有序介孔硅微球吸附釕聯吡啶修飾碳糊電極電致化學發(fā)光測定阿替洛爾

秦彩霞，劉　瑤，夏新泉，陳　靈，周興旺

(湖北師范大學 化學化工學院，湖北 黃石　435002)

?

有序介孔硅微球吸附釕聯吡啶修飾碳糊電極電致化學發(fā)光測定阿替洛爾

秦彩霞，劉瑤，夏新泉，陳靈，周興旺

(湖北師范大學 化學化工學院，湖北 黃石435002)

合成了一種有機-無機介孔硅微球材料，以此材料吸附釕聯吡啶制備了修飾碳糊電極，并以此電極為工作電極，以Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲電極為輔助電極，考察了以三丙胺作為Ru(bpy)32+共反應劑的電致化學發(fā)光性能?；诎⑻媛鍫枌︶懧撨拎る娭禄瘜W發(fā)光增強作用，建立了藥片及尿樣中阿替洛爾含量測定的新方法。該方法對阿替洛爾檢出限為0.5μg/mL，線性范圍是5～40μg/mL.

釕聯吡啶；碳糊電極；電致化學發(fā)光；阿替洛爾

阿替洛爾(Atenolol，ATN)為心臟選擇性β-受體阻斷劑[1]，主要用于治療高血壓[2]和心血管疾病[3]等，目前其常用分析測定方法有色譜法[4]、熒光法[5]、毛細管電泳法[6]、化學發(fā)光法[7]和電化學方法[8]等。

電致化學發(fā)光(Electrochemiluminescence，ECL)[9]，集化學發(fā)光和電分析化學與一體，具有兩者的綜合優(yōu)勢，不僅可控性強、靈敏度高，而且選擇性好、檢出限低，備受很多研究者關注。

介孔材料是孔徑介于2～50nm 之間的一種多孔材料[10]。由于其具有孔徑大小可調，比表面大，吸附能力強，可應用于釕聯吡啶等發(fā)光試劑在電極表面的固定化，用于制作生物傳感器，既能節(jié)省試劑，又能提高ECL檢測靈敏度，使操作更加簡便和環(huán)保。

本文利用合成的介孔硅微球吸附釕聯吡啶修飾碳糊電極作為工作電極，構建了釕聯吡啶-三丙胺電致化學發(fā)光體系測定阿替洛爾新方法。

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

MPI-B型多參數化學發(fā)光分析測試系統(tǒng)(西安瑞邁電子科技有限公司)，pH/ION510型酸度計(新加坡EUTECH公司)，Hitachi(日立)S-3400N掃描電子顯微鏡(日本日立公司)； ASAP 2020 PLUS快速比表面與孔隙度分析儀(美國麥克儀器公司)；AL204型電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司)。

釕聯吡啶、三嵌段共聚物P123(聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇)購于sigma-aldrich(上海)貿易有限公司；1,2-二(三甲基硅基)乙烷(BTME)、苯基三甲氧基硅烷(PTMS)購于百靈威科技有限公司；阿替洛爾標準品購于中國食品藥品鑒定研究院；十二水合磷酸氫二鈉、十二水合磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、鐵氰化鉀、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、無水乙醇、鹽酸、硝酸、液體石蠟均購于中國國藥集團化學試劑有限公司，純度為分析純；石墨粉購于青島華泰潤滑密封科技有限責任公司；實驗用水均為二次蒸餾水，其他實驗試劑均為分析純。

1.2介孔硅微球的合成

按照文獻[11]合成有機無機雜化介孔硅微球，以1,2-二(三甲基硅基)乙烷(BTME)、苯基三甲氧基硅烷(PTMS)為硅源，三嵌段共聚物P123為模板劑，表面活性劑CTAB為共模板劑，乙醇為共溶劑，在酸性條件下制備有機-無機雜化介孔微球材料。

