鹽酸青藤堿在鉛筆芯電極上的電化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用

尚永輝* , 張 帆, 李曉娟， 李 佳

(咸陽師范學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院,陜西咸陽 712000)

鉛筆芯是由石墨和粘土按一定比例混合制成的，具有一定的導(dǎo)電性能。以普通鉛筆芯為基體材料制備的鉛筆芯電極具有制備簡(jiǎn)單，廉價(jià)，穩(wěn)定性好，電位窗口寬，易于修飾等諸多優(yōu)點(diǎn)[1，2]，應(yīng)用鉛筆芯電極為工作電極已成功實(shí)現(xiàn)了維生素C[3]、番紅花紅O[4]、核黃素[5]、對(duì)苯二酚[6]等多種物質(zhì)的測(cè)定。鹽酸青藤堿是近年來發(fā)展的一種特效抗風(fēng)濕原料藥，具有祛風(fēng)除濕、活血通絡(luò)、消炎止痛、利尿消腫等多種功效，被廣泛用于醫(yī)藥、食品及保健品中。目前鹽酸青藤堿的測(cè)定方法有高效液相色譜法[7]、可見分光光度法[8]和肟化法[9]等。

本文采用循環(huán)伏安法研究了鹽酸青藤堿在幾種鉛筆芯電極上的電化學(xué)行為，建立了鉛筆芯電極測(cè)定鹽酸青藤堿的電化學(xué)分析新方法。對(duì)鹽酸青藤堿在鉛筆芯電極上電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了初步的探索。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

CHI660C電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司)，三電極系統(tǒng)：自制鉛筆芯電極為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑電極為輔助電極；KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器。

1.0×10-3mol/L鹽酸青藤堿溶液:準(zhǔn)確稱取0.3658 g鹽酸青藤堿對(duì)照品(中國藥品生物制品檢定所)于50 mL小燒杯中，加稀NaOH溶液溶解完全，定量轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中，用乙醇定容至刻線，搖勻，備用。實(shí)驗(yàn)所需濃度由此稀釋得到。甲基丙烯酸甲酯(MMA)，過氧化二苯甲酰(BPO)，丙酮，HNO3,Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液(PBS)。試劑均為分析純，水為二次蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1鉛筆芯電極的制作將1B、2B、4B鉛筆剝?nèi)ツ举|(zhì)層,取約5 cm左右的鉛筆芯,用預(yù)先打磨過的銅絲從鉛筆芯的上端約2 cm處緊密纏繞10匝,備用。

在50 mL錐形瓶中,加入20 mL MMA和0.03 g BPO,用橡膠塞封口,在溫度75～80 ℃的水浴中進(jìn)行不斷晃動(dòng)約40 min,至體系粘度變大,將預(yù)聚合液分別灌入三支事先準(zhǔn)備好的放有1B、2B、4B鉛筆芯的干燥的玻璃模具中,將灌好預(yù)聚合液的模具放入50～55 ℃的水浴中,用棉花團(tuán)封口,聚合1～2 h,取出自然冷卻至40 ℃以下,在烘箱中升溫至85～95 ℃,反應(yīng)2～3 h,使單體轉(zhuǎn)化完全[10],除去玻璃模具,即可制得聚甲基丙烯酸甲酯緊密包裹的1B、2B、4B鉛筆芯電極。

1.2.2電化學(xué)測(cè)定方法電極預(yù)處理：將制備的鉛筆芯電極依次用不同型號(hào)的砂紙打磨成鏡像，用水沖洗干凈，并依次用8 mol/L HNO3、丙酮浸泡2～3 min后，用水在超聲波清洗器中超聲清洗5 min，將電極置于pH=2.20的0.01 mol/L PBS中，于-1.5～+2.0 V(vs.SCE)電位窗口內(nèi)以100 mV/s掃描20圈，使電極充分活化。電化學(xué)測(cè)定：分別取一定量的鹽酸青藤堿及PBS于10 mL比色管中，用水定容至10 mL刻線；將溶液轉(zhuǎn)移至小電解池中，在一定條件下，對(duì)溶液進(jìn)行循環(huán)伏安(CV)掃描，記錄相應(yīng)的電位-電流(E-i)曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽酸青藤堿在不同型號(hào)鉛筆芯電極上的電化學(xué)信號(hào)

圖1 2.0×10-4 mol/L鹽酸青藤堿在鉛筆芯電極上的循環(huán)伏安圖Fig.1 Cyclic voltammograms of 2.0×10-4mol/L sinomenine hydrochloride at pencil lead electrodesscan rate:0.1 V/s.

在pH=6.6檸檬酸-檸檬酸鈉底液中分別考察了鹽酸青藤堿在1B、2B和4B鉛筆芯電極上的電化學(xué)行為，結(jié)果如圖1所示。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)條件下鹽酸青藤堿在1B、2B和4B鉛筆芯電極均能產(chǎn)生相應(yīng)的電化學(xué)信號(hào)，其中在2B鉛筆芯電極上的氧化響應(yīng)信號(hào)最為明顯，峰形最好，這可能是與1B、2B、4B鉛筆芯電極的成分差異造成的鉛筆芯導(dǎo)電能力、硬度等有關(guān)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)鹽酸青藤堿在2B鉛筆芯電極上的重現(xiàn)性也比較理想，且鹽酸青藤堿的氧化峰電流大小與鹽酸青藤堿的濃度呈良好的線性關(guān)系，可依此建立測(cè)定鹽酸青藤堿的電化學(xué)分析新方法。

