石墨烯/十二烷基硫酸钠复合物修饰碳糊电极测定氯霉素

朱明芳，邝洁敏，杜海军，龙 宁，王景月

(1.广东药科大学 药学院，广东 广州 510006；2.贵州民族大学 化学与环境科学学院，贵州 贵阳 550025)

石墨烯/十二烷基硫酸钠复合物修饰碳糊电极测定氯霉素

朱明芳1*，邝洁敏1，杜海军2，龙 宁1，王景月1

(1.广东药科大学 药学院，广东 广州 510006；2.贵州民族大学 化学与环境科学学院，贵州 贵阳 550025)

以液体石蜡和硅油为混合粘合剂，与石墨粉混合制备了碳糊电极基底电极，将石墨烯/十二烷基硫酸钠复合物修饰在基底碳糊电极上，得到了基于石墨烯复合物的新型修饰碳糊电极。应用扫描电镜和循环伏安法分别研究了该电极的表面特性和电化学性质，结果表明，石墨烯和十二烷基硫酸钠修饰的碳糊电极增大了比表面积，有利于电子传递。在pH 3.0的HAc-NaAc缓冲溶液中，该修饰碳糊电极对氯霉素具有良好的电化学响应，氧化峰电位为0.194 V，氧化峰电流是基底碳糊电极的10倍。在最优实验条件下，该氧化峰电流与氯霉素的浓度在1.0×10-8～5.0×10-4mol/L范围内呈良好的线性关系，检出限为5.0×10-9mol/L。该方法简便，重现性及选择性好，用于测定氯霉素滴眼液和虾中氯霉素残留，结果满意。

碳糊电极；石墨烯；十二烷基硫酸钠；氯霉素

氯霉素(Chloramphenicol，CAP)是一种广谱抗菌药，曾广泛用于各种严重感染(如伤寒症和沙门氏菌病)的治疗。由于其稳定的药效和低廉的价格，也曾被广泛应用在养殖领域。但氯霉素的毒副作用较大，各国不仅禁止其临床应用，而且为防止食物链所引起的氯霉素残留对人类健康的危害，也禁止在养殖业中使用。美国和欧盟等国家已将氯霉素作为违禁药品，我国也规定在动物食品中不得检出氯霉素。目前测定氯霉素的方法有分光光度法[1]、高效液相色谱法[2-3]、高效液相色谱-质谱联用法[4-6]、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)[7]、酶联免疫法(ELISA法)[8-10]、电化学法[11-13]等。其中分光光度法利用显色剂茜素红与氯霉素形成络合物，间接测定氯霉素；高效液相色谱法及色谱-质谱联用法虽然灵敏度较高，但仪器昂贵；酶联免疫法灵敏度高，如Yu等[10]报道的竞争性酶联免疫分析氯霉素的检出限为7.6×10-9g/mL，但该法传感器的制备较复杂。电化学分析法较其他分析方法具有成本低、操作简单、灵敏度高、响应快等特点。在氯霉素的测定中，大多采用修饰玻碳电极进行测定，如辛欣等[13]利用纳米金-二氧化钛修饰玻碳电极测定氯霉素，其检出限为7.8×10-8mol/L。而以石墨烯复合物修饰的碳糊电极电化学法测定氯霉素尚未见文献报道。

碳糊电极由于具有制作简单、电位窗口宽、无毒和表面容易更新等特点[14-15]，被广泛用于临床检验、食品检测和药物分析[16-17]中。化学修饰碳糊电极由于能根据修饰剂的特点改善碳糊电极的性能，达到实验者的预期目的，从而提高了电极的选择性和灵敏度，因而得到了较大的发展[18-20]。

石墨烯(GR)具有大的比表面积、优良的导电性，已广泛用作电极的修饰材料[21]。当GR与其他材料形成复合物后，会改善石墨烯水溶性差和易团聚的缺点，大大拓展了其应用范围[22-23]。本文以石墨粉、液体石蜡和硅油混合制备的碳糊电极为基底电极，采用直接滴涂法，将石墨烯-十二烷基硫酸钠(GR/SDS)复合物滴涂在基底碳糊电极表面，制备了石墨烯复合物修饰的碳糊电极。氯霉素在该修饰碳糊电极上有较好的电化学响应，应用该修饰碳糊电极测定了氯霉素滴眼液和虾中的氯霉素残留，结果令人满意。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Ingsen 1030电化学工作站(广州盈思传感科技有限公司)，三电极系统：碳糊电极和修饰碳糊电极为工作电极，铂丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，扫描电子显微镜(LEO 1530VP，德国)，雷磁PHS-25型数显pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)。

