分步电沉积普鲁士蓝、纳米铜复合膜修饰玻碳电极测定芦丁

王 娟， 李 玲， 刘计敏， 张 燕， 郑 晶， 郭满栋

(山西师范大学化学与材料科学学院,山西临汾 041004)

芦丁(Rutin)又名维生素P，它是一种主要分布在植物体内的类黄酮化合物，具有抗氧化性，有助于保持和恢复毛细血管的正常作用，增强抵抗力[1]，临床上主要用于心脑血管疾病、高血压、肿瘤炎症等的辅助治疗。目前，测定芦丁的方法有高效液相色谱法[2,3]、毛细管电泳法[4]、分光光度法[5]、化学发光法[6]和电化学方法[7]等。其中，电化学方法由于其操作简便，设备简单、灵敏度高、重现性好等优点引起人们的关注。芦丁分子中含有4个酚羟基，具有电化学活性，其在不同类型化学修饰电极上的电化学研究及测定均有报道[8 - 10]。但本实验所制备的修饰电极对芦丁的测定，还未见相关文献报道。

普鲁士蓝(PB)具有良好的电化学可逆性、高度的稳定性和容易制备的优点，因此一直在电化学传感器方面有很大的应用空间[11 - 13]。纳米金属粒子具有尺寸小，比表面积大、良好的生物兼容性等特性，作为电极材料可以大大加速电子的传输速率，在电化学领域有着广泛的应用研究[14,15]。而纳米铜(CuNPs)具有极化电流小、物质扩散极快、比表面积大、制备方法简单、稳定性好的优点，对很多电活性物质，如 H2O2、葡萄糖等具有较强的电催化作用。

本实验采用分步连续电沉积的方法，将PB和CuNPs分步沉积于GCE上，制成CuNPs/PB/GCE修饰电极。结果表明，这种复合膜的存在有效增强了电极表面电子的传递速率，对芦丁有明显的电催化作用，并且提高了电极的选择性以及稳定性等电化学性质，据此建立了一种测芦丁的新的电分析方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

LK2005A型电化学工作站(天津市兰力科化学电子高技术有限公司)。电化学实验采用三电极体系：裸GCE(d=2 mm)和修饰电极为工作电极，Ag/AgCl(饱和KCl)电极为参比电极；铂丝电极为辅助电极。雷磁PXSJ-216型离子计(上海精密科学仪器有限公司)；电子天平(北京赛多利新型仪器系统有限公司)；KQ-250B超声波清洗器(昆山市超声波仪器制造厂)。

K3[Fe(CN)6](天津市光复科技发展有限公司)，配制浓度为2.5×10-3mol/L。FeCl3(天津市科密欧化学试剂有限公司)，配制浓度为2.5×10-3mol/L。K4[Fe(CN)6](天津市光复精细化工研究所)，配制浓度为2.5×10-3mol/L。CuCl2(洛阳市化学制剂厂)，配制浓度为2.0×10-3mol/L。芦丁标准品(合肥博美生物科技有限责任公司)，其余实验所用试剂均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。

1.2 CuNPs/PB/GCE的制备过程

1.2.1GCE的预处理将GCE用0.05m的Al2O3粉打磨，依次用水、HNO3(1+1)、无水乙醇、水各超声清洗5 min。然后在0.2 mol/L的H2SO4中，于-0.4～+1.2 V电位范围内，以100 mV/s扫速循环伏安扫描10圈，活化电极。最后用水冲洗干净，高纯氮吹干，备用。

1.2.2CuNPs/PB/GCE的制备将经预处理后的GCE浸入到分别含有3 mL 2.5×10-3mol/L K4[Fe(CN)6] 和3 mL 2.5×10-3mol/L FeCl3的电解池中，通入氮气，在-0.2～0.6 V的电位范围内，以100 mV/s扫速，循环伏安扫描15圈，并用水冲洗，即得PB/GCE。将上述电极浸入到盛有5 mL 2.0×10-3mol/L CuCl2的电解池中，通入氮气，在-1.0～+1.0 V的电位范围内，以100 mV/s的扫速，循环伏安扫描10圈，并用水冲洗，即得CuNPs/PB/GCE，室温晾干，备用。