1.3電極的制作

取一定量釕聯吡啶儲備液與已合成的介孔硅微球材料混合混勻，浸泡一天后過濾干燥后備用。按一定比例取有序介孔硅微球吸附釕聯吡啶的樣品、光譜純石墨粉和石蠟油混合均勻填入直徑為2mm的PVC塑料管中，PVC塑料管的另一端插入銅棒作導線，制成有序介孔硅微球吸附釕聯吡啶修飾的碳糊電極；并按同樣方法制作不含釕聯吡啶的介孔微球硅碳糊電極、普通碳糊電極作為對照。

1.4實驗方法

實驗用MPI-B型多參數化學發(fā)光分析測試系統(tǒng)進行測試同時記錄循環(huán)伏安及電致化學發(fā)光信號，以自制的有序介孔硅微球吸附釕聯吡啶修飾碳糊電極為工作電極，以Ag/AgCl電極為參比電極，以鉑絲電極為輔助電極；實驗均在10.0 mL的磷酸緩沖溶液中進行；設置電位為0.6～1.4V，光電倍增管高壓為600V；采用循環(huán)伏安法進行掃描，記錄發(fā)光信號。

1.5樣品制備

取5片(標示含量為25mg/片)阿替洛爾藥片研磨成粉狀，用乙醇溶解，超聲波清洗器超聲后用蒸餾水稀釋并定容至250mL待用。實驗尿樣是選自半個月內未使用任何藥物的健康人尿液，尿樣離心后取上清液5mL稀釋至50mL，在稀釋后的溶液中分別加入0.5mL、1.0mL、2.0mL的0.1mg/mL的阿替洛爾標準溶液，再加入30μg TPA稀釋至10mL待測。

2　結果與討論

2. 1有序介孔硅微球的表征

分別采用SEM、BET、IR等對合成的有序介孔硅微球進行了表征。圖1是有序介孔硅微球的掃描電鏡圖，制備的有序介孔微球的顆粒大小相對比較均勻和飽滿，但顆粒之間還存在一定程度的粘聯。

圖1　有序介孔硅微球的掃描電鏡圖

圖2給出了有序介孔硅微球材料的N2吸附-脫附等溫線(a)和相應的孔徑分布曲線(b)，其結構參數為SBET(m2/g-1)：738.33，Pore volume(cm3/g-1)：0.5397，Pore diameter (nm)：2.9240.由圖2(a)可知制備的有序介孔硅微球的吸附等溫線為典型的 IV 型，表明制備的材料中存在介孔。

圖2　制備的有序介孔硅材料的N2吸附-脫附等溫線(a)和相應的孔徑分布曲線(b)

圖3是介孔硅微球與介孔硅微球-釕聯吡啶-石墨粉紅外光譜對照圖。由圖可以看出介孔硅微球有介孔二氧化硅的特征峰，1035cm-1左右的吸收帶是Si-O-Si反對稱伸縮振動，800 cm-1、470 cm-1左右處的峰為Si-O對稱收縮振動和彎曲振動。3443 cm-1處的寬峰是結構水-OH的反對稱伸縮振動峰，1629 cm-1附近的峰是水的H-O-H彎曲振動峰[12]。受摻雜比例的影響，摻雜釕聯吡啶-石墨粉之后介孔硅微球峰吸收強度變小，峰位置與個數無明顯變化。

圖3　介孔硅微球與介孔硅微球-釕聯吡啶-石墨粉紅外光譜對照圖

2.2不同工作電極的電化學性能比較

在[13]基礎上，分別采用自制的碳糊電極、含介孔硅微球的碳糊電極、有序介孔硅微球吸附釕聯吡啶修飾的碳糊電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲電極為輔助電極；設定實驗條件，采循環(huán)伏安法及電致化學發(fā)光比較了不同工作電極的電化學檢測性能。設定實驗條件為：10.0 mL磷酸鹽緩沖溶液(0.1 mol/L，pH=8.0)；設置電位為0.6～1.4V，光電倍增管高壓為600V，掃描速率為100mV/s.