石墨烯(参照前期工作，根据文献[24]制备)，石墨粉(光谱纯，国药集团化学试剂有限公司)，液体石蜡(分析纯，广州化学试剂厂)，二甲基硅油(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)，氯霉素(中国药品生物制品检定所)，氯霉素滴眼液(广州白云山制药厂)，虾购于本地菜市场。其他试剂均为分析纯，实验用水为超纯水。

1.2 工作电极的制备

1.2.1 碳糊电极(CPE)的制备 将石墨粉、液体石蜡、二甲基硅油按照质量比12∶3∶1的比例搅拌混合均匀后，填入内径为3 mm的聚四氟乙烯管中，压紧，插入铜丝作导线，在光滑的纸上抛光，备用。

1.2.2 修饰碳糊电极的制备 以制备的碳糊电极为基底电极，采用滴涂法，直接在电极表面滴加0.1 mg/mL的石墨烯溶液2 μL，自然晾干，即得石墨烯修饰的碳糊电极(GR-CPE)；在碳糊电极上，滴涂2 μL的石墨烯/十二烷基硫酸钠的溶液(其中含石墨烯0.1 mg/mL，十二烷基硫酸钠0.05 mg/mL)，自然晾干，即得石墨烯/十二烷基硫酸钠修饰的碳糊电极(GR/SDS-CPE)。

1.3 实验方法

在pH 3.0 的HAc-NaAc缓冲溶液中，以碳糊电极或者修饰的碳糊电极为工作电极，加入适量氯霉素溶液，采用三电极系统进行循环伏安实验和差分脉冲溶出伏安实验。在进行样品测定时，氯霉素滴眼液的测定不经预处理直接测定,而虾需进行简单前处理。

2 结果与讨论

2.1 石墨烯及石墨烯/十二烷基硫酸钠的表征

石墨烯及石墨烯/十二烷基硫酸钠复合物的扫描电镜图如图1所示。图A中能观察明显的片状且有褶皱的石墨烯，在图B中可观察到石墨烯片上附着有一些球状的小粒，说明形成了石墨烯/十二烷基硫酸钠复合物。由于球状小粒附着在石墨烯片上，使石墨烯的粗糙度增加，从而增大了比表面积，因此有利于电子传递。

2.2 氯霉素在不同电极上的电化学响应

在pH 3.0的HAc-NaAc缓冲溶液中，氯霉素在碳糊电极、石墨烯修饰的碳糊电极、石墨烯/十二烷基硫酸钠修饰的碳糊电极上的循环伏安图如图2所示。由图可见，氯霉素在3种电极上均出现了1对氧化还原峰。在CPE电极上，氯霉素的氧化、还原峰电位分别为0.206 V和0.044 V，其中氧化峰电流为0.048 μA。在GR-CPE上，氧化、还原峰电位分别为0.198 V和0.055 V，氧化峰电流为0.247 μA。与CPE电极相比，ΔE变小，氧化峰电流是裸CPE的5倍，说明GR加快了氯霉素的电子传递速度，有利于电化学反应的进行。当石墨烯与十二烷基硫酸钠复合物修饰在碳糊电极上时，氧化峰电位为0.201 V，氧化和还原峰电流进一步增大，氧化峰电流达0.495 μA，是GR-CPE电极的2倍，裸CPE的10倍，大大提高了氯霉素电化学响应的灵敏度。虽然氧化峰电位稍有正移，但氯霉素的氧化峰变得窄且尖锐，表明GR/SDS对氯霉素的电化学反应有明显的催化作用。究其原因，其一是因为GR/SDS复合物的比表面积大，其二是因为SDS是阴离子表面活性剂，能吸附在CPE表面，改变界面结构[25]，两者均加速了电子传递。由于氧化峰峰形优于还原峰，因此本实验选择氯霉素的氧化峰进行研究。

