N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾電極的制備與應(yīng)用研究

陳章武 鄒惠園 熊凱鵬 申貴雋*

(1大連大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,遼寧 大連 116622；2大連誠(chéng)澤檢測(cè)有限公司，遼寧 大連 116000)

前言

近些年來(lái)，有關(guān)導(dǎo)電玻璃(ITO)的電分析化學(xué)應(yīng)用發(fā)展很快。大量的以玻璃電極(ITO)為基體的修飾電極研究與應(yīng)用相繼出現(xiàn)。例如，納米銀修飾電極檢測(cè)鹵素粒子的含量[1]、 磷酸緩沖液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描[2]、過(guò)氧化氫的安培計(jì)生物傳感器[3]、太陽(yáng)能電池的研究[4]、玻璃襯里設(shè)備[5]、聚氨基酞菁鈷(CoTAPc)修飾電極[6]；氧化石墨(GO)/聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDADMAC)復(fù)合超修飾電極[7]；乙烯亞胺和聚丙烯酸分子層修飾電極[8]等。 也有采用水熱法制備出二氧化鈦納米線陣列、然后使用電化學(xué)沉積法將金納米顆粒修飾于二氧化鈦納米線陣列表面[9]的報(bào)道。然而，用以檢測(cè)藥物含量的導(dǎo)電玻璃修飾電極的報(bào)道不多。該實(shí)驗(yàn)以銦錫氧化物(ITO)導(dǎo)電玻璃為基體電極，先后修飾N-N二甲基甲酰胺和納米銀制備出可用于檢測(cè)藥物中鹽酸二甲雙胍含量的選擇性化學(xué)修飾電極。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

CS300電化學(xué)工作站(武漢科思特儀器有限公司)；三電極系統(tǒng)：以玻璃電極(ITO)為基體電極的N-N二甲基甲酰胺和納米銀修飾電極為工作電極，飽和甘汞電極(上海圣科儀器設(shè)備有限公司)為參考電極，鉑絲電極(北京鵬達(dá)恒泰科技有限公司)為對(duì)電極；數(shù)控超聲波清洗器(天津瑞普電子儀器公司)。試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 修飾電極的制備

1.2.1 裸玻璃電極的預(yù)處理

將導(dǎo)電玻璃(ITO)依次用洗滌劑、稀鹽酸、乙醇、去離子水超聲清洗5 min，冷風(fēng)吹干。

1.2.2 基體電極的修飾

以導(dǎo)電玻璃(ITO)為基體電極，在N-N二甲基甲酰胺液體中，在靜止的條件下于0～1 V范圍內(nèi)以100 mV/s的掃速循環(huán)掃描5周，至循環(huán)伏安曲線穩(wěn)定。然后取出電極，并將該電極和參考電極和對(duì)電極置入5 mmol/L的硝酸銀溶液中，在靜止的條件下于-0.2～-0.8 V范圍內(nèi)，用線性溶出伏安法修飾。掃速設(shè)置為0.5 mV/s，溶出時(shí)間為180 s。取出電極用去離子水淋洗電極表面，從而制得N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾電極。

2 結(jié)果與討論

2.1 鐵氰化鉀在裸電極以及不同修飾電極的電化學(xué)響應(yīng)

依次用N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極、N-N二甲基甲酰胺電極、納米銀電極、納米銀/N-N二甲基甲酰胺電極、裸玻璃電極在1.5×10-2mol/L K3[Fe(CN)6]溶液中利用循環(huán)伏安法掃描(電流電位0～1 V，掃描速度50 mV/s)，結(jié)果如圖1所示。圖1中N-N二甲基甲酰胺電極(曲線2)，納米銀電極(曲線3)納米銀/N-N二甲基甲酰胺電極(曲線4)較裸玻璃電極(曲線5)氧化還原峰電流增加，表明N-N二甲基甲酰胺、納米銀、納米銀/N-N二甲基甲酰都分別聚合到了玻璃電極表面，促進(jìn)了探針離子在電極表面的氧化還原。其N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極(曲線1)氧化電流峰最高，但該電極的還原峰較其它電極低(較裸玻璃電極曲線5高)，表明納米銀修飾到N-N二甲基甲酰胺電極上導(dǎo)電性(氧化電流)最好。

2.2 鹽酸二甲雙胍在不同修飾電極上的電化學(xué)響應(yīng)

用pH =6.64的PBS緩沖溶液配制的濃度為0.1 mg/mL的鹽酸二甲雙胍溶液為測(cè)試液，依次用納米銀電極、N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極、N-N二甲基甲酰胺電極、裸導(dǎo)電玻璃電極、納米銀/N-N二甲基甲酰胺電極于0～1 V范圍內(nèi)以50 mV/s掃描速度進(jìn)行掃描。不同電極掃描的循環(huán)伏安掃描如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，(b)曲線——N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極峰形最好。(d)曲線所代表的N-N二甲基甲酰胺修飾電極與(e)曲線——裸導(dǎo)電玻璃電極在掃描時(shí)均不出峰。(c)曲線——納米銀/N-N二甲基甲酰胺修飾電極在該樣品中的氧化峰低于N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極的氧化峰，而(a)曲線——納米銀電極氧化峰高于(b)曲線。

2.3 不同濃度的鹽酸二甲雙胍在納米銀修飾電極上的響應(yīng)

用納米銀電極對(duì)用上述條件配制的0.075、0.1、0.15 、0.2 mg/mL鹽酸二甲雙胍溶液循環(huán)伏安掃描的線性。氧化峰線性方程為y=-129.98x+86.016，R2=0.410 8，可見(jiàn)納米銀修飾電極的線性不好。

綜上所述，N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾電極對(duì)鹽酸二甲雙胍的響應(yīng)最好。

圖1 不同電極在鐵氰化鉀溶液中的循環(huán)伏安圖Figure 1 Cyclic voltammetry of different electrodes in potassium ferricyanide solution.