將介孔硅微球-Ru(bpy)32+-CPE、介孔硅微球-CPE、CPE電極分別在0.1mol/L pH=8.0 PBS溶液中進行循環(huán)掃描。介孔硅微球-CPE相比CPE電極有較大的背景電流。介孔硅微球-Ru(bpy)32+-CPE在+1.042V和+1.108V處出現了一對氧化還原峰，表明Ru(bpy)32+被固定在電極表面。

由圖4可知，將上面修飾過且已經打磨好的介孔硅微球-Ru(bpy)32+-CPE電極在磷酸鹽緩沖溶液中進行循環(huán)伏安掃描，隨著掃描速率由25mV /s增加到200 mV /s，氧化峰電流和還原峰電流也隨之線性地增加，相應地它們的峰電壓分別向正極和負極移動。峰電位的差值在100mV以內，并且不隨掃描速率變化；ipa≈ipc，且ipa和ipc與相應V1/2呈線性關系，由此可知該電極反應過程為可逆過程。

2.3不同工作電極的電致化學發(fā)光性能比較

設定實驗條件為：10.0 mL磷酸鹽緩沖溶液(0.1mol/L，pH=8.0)；設置電位為0.6～1.4V，光電倍增管高壓為600V，掃描速率為100mV/s.介孔硅-CPE電極50 m mol/L TPA溶液中與介孔硅-釕聯吡啶-CPE電極在50 m mol/L TPA溶液中，由圖5電致化學發(fā)光動力學曲線對比可知，介孔硅-釕聯吡啶-CPE電極在50 m mol/L TPA溶液中可以產生電致化學發(fā)光強度，而介孔硅-CPE電極在50 m mol/L TPA溶液中幾乎不產生電致化學發(fā)光強度，由此可知釕聯吡啶被固定在電極表面，并且在三丙胺作為共反應劑的條件下，連續(xù)掃描10個循環(huán)可以產生穩(wěn)定的ECL信號。

圖4　不同掃描速率(25，50, 100 ,150, 200 mV /s)下介孔硅微球-Ru(bpy)32+-CPE

電極在磷酸鹽緩沖溶液中的循環(huán)伏安圖

圖5　電致化學發(fā)光動力學曲線

(a):介孔硅微球-CPE電極在TPA溶液中； (b):介孔硅微球-釕聯吡啶-CPE電極在TPA溶液中及曲線；(c):介孔硅微球-Ru(bpy)32+-CPE電極在含有TPA溶液中連續(xù)掃描10個循環(huán)的電致化學發(fā)光圖，TPA濃度為50 m mol/L.

2.4阿替洛爾對釕聯吡啶體系電致化學發(fā)光信號的增敏作用

由圖6電致化學發(fā)光動力學曲線對比可知，介孔硅微球-釕聯吡啶-CPE電極在50 m mol/L TPA溶液中含阿替洛爾的溶液中比在不含阿替洛爾的溶液中，其電致化學發(fā)光強度有較大程度的增強，可知阿替洛爾對釕聯吡啶-三丙胺體系有增敏作用。

由于阿替洛爾存在仲胺結構，類似于三丙胺對釕聯吡啶發(fā)光體系的增強作用，我們推測阿替洛爾引起電致化學發(fā)光信號增強的原因可能機理如下：

Ru(bpy)32+→ Ru(bpy)33++ e-

(1)

Ru(bpy)33++ ATN →Ru(bpy)32++ ATN+＊

(2a)

ATN → ATN+*+ e-

(2b)

ATN+*→ ATN*+H+

(3)

Ru(bpy)33++ ATN*→[Ru(bpy)32+]*

(4)

[Ru(bpy)32+]*→Ru(bpy)32++ hν

(5)

圖6　電致化學發(fā)光動力學曲線

(a):介孔硅微球-釕聯吡啶-CPE電極在TPA溶液中, (b):介孔硅微球-釕聯吡啶-CPE電極在TPA含阿替洛爾的溶液中，TPA濃度為50 m mol/L，阿替洛爾濃度為40μg/mL.

