溶液，混合液在流通池中發(fā)生氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光信號(hào)由RFL-1型超微弱化學(xué)發(fā)光/生物發(fā)光檢測(cè)儀檢測(cè)，以相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度△I定量.

圖2 流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分析流程圖

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)光體系和流路參數(shù)的選擇

H2O2在堿性條件下能氧化Luminol產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GO對(duì)Luminol-H2O2化學(xué)發(fā)光反應(yīng)具有很強(qiáng)的增敏作用，而姜黃素對(duì)GOLuminol-H2O2三元體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度具有明顯的抑制作用.當(dāng)選擇流動(dòng)注射系統(tǒng)如下流路參數(shù)時(shí):流通管內(nèi)徑0.8 mm，采樣環(huán)長(zhǎng)度15 cm，閥池距16 cm，Luminol濃度2.0×10-3mol/L，H2O2濃度0.75 mol/L，GO 濃度 0.8 mg/mL，試驗(yàn)了流路參數(shù)對(duì)反應(yīng)體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響.結(jié)果表明，體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度隨泵速的增加而增大，該反應(yīng)體系屬快速化學(xué)發(fā)光體系，選擇高泵速有利于提高體系的靈敏度.但泵速提高，試劑消耗也顯著增加.綜合考慮各種因素，調(diào)整P1、P2的泵速均為85 r/min，體系可獲得最大信噪比.

2.2 NaOH濃度和Luminol濃度的影響

Luminol能溶于NaOH溶液，而且Luminol的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)在堿性條件下能順利進(jìn)行，其化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度大而穩(wěn)定，NaOH濃度明顯影響體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度.實(shí)驗(yàn)考察了用濃度為0.01～1.0 mol/L的NaOH溶液配制的Luminol溶液對(duì)體系相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，當(dāng)NaOH溶液濃度為0.1 mol/L時(shí)，體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度最大.因此，實(shí)驗(yàn)用0.1 mol/L NaOH溶液配制Luminol溶液.實(shí)驗(yàn)考察了1.0×10-5～1.0×10-2mol/L濃度范圍內(nèi)的Luminol溶液對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響.如圖3所示，Luminol在低濃度時(shí)，體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度較低，微小增大Luminol濃度，體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度迅速增強(qiáng)，當(dāng)Luminol濃度為2.0×10-3mol/L時(shí)，體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到最大;當(dāng)其濃度超過2.0×10-3mol/L時(shí)，體系的背景發(fā)光強(qiáng)度也迅速增大，相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度緩慢降低，實(shí)驗(yàn)選擇Luminol的濃度為2.0×10-3mol/L.

圖3 Luminol濃度的影響

2.3 過氧化氫濃度的影響

在GO-Luminol-H2O2三元化學(xué)發(fā)光體系中，作為氧化劑的H2O2，其濃度將會(huì)影響體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)考察了0.1～2.0 mol/L濃度范圍的H2O2溶液對(duì)體系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響.結(jié)果表明，體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度隨H2O2濃度的增加而增強(qiáng)，當(dāng)H2O2的濃度為0.75 mol/L時(shí)，體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度最大，隨后伴隨H2O2濃度的增加，基線漂移不穩(wěn)定，體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度緩慢降低，實(shí)驗(yàn)選擇H2O2濃度為0.75 mol/L.

2.4 GO濃度的影響

在GO-Luminol-H2O2化學(xué)發(fā)光體系中，GO作為反應(yīng)體系的催化劑，不同的GO濃度，對(duì)體系的影響程度也不同.當(dāng)姜黃素濃度為1.0×10-5mol/L、H2O2濃度為 0.75 mol/L、Luminol濃度為2.0×10-3mol/L時(shí)，實(shí)驗(yàn)考察了GO在0.15～1.50 mg/mL濃度范圍內(nèi)對(duì)體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響.如圖4所示，體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度隨GO濃度的增加而增強(qiáng)，隨后緩慢減弱，實(shí)驗(yàn)選擇GO濃度為0.8 mg/mL.

圖4 GO濃度的影響

2.5 校準(zhǔn)曲線、檢出限和精密度實(shí)驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法和在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定了不同濃度的姜黃素對(duì)體系相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度的影響.如圖5所示，姜黃素在5×10-8～1.0×10-5mol/L濃度范圍內(nèi)與相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系，線性方程為△I=0.1636c+106.027，R2=0.9989(c的數(shù)量級(jí)及單位為10-8mol/L);以11次空白測(cè)定值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍計(jì)算方法的檢出限(3σ)為6.3×10-9mol/L.對(duì)濃度為5×10-6mol/L的姜黃素平行測(cè)定9次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.6﹪.

2.6 共存物質(zhì)的干擾

文獻(xiàn)報(bào)道［18］，姜黃的活性成分除姜黃素外，還含有糖類、揮發(fā)性油類及微量金屬元素等.在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，試驗(yàn)了一些常見物質(zhì)對(duì)測(cè)定姜黃素的影響.結(jié)果表明，50倍量的葡萄糖、蔗糖、淀粉、草酸、檸檬酸，5 倍量的 Zn2+、Al3+、Mg2+、Mn2+、Ca2+、Co2+，等倍量的 Cu2+、Fe3+對(duì)于5.0 ×10-6mol/L濃度的姜黃素的測(cè)定無干擾.

圖5 校準(zhǔn)曲線

2.7 樣品的測(cè)定

取姜黃藥材適量，粉碎，準(zhǔn)確稱取0.200 g姜黃粉末，用50 mL乙醇(75﹪)超聲提取30 min，過濾;取殘?jiān)尤?0 mL乙醇(75﹪)中再次超聲提取30 min，過濾，合并兩次濾液用乙醇(75﹪)定容至250 mL，得待測(cè)樣品溶液，由于姜黃素極易被氧化，因此姜黃素的標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液均應(yīng)避光于4℃冰箱中保存.

取一定量的樣品溶液，用乙醇(75﹪)溶液適度稀釋，按照實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定姜黃素總量，同時(shí)做樣品回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果與文獻(xiàn)［15］的紫外分光光度法結(jié)果基本一致.

表1 姜黃樣品中姜黃素總量的測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)論

在堿性條件下，H2O2氧化Luminol產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，GO能顯著增強(qiáng)Luminol化學(xué)發(fā)光反應(yīng).實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)姜黃素對(duì)GO-Luminol-H2O2化學(xué)發(fā)光體系有抑制作用，GO能使體系的相對(duì)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度明顯降低，結(jié)合流動(dòng)注射分析技術(shù)，建立了姜黃素的化學(xué)發(fā)光分析測(cè)定新方法.此法用于藥用姜黃中總姜黃素的測(cè)定，結(jié)果與文獻(xiàn)［15］報(bào)道的紫外分光光度法測(cè)定結(jié)果基本一致.

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