木犀草素在电沉积石墨烯修饰电极上的电化学研究及测定

赖文婷，李小宝，王文成，田鑫，温校勇，范德方，马重，孙伟

（热带药用植物化学教育部重点实验室海南师范大学化学与化工学院，海南海口571158）

木犀草素（Luteolin，3，4，5，7-四羟基黄酮）是一种天然黄酮类化合物，在自然界中分布广泛，存在于许多植物中如菊花，金银花，紫苏叶，落花生等[1].木犀草素具有许多生化和药理作用，包括抗氧化、抗菌、抗病毒、抗炎和抗癌作用，它不仅可用于体外抗炎作用，而且具有抗肿瘤细胞增殖及增敏抗肿瘤药物作用[2].目前已经有多种检测木犀草素的方法[3-5]，例如高效液相色谱法、毛细管电泳法、紫外光谱法、气相色谱法、分光光度法等，然而这些方法存在操作繁琐、灵敏度差、仪器昂贵、准确度不高等缺点.在木犀草素的结构中带有4 个酚羟基结构，因此可以采用电化学的方法进行研究，而且电化学方法具有操作简单、成本低廉等优点，所以用电化学方法对木犀草素的研究具有重要意义.Lunte等人对木犀草素的电化学行为进行了研究[6]；Zhao 等制作了多壁碳纳米管修饰电极用于花生壳中木犀草素含量的测定[7]；Zeng 等将多孔碳修饰于电极表面用电化学方法测定了木犀草素[8].

石墨烯（GR）是一种具有二维结构的纳米碳材料，具有独特的几何结构，其机械和电子性能，已经引起了人们极大的兴趣[9].由于GR 具有良好的导电性，可以加快电极表面的电子传递速率，因此其被广泛应用于电化学分析和电化学传感检测[10].离子液体修饰碳糊电极（CILE）是一种新型的修饰电极，它以离子液体为粘合剂和修饰剂的碳糊电极，表现出良好的电化学性能，已被广泛应用于制备各种电化学传感器[11].

本文以CILE 为工作电极利用电沉积的方法制备了石墨烯修饰电极，进而建立了一种检测木犀草素的简单灵敏的电化学分析新方法.由于电极表面石墨烯的存在，木犀草素在修饰电极上出现了一对明显的氧化还原峰，电化学信号与裸电极相对显著增大，将该电极应用于木犀草素含量的测定，取得了良好的效果.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

CHI 1210A型电化学工作站（上海辰华仪器有限公司）；三电极系统：CILE或GR/CILE为工作电极，铂电极为辅助电极，参比电极为饱和甘汞电极.

1.0 mmol/L木犀草素储备液（西安玉泉生物科技有限公司）以无水乙醇配制备用，正己基吡啶六氟磷酸盐（HPPF6，中国科学院兰州化学物理研究所绿色化学与研究中心），氧化石墨烯（太原炭美有限公司），石墨粉（上海胶体化工厂），支持电解质为0.10 mol/L PBS 所用其它试剂均为分析纯，试验用水均为二次蒸馏水.

1.2 修饰电极的制备

根据文献的方法制备CILE[12]，具体是将1.6 g 石墨粉和0.8 g HPPF6混合，研磨均匀后填入空心玻璃管中压实，以铜丝作为导线，使用前将电极表面在硫酸纸上打磨平整.

GR/CILE 的制备方法是将CILE 浸在含有3.0 mg/mL GO 和0.15 mol/L LiClO4的混合溶液中，在-1.3 V（vs.SCE）电位下恒电位法沉积300 s后取出，用超纯水冲洗后N2吹干即可得到GR/CILE.

1.3 实验过程

在电位窗口0～1.0 V 之间利用三电极系统对木犀草素的标准溶液进行循环伏安扫描，研究木犀草素的电化学行为；考察缓冲液pH以及扫描速度等实验条件对木犀草素的电化学行为的影响；利用示差脉冲伏安法测定不同浓度的木犀草素溶液，绘制出工作曲线.

2 结果与讨论

2.1 木犀草素在修饰电极上的循环伏安行为

考察了1.0×10-6μmol/L 的木犀草素在0.1 mol/L pH 2.0 的PBS 缓冲液中不同电极上的循环伏安曲线，结果见图1.从图中可以看出在CILE 和GR/CILE上均出现了一对氧化还原峰，为木犀草素的电化学行为[7].木犀草素是一种具有电化学活性的黄酮类化合物，可以在电极上直接发生氧化还原反应而出现一对氧化还原峰.木犀草素在CILE上的氧化峰电位（Epa）为0.603 V，还原峰电位（Epc）为0.555 V，氧化峰电流（Ipa）为10.26 μA，还原峰电流（Ipc）为9.96 μA.在GR/CILE上木犀草素的氧化还原峰电流明显增大，Ipa为22.10 μA，Ipc为21.04 μA，这是由于GR 具有高比表面积和良好的导电性能，促进了木犀草素的电化学反应，因此GR/CILE 可以用于木犀草素的高灵敏检测.

