丹皮酚在十二烷基苯磺酸鈉現(xiàn)場自組裝膜與離子液體復(fù)合修飾碳糊電極上的電化學(xué)性質(zhì)及電分析方法

馮 蕓， 張 瑞， 張 龍， 猶 衛(wèi)， 彭 娟， 高作寧*

(寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，寧夏銀川 750021)

丹皮酚(Paeonol，PN)，化學(xué)名稱為2-羥基-4甲氧基苯乙酮，是中藥牡丹皮和徐長卿的主要活性成分，其藥理活性廣泛，具有解熱、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、抗炎、抗菌、抗過敏、催眠、降壓、止血、免疫調(diào)節(jié)等作用[1]。目前PN的測定方法主要有反相高效液相色譜法[2]、氣相色譜法[3]、近紅外光譜法[4]、熒光光譜法[5]和電化學(xué)方法[6 - 10]等。其中，電化學(xué)方法中主要有毛細(xì)管電泳電化學(xué)檢測[6]、超微鉑電極[7]、Nafion/MWNTs復(fù)合修飾玻碳電極[8]、乙炔黑修飾玻碳電極[9]和金盤電極[10]等。而采用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)現(xiàn)場自組裝膜與離子液體N-丁基吡啶六氟磷酸鹽([Bupy]PF6)復(fù)合修飾碳糊電極(SDBS-[Bupy]PF6/CPE)，研究PN的電化學(xué)性質(zhì)及電分析方法尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。

本文在前期工作[11 - 15]基礎(chǔ)上，制備了SDBS-[Bupy]PF6/CPE，研究了PN在該修飾電極上的電化學(xué)性質(zhì)，測定了PN在此電極上的電極過程動力學(xué)參數(shù)，據(jù)此建立了PN的電化學(xué)定量測定新方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

CHI660A電化學(xué)工作站(美國，CHI儀器公司)，三電極體系：以CPE、[Bupy]PF6/CPE、SDBS/CPE和SDBS-[Bupy]PF6/CPE為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，CHI115鉑絲為輔助電極。

PN原料藥(純度99%，上海希匹吉生物有限公司)；[Bupy]PF6(純度99%，上海成捷化學(xué)有限公司)；所用其它試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。

本文所涉及的電位均為相對于飽和甘汞電極(SCE)的電極電位。在電化學(xué)測試前于電解池中通入高純氮除氧5 min。所有電化學(xué)測試均在室溫下進(jìn)行。

1.2 電極制作

裸碳糊電極(CPE)的制作參照文獻(xiàn)方法[15]。將0.4 g [Bupy]PF6溶于0.4 mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，與1.2 g石墨粉混合均勻，研磨直至DMF完全揮發(fā)。按照與制作CPE相同的質(zhì)量比例加入液體石蠟，研磨均勻，壓入聚四氟乙烯管內(nèi)，壓實(shí)，在聚四氟乙烯管的另一端插入一根銅絲作導(dǎo)線，即制得離子液體修飾碳糊電極([Bupy]PF6/CPE)。將制得的電極在稱量紙上拋光后，待用。

將所制得的CPE和[Bupy]PF6/CPE分別浸入含有1.0×10-4mol/L SDBS的0.10 mol/L磷酸鹽緩沖液(PBS)中，攪拌80 s后靜置10 s，即分別制得SDBS/CPE和SDBS-[Bupy]PF6/CPE。測試之前推出部分碳糊拋光后，按上述方法重新修飾。

2 結(jié)果與討論

2.1 電極的電化學(xué)阻抗譜表征

圖1 不同電極的電化學(xué)阻抗譜圖Fig.1 Electrochemical impedance spectroscopy of CPE(a)，[Bupy]PF6/CPE(b),SDBS/CPE(c) and SDBS-[Bupy]PF6/CPE(d) in 5.0×10-3 mol/L mol/L KCl;Insert:electrochemical impedance spectrum of SDBS/CPE(c) and SDBS -[Bupy]PF6/CPE(d)

電化學(xué)阻抗反映了電極表面修飾過程中電極表面電阻變化信息[16]。圖1分別為CPE、[Bupy]PF6/CPE、SDBS/CPE 和SDBS-[Bupy]PF6/CPE在5.0×10-3mol/L[Fe(CN)6]3-/4-+1.0 mol/L KCl溶液中的電化學(xué)交流阻抗譜圖。結(jié)果表明，CPE(曲線a)在高頻部分出現(xiàn)明顯的半圓弧(半圓弧直徑代表電極表面電荷轉(zhuǎn)移電阻[17])，這是由于不導(dǎo)電液體石蠟的存在而降低了CPE導(dǎo)電能力，因此表現(xiàn)出較大的電阻。與曲線a相比，[Bupy]PF6/CPE(曲線b)和SDBS/CPE(曲線c)上的半圓弧直徑明顯小于曲線a，即二者電阻均小于CPE電阻，這可能是由于SDBS/CPE和[Bupy]PF6/CPE加速了 PN在電極與自組裝膜之間的電子傳遞速率，從而促進(jìn)了PN的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)，加快了電子傳遞速率。SDBS-[Bupy]PF6/CPE(曲線d)的半圓弧直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于曲線a、b和c，該結(jié)果表明SDBS-[Bupy]PF6/CPE的表面電阻最小，這可能是由于表面活性劑SDBS和離子液體[Bupy]PF6二者的同時(shí)存在使SDBS-[Bupy]PF6/CPE具有更好的導(dǎo)電性，從而極大地提高了修飾電極的導(dǎo)電效率。

