酰基吡唑啉酮与聚吡咯修饰玻碳电极电化学氧化氧氟沙星的行为*

刘 阳,李锦州，张慧慧

（哈尔滨师范大学 化学化工学院,黑龙江 哈尔滨 150025）

酰基吡唑啉酮与聚吡咯修饰玻碳电极电化学氧化氧氟沙星的行为*

刘 阳,李锦州**，张慧慧

（哈尔滨师范大学 化学化工学院,黑龙江 哈尔滨 150025）

制得一种复合膜修饰玻碳电极HPMαFP/Ppy/GCE（HPMαFP：1-苯基-3-甲基-4-（α-呋喃甲酰基）-5-吡唑啉酮，/Ppy:聚吡咯,GCE:玻碳电极）。通过循环伏安法（CV）和脉冲伏安法（DPV）研究了氧氟沙星（OFL）在电极上的电化学行为。该修饰电极显现特定的测定氧化峰电流和高检测灵敏度。在pH=7,扫速为100mV·s-1的条件下，测试OFL的CV曲线于Ep=0.88 V出现一不可逆的氧化峰。氧化峰电流与OFL浓度在2.0×10-6～1.0×10-4mol·L-1范围内呈良好的线性关系。检出限为6.5×10-8mol·L-1。

酰基吡唑啉酮；聚吡咯；氧氟沙星；修饰电极

前言

氧氟沙星（Ofloxacin，简称OFL）是一种高效抗菌药物。广泛用于泌尿生殖系统、呼吸系统，消化系统等的感染治疗，也用于骨关节病、皮肤软组织感染、五官科感染和败血症等的治疗[1]。已报道的氧氟沙星测定方法包括高效液相色谱法[2]、荧光光度法[3]、毛细管电泳法[4]、电位滴定法[5]等。这些方法检测灵敏度较高，但存在仪器设备要求高、样品长时间处理繁琐、分析误差大等缺点。电分析方法因具有操作简单、响应速度快、成本低、灵敏度高等特点而受到关注，逐渐成为测定氧氟沙星的有效方法，如碳糊电极阳极吸附伏安法和碳纳米管修饰复合电极[6,7]等。聚吡咯是一种含离域π键的共轭大环聚合物，其胺基功能团有助于增大电化学响应信号，增强电化学稳定性和抗干扰性，已用于电化学检测[8,9]。1-苯基-3-甲基-4-（α-呋喃甲酰基）-5-吡唑啉酮是β双酮化合物。中性的酰基吡唑啉酮会产生互变异构体，其烯醇式结构呈弱酸性可改善表面活性作用，增强电子传递。该化合物已作为电极成分，检测了多种生物小分子，效果较好[10]。本文制备了HPMαFP/Ppy/GCE复合膜修饰电极，研究了电极对氧氟沙星的电化学行为和电子转移机理，并应用于滴眼液中氧氟沙星含量的测定。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

电化学测试实验均在CHI 650A电化学工作站（上海辰华仪器公司，上海）完成。采用三电极系统：饱和甘汞电极（SCE）为参比电极、铂电极为对电极、HPMαFP/Ppy/GCE（d=4mm）为工作电极。所测电位均相对于饱和甘汞电极。PHSJ-3F型酸度计（上海雷磁仪器厂）。

HPMαFP按文献[11]方法合成，以无水乙醇为溶剂,配成浓度为1.0×10-2mol·L-1的溶液备用；吡咯（pyrrole简写py，分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；氧氟沙星（分析纯，上海试剂厂）溶于水,配成浓度为1.0×10-4mol·L-1备用，用时稀释至所需浓度；磷酸盐缓冲溶液（PBS）为1.0×10-4mol·L-1NaH2PO4和Na2HPO4两种溶液混合而成。其它试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。实验温度为25±0.2℃。