1.3 实验方法

实验采用三电极系统，室温下，以pH=6.32的磷酸盐缓冲溶液(PBS)为底液，在-1.0～1.0 V的电位范围内，以100 mV/s的扫速对芦丁进行循环伏安和差分脉冲伏安测定。

2 结果与讨论

2.1 CuNPs/PB/GCE的电化学表征

用循环伏安法在扫速为0.1 mV/s的条件下，以[Fe(CN)6]3-/4-作为分子探针对修饰过程中电极表面的变化进行表征。图1是不同电极在含2.5×10-3mol/L[Fe(CN)6]3-/4-溶液中的循环伏安图。裸GCE在[Fe(CN)6]3-/4-溶液中出现一对较弱的氧化还原峰(曲线a)。当在裸GCE表面修饰一层PB薄膜(曲线b)或CuNPs(曲线c)后，由于PB及CuNPs对分子探针传递的结果，氧化峰电流和还原峰电流均明显增大，峰间距缩小。当在裸GCE表面同时修饰PB薄膜和CuNPs后(曲线d)，氧化峰电流和还原峰电流均继续增大，并且两峰间距继续缩小，表明PB薄膜和CuNPs的共同作用同时促进了电子在电极表面的传递速度。

图1 不同电极在[Fe(CN)6]3-/4-溶液中的循环伏安图Fig.1 Cyclic voltammograms of different electrodes in [Fe(CN)6]3-/4- solution (a) Bare glassy carbon electrode;(b) PB/GCE;(c) CuNPs/GCE;(d) CuNPs/PB/GCE.

2.2 芦丁的循环伏安法研究

图2 CuNPs/PB/GCE在PBS(a)和含Rutin(1.0×10-6 mol/L)的PBS中(b)的循环伏安图Fig.2 Cyclic voltammogram of CuNPs/PB/GCE in blank PBS(a) and PBS with 1.0×10-6 mol/L Rutin(b)scan rate:0.1 V/s.

如图2所示，CuNPs/PB/GCE在空白缓冲溶液(a)中进行循环伏安扫描时，在-0.236 V处出现一个灵敏的还原峰P1(Ipc=179.7297 μA)和一个不太灵敏的氧化峰P2，而在含有1.0×10-6mol/L芦丁的pH=6.32的PBS(b)中进行循环伏安扫描时，P1峰电流明显下降(Ipc=142.2701 μA)峰电位几乎不变，而P2峰电流变化不太明显。说明修饰电极对芦丁有明显的响应，芦丁的加入抑制了修饰电极的活性，导致还原峰电流较空白峰明显降低，说明芦丁在该修饰电极发生了不可逆的电催化氧化还原反应。

2.3 CuNPs/PB/GCE测定条件的优化

2.3.1缓冲溶液的选择本实验研究了芦丁分别在1/15 mol/L的NaAc-HAc(pH=4.38)、Na2B4O7-KH2PO4(pH=6.20)、KCl-HCl(pH=1.57)、柠檬酸-Na2HPO4(pH=4.58)、Tris-HCl(pH=8.17)和PBS(pH=6.36)中的电化学行为。结果表明，芦丁在PBS中峰形最好，峰电流最高。所以实验选择PBS为底液。

2.3.2pH的选择以PBS为底液，考察了CuNPs/PB/GCE在不同pH值的缓冲溶液中的电化学行为。实验结果显示，pH在4.45～6.32范围内，随着pH值的增大峰电流逐渐增大；在pH为6.32～7.89范围内，随着pH值的增大峰电流逐渐减小。pH为6.32时峰电流最大。选用pH为6.32的PBS作为本实验的缓冲溶液。