2.2 PN的伏安行為

圖2 3.0×10-4 mol/L PN在不同電極上的循環(huán)伏安(CV)曲線Fig.2 The CV curves of 3.0×10-4 mol/L PN in 0.10 mol/L PBS at CPE(a),[Bupy]PF6/CPE(b),SDBS/CPE(c) and SDBS-[Bupy]PF6/CPE(d)Scan rate:50 mV/s.

在電位窗口0.0～1.2 V及0.10 mol/L PBS中以50 mV/s的掃描速度得到3.0×10-4mol/L PN在CPE、[Bupy]PF6/CPE、SDBS/CPE和SDBS-[Bupy]PF6/CPE上的循環(huán)伏安(CV)曲線(圖2)。圖中曲線a表明PN在CPE上的電極反應(yīng)是一不可逆電化學(xué)氧化過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與CPE相比，PN在[Bupy]PF6/CPE上的氧化峰電位略有負(fù)移，在SDBS/CPE上的氧化峰電位略有正移，氧化峰電流都明顯增大。而與曲線a、b、c相比，PN在SDBS-[Bupy]PF6/CPE上PN氧化峰電位Ep略有正移，氧化峰電流Ip明顯增大(曲線d)。表明SDBS-[Bupy]PF6/CPE對PN電化學(xué)氧化具有良好的促進(jìn)作用。該促進(jìn)作用可能基于以下原因：其一是SDBS作為一種陰離子表面活性劑，在電極表面易形成膜結(jié)構(gòu)，使PN在電極表面的濃度增加，提高了其電極響應(yīng)[18]，并且它可以有效地吸附在碳糊電極表面，與碳糊中的液體石蠟通過表面相互作用，進(jìn)而改變?nèi)芤号c電極界面的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)PN在電極表面電荷的傳遞；其二是[Bupy]PF6具有良好的導(dǎo)電性，能夠有效地提高修飾電極的導(dǎo)電效率[19]。因此是二者的協(xié)同作用使SDBS-[Bupy]PF6/CPE對PN具有良好的促進(jìn)作用。

在10～1 000 mV/s掃描速度范圍內(nèi)，運(yùn)用CV法研究了掃速對PN伏安行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PN在SDBS-[Bupy]PF6/CPE上的氧化峰電流Ip與掃描速度平方根v1/2呈良好線性關(guān)系，表明PN在SDBS-[Bupy]PF6/CPE上電化學(xué)氧化反應(yīng)是一受擴(kuò)散控制的不可逆電極反應(yīng)過程。

2.3 實(shí)驗(yàn)條件的影響

考察了SDBS濃度對PN在SDBS -[Bupy]PF6/CPE上氧化峰電流的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)SDBS濃度由1.0×10-5mol/L增至1.0×10-4mol/L時(shí)氧化峰電流Ip達(dá)到最大值，且峰形較好，再增加SDBS濃度，Ip基本保持不變，所以選擇SDBS濃度為1.0×10-4mol/L。

考察了自組裝時(shí)間對PN在SDBS-[Bupy]PF6/CPE上的氧化峰電流影響，當(dāng)自組裝時(shí)間t=80 s時(shí)氧化峰電流達(dá)到最大值，再增加自組裝時(shí)間,Ip基本保持不變,因此選擇自組裝時(shí)間為80 s后靜止10 s。

在電位窗口0.0～1.2 V,以50 mV/s掃速，分別以0.10 mol/L NaAc、Na2SO4、NaClO4、Na2HPO4、NaH2PO4、PBS(Na2HPO4-NaH2PO4)和B-R(Britton-Robinson)緩沖溶液為支持電解質(zhì)進(jìn)行CV測試。結(jié)果表明，PN在PBS中具有良好的電化學(xué)行為，因此選用pH=6.0的PBS為支持電解質(zhì)。在pH=2.0～11.0范圍內(nèi)考察了介質(zhì)pH對PN伏安行為的影響。結(jié)果表明，在pH=2.0～11.0范圍內(nèi)，PN氧化峰電位Ep隨pH增加而減小,且氧化峰電位Ep與pH呈良好線性關(guān)系，其線性方程為：Ep(mV)=1205-51/pH，R=0.9950，斜率為51 mV/pH。依據(jù)能斯特方程：Ep=E-59(m/n)pH，得到m/n≈1,表明參與PN氧化過程的質(zhì)子數(shù)與電子數(shù)相等。在pH=2.0～4.0范圍內(nèi)，PN氧化峰電流Ip隨pH增加而減小，在pH=4.0～5.5范圍內(nèi)，氧化峰電流Ip基本保持不變，在pH=5.5～11.0范圍內(nèi)，氧化峰電流Ip隨著pH增加逐漸降低。