圖2 鹽酸二甲雙胍在不同修飾電極上循環(huán)伏安掃描曲線Figure 2 Cyclic voltammetry scanning curves of metformin hydrochloride at different modified electrodes.

2.4 pH值的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在pH=5.00～6.64時(shí)，隨著緩沖溶液pH值的升高氧化峰電流在增加。當(dāng)pH=6.64時(shí)，氧化峰電流達(dá)到最大。當(dāng)pH值繼續(xù)增大，氧化峰電流減小。由此可知在緩沖溶液pH=6.64時(shí)，N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾電極對(duì)鹽酸二甲雙胍的響應(yīng)最好。因此選擇pH =6.64為緩沖溶液的最佳酸度。

2.5 聚合膜(N-N二甲基甲酰胺)厚度的影響

依次改變裸導(dǎo)電玻璃電極在N-N二甲基甲酰胺中得掃描圈數(shù)，然后進(jìn)行同一條件的納米銀修飾，最后分別將制得的工作電極置于0.1 mg/mL的鹽酸二甲雙胍溶液中的進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。分別得到修飾膜厚度不同時(shí)對(duì)氧化峰電流的影響曲線。如圖3所示，隨著掃描圈數(shù)的增加氧化峰電流逐漸增加。當(dāng)圈數(shù)大于5時(shí)，氧化峰電流減小。由此可知，在掃描圈數(shù)為5時(shí)所制備出的N-N二甲基甲酰胺/納米銀電極對(duì)鹽酸二甲雙胍的響應(yīng)最好。

圖3 N-N二甲基甲酰胺聚合圈數(shù)的優(yōu)化曲線Figure 3 Optimal curve of the number of cycles for polymerization of N-N dimethylformamide.

2.6 掃描樣品速率的影響

在上述最優(yōu)條件下，于掃描電壓0～1 V，掃描圈數(shù)為2圈，只改變對(duì)0.1 mol/L的鹽酸二甲雙胍標(biāo)準(zhǔn)溶液掃描的速率。分別選擇速率為10、20、50、100、200 mV/s，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 掃描速率對(duì)峰電流的影響Figure 4 Optimization of scanning rate of standard liquid.

2.7 鹽酸二甲雙胍溶液的濃度對(duì)氧化峰電流的影響

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，在濃度范圍0.075～0.2 mg/mL的鹽酸二甲雙胍溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安法掃描，結(jié)果如圖5所示。由圖5所見(jiàn)，隨著鹽酸二甲雙胍溶液濃度增加，氧化峰電流依次增加并且峰形很好，氧化峰電流與鹽酸二甲雙胍濃度的線性方程為y= 317.19x+ 30.07 6，R2= 0.959 5，表明該電極線性良好。 (y為電流，其單位為μA；x為鹽酸二甲雙胍濃度，其單位為mg/mL)。

圖5 不同濃度鹽酸二甲雙胍溶液的循環(huán)伏安曲線Figure 5 Cyclic voltammogram of metformin hydrochloride solution with different concentrations.

2.8 方法的精密度與準(zhǔn)確度

取5粒有效含量均為500 mg/粒的鹽酸二甲雙胍緩釋片硯碎，用上述提供的pH=6.64的PBS(磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀)緩沖液配制出5份2 mg/mL的樣品溶液。分別從上述5份溶液中各取出1 mL，均用上述緩沖溶液稀釋至20 mL，得到5份0.1 mg/mL的鹽酸二甲雙胍緩釋片測(cè)試溶液備用。

在優(yōu)化后的電化學(xué)實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)上述的待測(cè)溶液進(jìn)行循環(huán)伏安分析。平行測(cè)定5次所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果表明，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為0.75% 符合生物醫(yī)藥分析的要求。該 N-N二甲基甲酰胺/納米銀修飾玻璃電極(ITO)可以應(yīng)用于測(cè)定鹽酸二甲雙胍，其方法的精密度和重現(xiàn)性良好。

取上述其中一份0.1 mg/mL的鹽酸二甲雙胍緩釋片溶液，依次加入一定量的鹽酸二甲雙胍標(biāo)準(zhǔn)品得到加標(biāo)溶液進(jìn)行5次加標(biāo)測(cè)定結(jié)果如表2。結(jié)果表明，平均回收率達(dá)到了101%，說(shuō)明該電極的準(zhǔn)確度符合生物醫(yī)藥分析基本要求。表明該電極準(zhǔn)確度很高。

3 結(jié)論

通過(guò)電化學(xué)聚合方法以導(dǎo)電玻璃(ITO)為基體電極制備了選擇性測(cè)定鹽酸二甲雙胍的化學(xué)修飾電極。該電極對(duì)鹽酸二甲雙胍的電化學(xué)催化效果、精密度和準(zhǔn)確度較好。并且制作方法簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定。該方法可以應(yīng)用于藥物中鹽酸二甲雙胍有效成分含量的檢測(cè)。

表1 精密度測(cè)定

表2 回收率的測(cè)定