考察了pH对峰电位的影响，结果显示，还原峰的峰电位随着pH的增大而逐渐负移，表明该电极反应有质子参与。其线性方程为：E(V)=-0.07353pH+0.19633，R2=0.81872。其斜率为-0.07353，将其代入公式EP/dpH=0.0592x/n(式中x为质子数,n为电子数)中,可求得x=1.242，即转移的质子数为1个。

2.3.3反应电子数的计算在选定的实验条件下，改变扫描速率(70、110、150、190、230 mV/s)，结果表明，随着扫描速率v的增大，还原峰电位负移，并且峰电流逐渐增大。扫速在70～230 mV/s范围内，扫速平方根和峰电流呈线性关系，其线性回归方程为：Ipc=481.46954v1/2-20.11216,(IPC:μA；v1/2:(V/s)-1/2；R2=0.99449)，说明芦丁在CuNPs/PB/GCE修饰电极上是受扩散控制的反应过程。

随着扫描速率的增大，在70～230 mV/s范围内，还原峰电位E与扫描速率对数呈良好的线性关系，线性方程为：E(V)=-0.09666lgv-0.35878，R2=0.9634。直线斜率为-0.09666，截距为-0.35878。由其直线斜率可得an=-0.306，取a=0.5，可计算求得n≈1；由此可知，芦丁在CuNPs/PB/GCE修饰电极上发生了一个电子交换的不可逆还原反应。

2.4 CuNPs/PB/GCE电极的响应性能

2.4.1线性范围与检出限实验配制了一系列不同浓度的芦丁标准溶液，采用差分脉冲伏安法对其电化学响应进行测定。实验表明，芦丁还原峰的峰电流与其浓度在1.0×10-8～1.0×10-4mol/L范围内呈良好的线性关系。其线性方程为：IP1=-13.45226c+172.7744，R2=0.99407。检出限(S/N=3)为2.8×10-9mol/L，说明此方法对Rutin的检测有较高的灵敏度。

2.4.2共存离子的干扰在最优的实验条件下，在浓度为1.0×10-6mol/L的芦丁溶液中，分别加入以下物质：甲酸、乙酸、鸟嘌呤、甘氨酸、L-(+)-谷氨酸、抗坏血酸，考察了它们对芦丁测定的影响。结果表明，它们对本实验不产生干扰。

2.4.3CuNPs/PB/GCE修饰电极的重现性、稳定性将修饰电极在4 ℃下放置一星期后，再对芦丁进行测定，电流响应基本保持不变，说明该修饰电极很稳定。用CuNPs/PB/GCE对1.0×10-6mol/L的芦丁平行测定5次，所测得的峰电流相对标准偏差(RSD)=1.12%,表明该修饰电极有良好的重现性。

2.5 样品分析

选取pH=6.32的PBS为测试底液，分别向底液中加入四种不同浓度的芦丁标准溶液，测量其峰电流，绘制标准曲线。然后在标准溶液中分别加入不同体积的芦丁溶液，测量其峰电流，利用工作曲线法得其浓度，求得样品的回收率。如表1所示，CuNPs/PB/GCE有较好的回收率(99.05%～104.54%)，且与高效液相色谱法几乎相同，可以用于实际样品的测量。

表1 样品中Rutin的回收测定

3 结论

本文采用连续分步电沉积的方法，在裸玻碳电极首先电沉积了普鲁士蓝膜，然后连续电沉积纳米铜薄膜制得了CuNPs/PB/GCE。将该修饰电极用于芦丁的测定，结果表明在优化的实验条件下，该修饰电极对芦丁有明显的响应，检出限(S/N=3)为2.8×10-9mol/L。该修饰电极的制备方法简单、电流响应快、线性范围宽、具有较好的稳定性和重现性，可望由此建立一种测定芦丁的新方法。