2.5電致化學發(fā)光條件優(yōu)化

實驗分別考察了緩沖溶液pH值、三丙胺用量、掃描速率對釕聯吡啶體系的電致化學發(fā)光的影響。

在實驗中設定掃描速率為100mV/s、三丙胺用量為60μL，考察不同pH值磷酸鹽緩沖溶液對釕聯吡啶-三丙胺體系的電致化學發(fā)光的影響。當磷酸鹽緩沖溶液pH值從6.0增加到8.0時，隨著pH值的增加，電致化學發(fā)光強度增強，當pH值為8.0時電致化學發(fā)光達到最大值，隨后隨著pH值的增加，電致化學發(fā)光強度減弱，這可能是因為三丙胺在酸性條件下不穩(wěn)定。因此，我們選擇磷酸鹽緩沖溶液pH值為8.0作為實驗的最佳緩沖溶液pH值。

三丙胺作為釕聯吡啶-三丙胺體系的電致化學發(fā)光的共反應劑，其濃度對整個體系電致化學發(fā)光有很大的影響；設定最佳掃描速率為100mV/s，控制緩沖溶液pH值為8.0，考察三丙胺用量濃度在10～90μL對釕聯吡啶-三丙胺體系的電致化學發(fā)光的影響。如圖7所示，結果表明三丙胺用量在60μL時電致化學發(fā)光強度達到最大，這可能是無輻射去激發(fā)過程造成的，主要歸因于高濃度三丙胺對發(fā)射光的吸收。

圖7　三丙胺用量對ECL的影響

在實驗中，我們控制緩沖溶液pH值為8.0、三丙胺的用量定為60μL，考察了不同掃描速率對釕聯吡啶-三丙胺體系的電致化學發(fā)光的影響。當掃描速率由25mV/s增加到150mV/s時，隨著掃描速率的增加，電致化學發(fā)光強度增強，當掃描速率為150mV/s時，電致化學發(fā)光達到最大值，隨后隨著掃描速率的增加，電致化學發(fā)光強度減弱，這是因為電極反應由擴散控制。當掃描速率增加時會導致基線不穩(wěn)定，為避免對阿替洛爾測定的影響及為了獲得較大的電致化學發(fā)光強度，掃描速率選定為150mV/s.

2.6對阿替洛爾的分析性能評價

2.6.1在優(yōu)化的檢測條件下，本方法對阿替洛爾的線性范圍是5～40μg/mL(y=3944+144x，R2=0.9939)，檢出限(S/N=3)為0.5μg/mL.

2.6.2藥片中阿替洛爾含量測定藥片樣品制備后配制成5份平行溶液測定，測定后計算結果為平均值24.73 mg/片，藥片中阿替洛爾含量標示值為25 mg/片。

2.6.3尿樣中阿替洛爾含量測定取阿替洛爾標液和經處理過的尿液采用標準加入法測定尿樣中阿替洛爾的含量，測定結果如表1所示。

表1　尿樣中阿替洛爾含量的測定

3　結論

本文合成了一種介孔硅微球材料，以此材料吸附釕聯吡啶制備了修飾碳糊電極，基于阿替洛爾對釕聯吡啶電致化學發(fā)光體系有很好的增強作用，建立了藥片及尿樣中阿替洛爾含量測定的新方法。該方法具有靈敏度高、準確性好、操作簡單等優(yōu)點，能夠應用用于實際樣品中阿替洛爾含量的檢測。

參考文獻:

[1]Alder A C, Schaffner C, Majewsky M, et al. Fate of β-blocker human pharmaceuticals in surfacewater: Comparison of measured and simulated concentrationsin the Glatt Valley Watershed,Switzerland [J]. Water Research, 2010, 44(3): 936～948.