2.3 pH值的影响

当pH值小于2.0时，氯霉素仅出现氧化峰，且峰电流较小，峰形较宽；pH值增至7.0时，峰电位与pH值为2.0时相比几乎无变化，且随着pH值的增大，峰电位改变较小，也仅出现氧化峰；但当pH值为2.0～6.0时，可观察到氯霉素出现1对氧化还原峰，其氧化还原峰峰电位均随着pH值的增大而负移，且峰形较好。

考察了HAc-NaAc，B-R，柠檬酸-Na2HPO4等缓冲溶液对氯霉素电化学信号的影响。结果显示，在HAc-NaAc缓冲溶液中氯霉素的氧化峰较高且较稳定，因此选择HAc-NaAc为缓冲溶液。氯霉素在pH 2.0～6.0的HAc-NaAc缓冲溶液中的循环伏安图见图3。

从图3可以看出，随着pH值的增大，氧化还原峰电位均向负方向移动，说明质子参与了整个氧化还原过程。氧化峰电流在pH 2.0～4.0时几乎相等，当pH值小于4.0后，峰电流依次降低；还原峰电流在pH 2.0～5.0时几乎不变，当pH值为6.0时峰电流降低，因此实验选择HAc-NaAc缓冲溶液的最佳pH值为3.0。从氧化还原峰电位与pH值的关系图(图3插图)可见，Epa和Epc均与pH值呈线性关系，线性方程和相关系数分别为Epa=0.582 4-0.050 4 pH，r=0.997 1;Epc=0.517 4-0.049 2 pH，r=0.998 1；斜率分别为-0.050 4 V/pH和-0.049 2 V/pH；因Ep=K-(0.059m/n) pH，得m≈n，说明氯霉素在电极上的反应为等电子等质子的过程。

2.4 扫描速率的影响

在10～300 mV·s-1范围内，考察了扫描速率(v,mV·s-1)对氯霉素氧化峰电流(Ip,μA)及电位(Ep,V)的影响。随着扫速的增加，氧化峰电位正移，氧化峰电流增大。峰电流与扫速成正比，其线性方程为Ip=0.010 4v+0.146 1，相关系数(r)为0.997 4。根据 Laviron 理论，有Ip=nFQv/(4RT)，求得电极反应的电子数为1。说明氯霉素在修饰碳糊电极上的电化学过程主要受吸附控制，所发生的电化学反应是1个电子和1个质子的反应。氧化峰电位与lgv也成正比关系，其线性方程为Ep=14.145 lgv-0.659 3，r= 0.993 0。

2.5 富集电位与富集时间的影响

以同浓度的氯霉素考察了不同富集电位(-0.5～1.2 V)和富集时间(10～120 s)对氯霉素峰电流的影响。结果显示，当富集电位为-0.3～-0.4 V，富集时间为10～75 s时，峰电流较高且稳定，因此实验选择微分脉冲溶出伏安法的富集电位和富集时间分别为-0.4 V和45 s。

2.6 线性范围与检出限

分别采用线性扫描溶出伏安法与微分脉冲溶出伏安法考察了石墨烯/十二烷基硫酸钠修饰的碳糊电极对氯霉素的测定。结果表明，微分脉冲溶出伏安法得到的峰形尖锐，灵敏度高，因此采用微分脉冲溶出伏安法进行氯霉素的定量测定。结果显示，氯霉素在1.0×10-8～1.0×10-5mol/L及1.0×10-5～5.0×10-4mol/L浓度范围内与其氧化峰电流(I,μA)呈线性关系，线性方程分别为I=0.157 2c(μmol/L)+1.049，r=0.995 1，I=0.008 9c(μmol/L)+2.429 6，r=0.996 5；检出限(S/N=3)为5.0×10-9μmol/L。说明在该修饰碳糊电极上氯霉素有较宽的线性范围和较好的检出限。图4为不同浓度氯霉素的微分脉冲溶出伏安图。

2.7 电极的重现性、稳定性、精密度及抗干扰性

采用同一支修饰电极测定4.0×10-6mol/L的氯霉素6次，相对标准偏差(RSD)为2.0%，说明电极的重现性较好；用同一支修饰电极测定4.0×10-6mol/L的氯霉素溶液一周，RSD为4.5%，说明该修饰电极的稳定性较好；平行制作5支修饰电极，测定4.0×10-6mol/L氯霉素溶液，RSD为3.0%，说明该修饰电极的精密度较好。