1.2 修饰玻碳电极的制备

电极预处理：玻碳电极使用前先用Al2O3抛光成镜面，然后依次用蒸馏水、HNO3（1∶1）、乙醇冲洗、干燥。

修饰电极的制备：于三电极体系中，加入py溶液。调节pH=7.0（PBS），扫速100mV·s-1，在0.2～1.4V之间循环扫描20圈，即得Ppy/GCE修饰电极。构建HPMαFP/Ppy/GCE修饰电极，将Ppy/GCE修饰电极浸入1.0×10-2mol·L-1的HPMαFP溶液中（pH=7. 0），静止条件下采用三电极体系，在0.2～1.4V范围内，以100mV·s-1循环扫描20圈后取出、晾干，得到HPMαFP/Ppy/GCE修饰电极。

1.3 实验方法

将三电极体系浸入含一定浓度OFL的磷酸盐缓冲溶液中，在0.2～1.4V电位之间进行循环伏安或脉冲循环伏安扫描，扫描速度为100mV·s-1。伏安扫描前需通入高纯度N2约5min。

2 结果与讨论

2.1 氧氟沙星在HPMαFP/Ppy/GCE上的电化学行为

以pH=7的PBS为支持电解质，加入1.0× 10-5mol·L-1的 OFL标准溶液，分别以裸 GCE、Ppy/GCE及HPMαFP/Ppy/GCE 3种电极为工作电极，扫描电势范围为0.2～1.4V，以扫描速率100 mV· s-1进行循环伏安扫描，结果如图1所示。OFL在裸GCE上（图1曲线a），于Ep=0.95V附近出现很小的氧化峰电流，难以定量测定。在Ppy/GCE（图1曲线b）上峰电流显著增加。HPMαFP/Ppy/GCE（图1曲线c）测定的氧化峰电位为Ep=0.88V，与裸玻碳电极相比峰电位负移了70mV，OFL的氧化峰电流与曲线b相比增加了近2倍。表明在氧氟沙星氧化还原反应过程中HPMαFP/Ppy/GCE能够加快检测分子氧化的电子转移速率，降低过电位，对其有明显的电化学催化作用。电极反应过程中修饰成分HPMαFP与Ppy产生了协同增效作用。

图1 1×10-5mol·L-1OFL在pH=7.0磷酸缓冲溶液中的循环伏安图Fig.1 The cyclic voltammograms of 1.0×10-5mol·L-1OFL in phosphoric acid buffer solution（pH=7.0）工作电极分别为（a）裸GCE,（b）Ppy/GCE,（c）HPMαFP/Ppy/ GCE.扫描速度100mV·s-1

2.2 溶液pH值的影响

研究了HPMαFP/Ppy/GCE测定体系，pH值在4.0～8.0范围内，酸度与1.0×10-5mol·L-1OFL的催化氧化峰电流Ip和氧化峰电位Ep的关系，结果见图2a和图2b。随着溶液pH值增大，峰电位逐渐负移，氧化峰电位与电流值呈现良好的线性关系，其线性拟合方程为:Ep=1.1287-0.0353pH,r=0.9986，直线斜率为35mV/pH，反应转移的电子数和质子数均为2[12],氧氟沙星反应机理如示意图所示。检测峰电流依pH值增大而增大，pH=7达到最大值，而后随pH值的增大而降低。实验选择pH=7的磷酸盐电解质溶液作为测试底液。

图2 （a）OFL在不同pH缓冲溶液中的循环伏安曲线Fig.2（a）The cyclic voltammograms of 1.0×10-5mol·L-1OFL in buffer solutions with various pH values（a-I）:4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,6.5,7.0, 7.5,8.0.Scan rate:100mV·s-1

图2 （b）pH对OFL的氧化峰电流和电位的影响Fig.2 （b）Influence of pH value on the peak current（Ip）and peak potential（Ep）of OFL

2.3 扫描速度对峰电流的影响

图3 （a）不同扫速下OFL在HPMαFP/Ppy/GCE上的CV图（按峰高从下到上：（20～200mV·s－1）Fig.3（a）The cyclic voltammograms of OFL on HPMαFP/Ppy/GCE at various scan rates（based on peak height from the bottom up）:20 to 200 mV·s－1