2.2 實(shí)驗(yàn)條件的選擇

2.2.1底液對(duì)循環(huán)伏安行為的影響實(shí)驗(yàn)考察了B-R緩沖溶液、檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液、Na2HPO4-檸檬酸緩沖溶液、Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液等底液對(duì)鹽酸青藤堿在2B鉛筆芯電極上電化學(xué)行為的影響。結(jié)果表明，在Na2HPO4-NaH2PO4底液中鹽酸青藤堿的氧化峰(峰電位為0.334 V處)、還原峰(峰電位在0.012 V處)響應(yīng)信號(hào)最大且峰形較好。實(shí)驗(yàn)選擇Na2HPO4-NaH2PO4為底液進(jìn)行測(cè)定。

2.2.2pH對(duì)循環(huán)伏安行為的影響考察了pH對(duì)鹽酸青藤堿在2B鉛筆芯電極上電化學(xué)行為的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在pH=6.6的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖底液中，氧化峰電流最大，且形型最好。實(shí)驗(yàn)選用pH為6.6的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖液進(jìn)行測(cè)定。

2.2.3溫度對(duì)循環(huán)伏安行為影響在選擇的實(shí)驗(yàn)條件下分別考察溫度對(duì)鹽酸青藤堿氧化峰電流的影響。結(jié)果表明，隨溫度升高，鹽酸青藤堿峰電流逐漸降低，在溫度為18 ℃時(shí)，峰形最好。實(shí)驗(yàn)選擇的溫度為18 ℃。

2.2.4靜置時(shí)間對(duì)循環(huán)伏安行為的影響在選擇的實(shí)驗(yàn)條件下，分別考察了不同靜置時(shí)間對(duì)峰電流的影響。實(shí)驗(yàn)表明，在40 min內(nèi)隨著靜置時(shí)間的增加，峰電流逐漸增加，表明鹽酸青藤堿在2B鉛筆芯電極上具有一定的吸附性。當(dāng)靜置40 min時(shí)，鹽酸青藤堿氧化峰電流最大。實(shí)驗(yàn)選擇電極置于含鹽酸青藤堿的pH=6.6的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖溶液中，40 min后進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。

2.3 鹽酸青藤堿的電化學(xué)測(cè)定研究

2.3.1氧化峰電流與鹽酸青藤堿濃度的關(guān)系配制一系列不同濃度的鹽酸青藤堿標(biāo)準(zhǔn)溶液，在選擇的最佳實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，記錄鹽酸青藤堿的氧化峰電流值。實(shí)驗(yàn)表明：在0.146～36.585 mg/L濃度范圍內(nèi)，鹽酸青藤堿氧化峰電流與鹽酸青藤堿的濃度呈良好的線性關(guān)系，線性方程為：-i(μA)=2.756c(mg/L)+89.637，線性相關(guān)系數(shù)r=0.9948,檢出限為0.049 mg/L。

2.3.2樣品測(cè)定及回收率試驗(yàn)取鹽酸青藤堿腸溶片(標(biāo)示量20 mg/tablet,國藥準(zhǔn)字H61022862，西安力邦制藥有限公司),稱重,在研缽中充分研磨,取相當(dāng)于1片的藥片質(zhì)量，用少許稀NaOH溶液溶解,定量轉(zhuǎn)移并用水定容至100 mL容量瓶中,取配制好的樣品溶液0.05 mL按1.2.2項(xiàng)方法進(jìn)行測(cè)定,同時(shí)加入一定量73.170 mg/L的鹽酸青藤堿儲(chǔ)備溶液進(jìn)行回收率測(cè)定。結(jié)果見表1。

表1 回收率試驗(yàn)結(jié)果

圖2 掃描速率對(duì)鹽酸青藤堿氧化峰電流的影響Fig.2 Effect of scan rate on the oxidation peak current of sinomenine hydrochloride

2.4 鹽酸青藤堿電極反應(yīng)機(jī)理的推斷

取濃度為1.0×10-3mol/L的鹽酸青藤堿0.10 mL，加入pH=6.6的Na2HPO4-NaH2PO4緩沖液4.0 mL，用水定容至10 mL，在0.30～0.80 V/s之間改變掃描速率，考察峰電流與掃描速率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)氧化峰電流隨掃描速率的增加呈線性變化(圖2)，其線性回歸方程為：i=9.687×10-5-3.015×10-4v(r=0.9997)，初步證明鹽酸青藤堿在2B鉛筆芯電極上的反應(yīng)受吸附控制。

實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步對(duì)該溶液連續(xù)測(cè)定循環(huán)伏安圖25次，發(fā)現(xiàn)氧化峰電流隨掃描次數(shù)的增加而減小，表明鹽酸青藤堿在2B鉛筆芯電極上具有一定的吸附性[11]。

青藤堿分子結(jié)構(gòu)中的酚羥基是一個(gè)易于氧化的電化學(xué)活性基團(tuán)，酚羥基的氧化過程已被廣泛證明為雙質(zhì)子、雙電子轉(zhuǎn)移過程，據(jù)此推測(cè)青藤堿在2B鉛筆芯電極上的氧化過程可能為：

3 結(jié)論

本文通過考察鹽酸青藤堿在1B、2B、4B鉛筆芯電極上的電化學(xué)行為，選擇2B鉛筆芯電極做為工作電極，建立了測(cè)定鹽酸青藤堿的電化學(xué)分析新方法。該方法具有簡(jiǎn)單，廉價(jià)，快速，靈敏度高，重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，可用于樣品中鹽酸青藤堿含量的測(cè)定。對(duì)鹽酸青藤堿在2B鉛筆芯電極上的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的探討。