在最优条件下，当氯霉素浓度为5.0×10-6mol/L时，50倍的Zn2+，Ca2+，Mg2+，Ba2+，Al3+，Ni2+，Cl-等常见阴阳离子，10倍的甲硝唑、诺氟沙星、环丙沙星和加替沙星等抗生素，不干扰氯霉素的测定，测定误差在±5%范围内。

2.8 实际样品测定

2.8.1 氯霉素滴眼液的测定 在最优实验条件下，不做任何预处理，将氯霉素滴眼液稀释后，直接进行测定，同时做加标回收实验。 3个不同批次测定结果的RSD为1.6%～4.3%，样品加标回收率为95.1%～100.6%，RSD为3.8～4.8%。说明该方法可用于眼药水中氯霉素的测定。

2.8.2 虾中氯霉素的测定 虾直接购于菜市场。将买回的虾剥皮粉碎后，称取适量虾肉于离心管中，加入乙酸乙酯提取，离心，反复两次，合并上清液，旋转蒸发至干后，加入pH 3.0的HAc-NaAc缓冲溶液,利用微分脉冲溶出伏安法进行测定后，进行3个浓度水平(0.50，2.0，50 μmol/L)的加标回收实验。结果显示，购买的虾中未检出氯霉素，3个浓度下的加标回收率分别为118.0%，104.0%，120.0%，RSD分别为6.3%，4.6%，5.8%。说明该修饰碳糊电极的准确度及精密度能满足药物残留分析的要求。

3 结 论

采用简单滴涂法制备了GR/SDS-CPE，该修饰碳糊电极对氯霉素的氧化具有很好的催化作用。扫描电镜研究了该GR/SDS复合膜的表面特征，循环伏安法探讨了该复合物对氯霉素的催化特性。该修饰电极稳定，重现性好，选择性好，灵敏度高，对氯霉素的检测线性范围宽，方法用于氯霉素滴眼液及虾中氯霉素含量的测定，结果满意，说明该修饰电极可用于药物分析及药物残留检验。

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Determination of Chloramphenicol Using Carbon Paste Electrode Modified with Graphene/Sodium Dodecylsulfate Composite

ZHU Ming-fang1*，KUANG Jie-min1，DU Hai-jun2，LONG Ning1，WANG Jing-yue1

(1.College of Pharmacy，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510006，China;2.College of Chemistry and Environment Science，Guizhou Minzu University，Guiyang 550025，China)

A mixed binder containing liquid paraffin and silicone was blended with graphite powder to prepare a carbon paste electrode(CPE).Graphene/sodium dodecyl sulfate complex was used to modify carbon paste electrode to obtain a new modified carbon paste electrode(GR/SDS-CPE).Scanning electron microscopy and cyclic voltammetry were used to study the surface properties and electrochemical properties of the new modified carbon paste electrode，and the results showed that the specific surface area of GR/SDS-CPE was larger than that of CPE，so it is conducive to electron transfer.In pH 3.0 HAc-NaAc buffer solution，chloramphenicol(CAP) yields a sensitive oxidation peak with a potential of 0.194 V at the GR/SDS-CPE，and the oxidation peak current is 10 times larger than that at the CPE.Differential pulse stripping voltammetry(DPSV) showed that the oxidation peak current was linear with concentration of CAP in the range of 1.0×10-8-5.0×10-4mol/L with a detection limit of 5.0 × 10-9mol/L.With the advantages of simplicity，reproducibility and good selectivity，the method was applied in the determination of chloramphenicol eye drops and chloramphenicol residues in shrimp with satsfactory result.

carbon paste electrode；graphene；sodium dodecylsulfate；chloramphenicol

2016-04-06；

2016-05-05

广东省科技计划项目(2014A040401086)；国家自然科学基金(81260639)；贵州省国际科技合作项目([2013]7042)

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.11.017

O657.1；TQ460.72

A

1004-4957(2016)11-1466-05

*通讯作者：朱明芳，博士，副教授，研究方向：药物的电化学分析，Tel:020-39352135，E-mail:zhumfgy@126.com