图3 （b）Ip与υ的线性关系Fig.3 （b）Linear relation between the Ip and υ

在已选最优实验条件下，20～200mV·s-1范围内进行循环伏安扫描，实验结果（图3a和图3b）表明，随着扫描速度的增加，氧氟沙星的氧化峰电位向正方向移动，同时氧化峰电流和还原峰电流与扫描速度平方根呈良好的线性关系，线性方程式为：Ip（μA）=0.979+7.979υ（r=0.9927）。实验表明氧氟沙星电极过程为扩散控制的不可逆反应。扫描速率低，峰电流较小，扫速为100mV·s-1时，信噪比最好,本实验选择的最佳扫速为100mV·s-1。

2.4 峰电流与底液中氧氟沙星浓度的关系

用脉冲伏安法研究了OFL浓度对峰电流的影响 （如图4a和图4b）。实验结果表明：OFL的氧化峰电流随其浓度在1×10-6～1×10-4mol·L-1的范围内增大，氧氟沙星的氧化峰电流（I）与其浓度（C）呈良好的线性关系，线性回归方程为：Ip（μA）=1.681+0.076C，相关系数r=0.99725，本实验方法检出限为6.5×10-8mol·L-1。对1.0×10-5mol·L-1氧氟沙星平行测定10次的相对标准偏差为3.2%。

图4 （a）以HPMαFP/Ppy/GC电极检测不同浓度的氧氟沙星的脉冲伏安图Fig.4（a）DPV of OFL with different concentrations detected with HPMαFP/Ppy/GCE electrode

图4 （b）不同浓度的氧氟沙星与氧化峰电流的线性关系Fig.4（b）Linear relation between of the peak current and concentration of OFL

2.5 HPMαFP/Ppy/GCE修饰电极的稳定性

HPMαFP/Ppy/GCE修饰电极的稳定性涉及Ppy修饰GCE的稳定性和HPMαFP修饰GCE电极的稳定性。为了制备稳定、灵敏的修饰电极，实验考察了影响HPMαFP/Ppy/GCE修饰电极稳定性因素从高到低依次为：①干燥温度；②干燥时间；③Ppy和HPMαFP修饰量；④底液pH值。确定制备及测试修饰电极的最佳条件组合为：pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液、py修饰量为电沉积20圈、HPMαFP（0.01mol·L-1）电沉积20圈、干燥温度20±2℃、干燥时间 1h。扫速 100mV·s-1,OFL测定浓度 1× 10-5mol·L-1。本实验按此条件制备电极及测试样品。

2.6 干扰实验

干扰实验选择pH=7的PBS电解质溶液，OFL浓度1.0×10-5mol·L-1的条件，考察了一些常见阳离子及生物小分子对修饰电极的干扰情况。实验表明，1000倍的Na+、K+、Cl-、NO3-、SO42-、100倍的氨基乙酸、50倍胞嘧啶、葡萄糖、赖氨酸，20倍柠檬酸，10倍苯丙氨酸等均不干扰对OFL的测定（峰电流改变＜5%），氧化峰电位基本不变，说明HPMαFP/ Ppy/GCE电极有较强的抗干扰能力。

2.7 样品分析

表1 样品分析结果Table 1 The analytic results of samples

取氧氟沙星滴眼液（规格3mg·L-1,郑州卓峰制药有限公司）准确称取1mL，用二次水定容至所需浓度，转移到10mL容量瓶中，并稀释至刻度，用标准加入法测定回收率和相对标准偏差（如表1所示）。数据表明该实验方法能很有效地测定药物制剂中氧氟沙星的含量。

3 结论

本文研究了氧氟沙星在HPMαFP/Ppy/GCE复合膜修饰电极上的电化学行为。结果表明电极反应为扩散控制的不可逆过程，转移电子数和质子数均为2。该电极对OFL氧化具有较强的电催化活性，明显提高氧氟沙星的氧化峰电流，降低过电位，表明电极修饰成分HPMαFP与Ppy产生了协同增效作用。这种电化学传感器具有较高的选择性、灵敏性和抗干扰能力，可以作为实际样品测定的分析方法。

［1］SATO K,MATSURA U,INONE M,et al.In vitro and in vivo activity of DL－8280,a new oxazine derivative［J］.Antimicrob A－gents Chemother,1982,22:548～553.