在電位窗口0.0～1.2 V，及掃描速度10～1 000 mV/s范圍內(nèi)對PN在SDBS-[Bupy]PF6/CPE上進(jìn)行CV測試。結(jié)果表明PN氧化峰電位Ep與logv呈良好線性關(guān)系，其線性方程為：Ep(mV)=822+100logv(v,mV/s),R=0.9890。

對于完全不可逆電極反應(yīng)過程，電化學(xué)氧化峰電位與掃描速度關(guān)系符合下述方程[20]:

(1)

其中，Eo′為標(biāo)準(zhǔn)電極電位，ko為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)速率常數(shù)，DR為擴(kuò)散系數(shù)，α為電荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)96485(C/mol)。

通常對于完全不可逆電極過程α假定為0.5[21]，由線性方程和式(1)可得0.5×2.303(RT/αnF)=0.1，由此計(jì)算得到電子轉(zhuǎn)移數(shù)n≈1。由pH與氧化峰電位的關(guān)系可知PN氧化過程的電子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等，可以得到PN在SDBS-[Bupy]PF6/CPE上電化學(xué)氧化過程是1個(gè)電子和1個(gè)質(zhì)子參與的不可逆電化學(xué)氧化過程。

平板電極上可逆電化學(xué)反應(yīng)的電流響應(yīng)遵循如下關(guān)系式[22]：

(2)

2.4 電分析方法應(yīng)用

圖3 3.0×10-4 mol/L PN不同電極上的方波伏安曲線Fig.3 SWV curves of 3.0×10-4 mol/L PN at CPE(a),[Bupy]PF6/CPE(b)，SDBS/CPE(c) and SDBS -[Bupy]PF6/CPE(d)

2.4.1PN的方波伏安行為在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件(振幅10 mV，電勢增量6 mV，頻率60 Hz)下，在0.0～1.2 V電位窗口及0.10 mol/L PBS中采用方波伏安法(SWV)，考察了3.0×10-4mol/L PN在CPE、[Bupy]PF6/CPE、SDBS/CPE和SDBS-[Bupy]PF6/CPE上的方波伏安行為(圖3)。結(jié)果表明，與CPE相比，PN在[Bupy]PF6/CPE氧化峰電位略有負(fù)移，PN在SDBS/CPE氧化峰電位略有正移，而氧化峰電流都增大。與曲線a、b相比，PN在SDBS-[Bupy]PF6/CPE上PN氧化峰電位Ep略有正移，氧化峰電流Ip顯著增大(曲線d)。而與曲線c相比，PN在SDBS-[Bupy]PF6/CPE上PN氧化峰電位Ep基本不變，氧化峰電流Ip明顯增大。

在上述優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，用SWV法對PN進(jìn)行直接測定。結(jié)果表明，PN在SDBS -[Bupy]PF6/CPE上氧化峰電流(Ip)與其濃度在5.0×10-5～3.8×10-4mol/L范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系，線性方程為：Ip(A)=-5.715+189.394c(10-3mol/L)，R=0.9980，檢測限(S/N=3)為2.0×10-6mol/L。

2.4.3電極重現(xiàn)性與穩(wěn)定性用同一支修飾電極對3.0×10-4mol/L PN平行測定10次，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.9%，將電極在4 ℃下保存四周后進(jìn)行測定，其RSD為3.0%，表明SDBS-[Bupy]PF6/CPE具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。

2.4.4樣品測定準(zhǔn)確稱取一定量PN原料藥，用二次蒸餾水溶解后定容至100 mL，運(yùn)用SWV法進(jìn)行電化學(xué)定量測定，然后加入已知量PN標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行回收率測定，測定結(jié)果見表1。

表1 樣品測定結(jié)果(n=6)

由表1樣品測定結(jié)果可看出，樣品測定結(jié)果的RSD在0.2%～2.1%之間，加標(biāo)回收率在99.2%～101.3%范圍。說明本方法的精密度和準(zhǔn)確度符合定量測定要求。

3 結(jié)論

用CV、CA和SWV等方法研究了PN在CPE、[Bupy]PF6/CPE、SDBS/CPE和SDBS-[Bupy]PF6/CPE上的電化學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PN在SDBS-[Bupy]PF6/CPE上出現(xiàn)了一敏銳的不可逆氧化峰，與CPE相比氧化峰電位基本不變，氧化峰電流顯著增大，表明SDBS-[Bupy]PF6/CPE對PN電化學(xué)氧化具有良好的促進(jìn)作用。同時(shí)用CA法分別測定了PN在CPE、[Bupy]PF6/CPE、SDBS/CPE和SDBS-[Bupy]PF6/CPE上的電極過程動力學(xué)參數(shù)，并據(jù)此建立了樣品丹皮酚片中PN含量的電化學(xué)定量測定新方法。