[2]Hapeshi E, Achilleos A, Vasquez M I, et al. Drugs degrading photocatalytically: Kinetics and mechanisms of of loxacin and atenolol removal on titania suspensions [J]. Water Research, 2010,44(6): 1737～1746.

[3]Alireza K, Roya L, Aliyeh Hasanzadeh, et al. Flow injection chemiluminescence analysis for sensitive determination of atenolol using cadmium sufide quantum dots [J]. Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2016, 157: 88～95.

[4]Elgawish M S, Mostafa S M, Elshanawane A A. Simple and rapid HPLC method for simultaneous determination of atenolol and chlorthalidone in spiked human plasma [J]. Pharm J, 2011, 19: 43～49.

[5]賽那, 金蓉, 顧艷麗，等.紫外分光光度法測定阿替洛爾緩釋微囊含量 [J]. 北方藥學, 2015, 12(1): 19～20.

[6]Zhao K, Chen H T,Yuan Y. Platinum nanoparticle-doped multiwalled carbon nanotube modified glassy carbon electrode as a sensor for simultaneous determination of atenolol and propranolol in neutral solution [J]. Ionics 2015, 21: 1129～1140.

[7]Miao W J. Electrogenerated chemiluminescence and its biorelated applications [J]. Chem Rev,2008, 108: 2506～2553.

[8]Sir'es I, Oturan N, Oturan M A. Electrochemical degradation of β-blockers studies on single and multicomponent synthetic aqueous solutions [J]. Water Research, 2010, 44(10): 3109～3120.

[9]Liu Z Y, Qi W J, Xu G B. Recent advances in electrochemiluminescence [J]. Chem Soc Rev, 2015, 44: 3117～3142.

[10]Zhao D J. Li S Q. Morphological control of highly ordered mesoporous silica SBA-15 [J]. Chem Mater, 2000, 12: 275～279.

[11]Feng S H , Li W, Wang J X. Hydrothermal synthesis of ordered mesoporous carbons from a biomass-derived precursor for electrochemical capacitors [J]. Nanoscale, 2014, 6: 146～157.

[12] 陳和生, 孫振亞, 邵景昌. 八種不同來源二氧化硅的紅外光譜特征研究 [J]. 硅酸鹽通報, 2011, 30(4): 934～937.

[13]Zhuang Y F, Zhang D M, Ju H X. Sensitive determination of heroin based on electrogenerated chemiluminescence of tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(II) immobilized in zeolite Y modified carbon paste electrode [J]. Analyst, 2005, 130: 534～540.

Sensitive determination of atenolol based on electrogenerated chemiluminescence of tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(II) immobilized inmesoporous silica modified carbon paste electrode

QIN Cai-xia,LIU Yao,XIA Xin-quan,CHEN Ling,ZHOU Xing-wang

(College of Chemistry and Chemical Engineering,Hubei Normal University,Huangshi435002,China)

The mesoporous organic-inorganic hybrid microspheres was sythesized and employed to immobilize the tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(II) to modify carbon paste electrode. The modified carbon paste electrode as the working electrode, Ag / AgCl electrode as the reference electrode, platinum electrode as auxiliary electrode, the electrochemical and ECL behaviors of Ru(bpy)32+immobilized in ordered mesoporous silica modified carbon paste electrode was investigated. The modified electrode showed an electrocatalytic response to the oxidation of atenolol, producing a sensitive ECL signal. Under the optimum conditions, the ECL sensor showed a linear response to atenolol in the range of 5～40μg/mL with a detection limit of 0.5μg/mL. The method was successfully applied for the determination of atenolol in pharmaceutical samples and urine samples.

tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium(II); carbon paste electrode；electrochemiluminescence; atenolol

2016—02—26

秦彩霞(1990—)，女，河南駐馬店人，碩士研究生，主要從事電致化學發(fā)光方面的研究.

O653.7

A

1009-2714(2016)02- 0108- 07

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.024