图1 在pH 2.0的PBS缓冲液中1.0×10-6mol/L木犀草素在CILE(a)和GR/CILE(b)上的循环伏安图，扫描速度为100 mV/sFig.1 Cycle voltammograms of 1.0×10-6mol/L luteolin on CILE(a)and GR/CILE(b)in pH 2.0 PBS

2.2 缓冲液pH对木犀草素的电化学行为的影响

在pH 1.5～6.0范围内考察了不同pH的PBS缓冲溶液对木犀草素测定的影响，结果见图2A，从图中可以看出氧化还原峰的峰电流和峰电位随着pH 的改变而变化.当pH 为2.0 时氧化峰电流达到最大值（见图2B），因此本实验选择pH为2.0为测定酸度.随着pH 的增大，氧化还原峰电位发生负移，表明有质子参与电极的反应.氧化峰电位和pH呈现良好的线性关系（见图2C），线性回归方程为Ep（aV）=-0.055pH+0.675，方程的斜率为-55 mV/pH，接近于理论值-59 mV/pH，这说明木犀草素在修饰电极上的发生等质子等电子的反应.

2.3 氧化还原峰电流和扫速的关系

如图3A 所示在pH 为2.0 的PBS 缓冲液中，1.0×10-6mol/L 的木犀草素溶液在不同扫速（10～280 mV/s）下的循环伏安图.从图中可以看出氧化还原峰电流随着扫速的增大而增大，电流与扫速之间呈现出良好的线性关系（见图3B），其线性回归方程为Ipa（μA）=14.47+435.34υ（V/s）（γ=-0.999）和Ipc（μA）=-17.30-558.98υ（V/s）（γ=-0.9996），说明木犀草素在电极上的氧化还原反应为吸附控制过程.

随着扫描速度的增大，氧化峰正移，还原峰负移，电位差变大，这说明木犀草素在电极上的反应为一个准可逆的过程.氧化还原峰的电位和扫速作图得到两条线性直线（见图3C），其线性回归方程为Epa（V）=0.71+0.024 lnυ（γ=0.9988）和Epc=0.48-0.034lnυ（γ=-0.992）.

图2 (A)1.0×10-6mol/L木犀草素溶液在不同pH的PBS缓冲液循环伏安图(a-f:6.0、5.0、4.0、3.0、2.0、1.5)，(B)pH与氧化峰电流（Ipa）的关系，(C)pH与氧化峰电位的关系Fig.2 （A）Cycle voltammograms of 1.0×10-6mol/L luteolin in different pH PBS;(B)the relationship of the oxidation peak current and pH;(C)the relationship of the oxidation peak potential with pH value

图3 （A）1.0×10-6mol/Lmol/L 木犀草素在GR/CILE 上不同扫速下的循环伏安叠加图(a-m:10,20,40,60,80,100.0,120.0,150.0,180.0,200.0,220.0,250.0,280.0 mV/s)（B）扫速υ与氧化还原峰电流的关系图；(C)氧化还原峰电位与lnυ的关系图Fig.3 (A) Cycle voltammograms of 1.0×10-6mol/L luteolin on GR/CILE at different scan rate; (B) the relationship between redox peak currents and scan rate;(C)the relationship between redox peak potential and lnυ

2.4 线性范围和检出限

在最佳实验条件下，记录不同浓度的木犀草素在GR/CILE 上的示差脉冲伏安曲线（见图4 A）及浓度与氧化峰电流的关系图（见图4 B）.当木犀草素的浓度在4.0×10-8μmol/L～4.0×10-6μmol/L 范围内氧化峰电流与浓度呈良好线性关系，线性方程为I（μA）=-20.21-99.77 C（μmol/L）（γ=-0.999），检测限为1.0×10-8μmol/L（3S0/S）.

2.5 重现性、稳定性和干扰离子的影响

GR/CILE 在1.0×10-6mol/L 的木犀草素溶液中循环伏安扫描500 圈后，峰电流能够保持原来的93.4%，由此说明GR/CILE 在pH2.0 PBS 缓冲液中能够有较好的稳定性.该修饰电极在1.0×10-6mol/L的木犀草素溶液平行测定5次之后，相对偏差在4.1%，说明有较好的稳定性.在含有1.0×10-6μmol/L 的木犀草素溶液中分别加入100倍的干扰物质（钡离子，镉离子，钴离子，钾离子，锰离子，钠离子，丙氨酸，赖氨酸，胱氨酸，苏氨酸）进行干扰测定，结果表明相对偏差均小于5%，说明该方法有较好的选择性.

3 结论

制备了CILE 和GR 修饰CILE，以其为工作电极利用循环伏安法和示差脉冲伏安法研究了木犀草素的电化学行为.GR在电极表面的存在大大的改善了电极的性能，并由此建立了一种检测木犀草素的高灵敏度的电化学方法.在所选实验条件下木犀草素浓度在4.0×10-8mol/L～4.0×10-6mol/L 范围内氧化峰电流与浓度之间有着良好的线性关系，检测限为1.0×10-8mol/L（3S0/S）.

图4 (A)不同浓度木犀草素在GR/CILE上的DPV曲线（a-g:8.0×10-7 mol/L,10.0×10-7 mol/L,2.0×10-6 mol/L,4.0×10-6mol/L,6.0×10-6 mol/L,8.0×10-6 mol/L,10.0×10-6 mol/L）;图(B)氧化峰电流与浓度的线性关系Fig.4 （A）Differential pulse voltammograms of different concentrations of luteolin on GR/CILE;(B)the linear relationship of the oxidation peak current with concentration

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