［2］METZ P,KOHLHEPP S J,GILBERT D N.Study of different offline sample processing procedures and the measurement of antibiotic and antiviral levels in human serum by highper－formance liquid chromatography［J］.J Chromatogr B,2002,773,（2）:159～166.

［3］弓巧娟,晋卫军,董川.氧氟沙星对映体的同步—导数荧光光谱法识别与测定［J］.分析化学，2000,28（6）:672～677.

［4］林伟丰,抗信煌,陈光，等.毛细管电泳法测定氧氟沙星及左氧氟沙星的含量［J］.中国抗生素杂志，2005,30（12）:756～769.

［5］ZHANG S S,LIU H,WU Y J,et al.On－column amperometric detection of ofloxacin and pasiniazid in urine by capillary electrophoresis with an improved fractured joint and small detection cell［J］.Analyst,2001,126:441～449..

［6］柳闽生,何凤云,曹小华,等.氧氟沙星光谱性质及其在碳糊电极上的电化学行为研究［J］.江西师范大学学报:自然科学版, 2011,35（2）:186～190.

［7］SHAHROKHIAN S,KAMALZADEH Z,SABERI R S.Glassy carbon electrode modified with a bilayer of multi－walled carbon nanotube and polypyrrole doped with new coccine:application to the sensitive electrochemical determination of sumatriptan［J］. Electrochim Acta,2011,56（27）:10032～10038.

［8］BRAHMAN P K,DAR R A,TIWARI S,et al.Voltammetric determination of anticancer drug flutamide in surfactant media at polymer film modified carbon paste electrode［J］.Colloid Surface A,2012,396（20）:8～15.

［9］SAUMYA V,PRATHISH K P,RAO T P.In situ copper oxide modified molecularly imprinted polypyrrole film based voltammetric sensor for selective recognition of tyrosine［J］.Talanta. 2011,85（2）:1056～1062.

［10］SONG Y,LI J Z.Direct electrochemical detection of adenine using HPMαFP－modified glassy carbon electrode in commercial pharmaceutical［J］.Instrum Sci Technol,2011,39（3）:261～272.

［11］董学畅，刘复初，赵雁来.几种新的4－酰基吡唑琳酮类螯合剂的合成［J］.化学学报,1983,41（9）:848～852.

［12］LI F H,CHAI J,YANG H F,et al.Synthesis of Pt/ionic liquid/ graphene nanocomposite and its simultaneous determination of ascorbic acid and dopamine［J］.Talanta.2010,81（3）:1063～1068.

Electrochemical Oxidation Behavior of Of loxacin Based on Acylpyrazolone/Polypyrrole Glassy Carbon Modified Electrode

LIU Yang,LI Jin－zhou and ZHANG Hui－hui
（College of Chemistry&Chemical Engineering,Harbin Normal University,Harbin150025,China）

A new composite film modified electrode HPMαFP/Ppy/GC （HPMαFP:1－phenyl－3－methyl－4－（α－furoyl）－5－pyrazolone,Ppy: polypyrrole,GCE:glassy carbon electrode）was developed for determination of ofloxacin（OFL）.The electrochemical behavior of OFL on the electrode was investigated by cyclic voltammetry（CV）and differential pulse voltammetry（DPV）.The HPMαFP/Ppy/GCE showed a specific oxidation peak current and a good detection sensitivity.Under the condition of pH=7,an irreversible oxidation peak of OFL with Ep=0.88V was obtained on the modified electrode with a scan rate of 100 mV·s－1.There was a good linear relation between oxidation peak current and concentration of OFL in the range of 2×10－6～1×10－4mol·L－1.And the detection limit was 6.5×10－8mol·L－1.

Acylpyrazolone;polypyrrole;ofloxacin;modified electrode

TQ927.2

A

1001-0017（2014）03-0173-04

2014-01-02 *基金项目：黑龙江省自然科学基金项目（编号:201004）

刘阳（1987-）,女,黑龙江哈尔滨人,硕士研究生,从事配合物电化学性质研究。

**通讯联系人：李锦州（1954-）,男,哈尔滨师范大学化学化工学院教授。