聚结晶紫修饰电极对槲皮素的灵敏检测

唐 婧，郑胜彪，汪 伟，张 炎，万 海，刘 丽

(1.安徽科技学院 化学与材料工程学院，安徽 凤阳 233100； 2.中国石油抚顺石化公司，辽宁 抚顺 113001)



聚结晶紫修饰电极对槲皮素的灵敏检测

唐 婧1，郑胜彪1，汪 伟1，张 炎1，万 海2，刘 丽2

(1.安徽科技学院 化学与材料工程学院，安徽 凤阳 233100； 2.中国石油抚顺石化公司，辽宁 抚顺 113001)

在碱性条件下应用循环伏安法电聚合制备聚结晶紫修饰电极(PCV/GCE)，并对电极进行表征，探究槲皮素(Quercetin)在此修饰电极上的电化学行为。结果表明，聚结晶紫修饰电极对槲皮素的氧化还原具有较好的电催化活性，在PCV/GCE 上的氧化还原峰电位差减小、峰电流明显增加。电极表面的结晶紫在槲皮素电子传递的过程中充当传递媒介加速电子传递。在 pH=6.5、浓度为0.10 mol/L的 PBS 缓冲溶液中，聚结晶紫修饰电极的差分脉冲伏安(DPV)响应与槲皮素0.10～60.00 μmol/L呈线性关系，检测限为0.05 μmol/L(S/N=3)。在稳定性、选择性和重现性方面该结晶紫修饰电极均有良好的表现，该电极用于检测利肝片中槲皮素的含量，回收率为98.97%～102.01%。

槲皮素； 结晶紫； 循环伏安法； 差分脉冲伏安法； 电聚

黄酮类化合物-槲皮素(Quercetin)，通常存在于植物的花、叶、果实中，它具有多种生物活性和药理作用，具有祛痰、抗氧化、抑制心肌细胞凋亡等多种生物活性及药理作用[1]。目前测定槲皮素的方法有高效液相色谱法[2-3]、毛细管电泳法[4]、光谱法[5-6]和电化学技术[7]等。而其中有颜色的物质会对光谱法检测产生干扰，设备昂贵，操作复杂的液相色谱法和毛细管电泳法也使其应用受到限制，相比而言，电化学技术灵敏度高、简单快捷得到广泛关注，有研究者采用玻碳电极研究槲皮素的电化学行为及测定[8]，还有采用修饰电极对槲皮素进行定性和定量分析[7,9-13]，大大提高了检测灵敏度。最近，利用有机分子聚合到电极表面形成的修饰电极由于稳定性强、重现性好和活性位点多而被人们用于实际检测。

文献[14]报道有机分子与电极表面结合黏附性较强，比如曙红[15]、结晶紫[16]、孔雀石绿[17]和劳氏紫[18]等有机染料已被科学者用于电极修饰材料。目前，未见将染料结晶紫玻碳电极用于对槲皮素的测定研究。本文制备了碱性条件下聚结晶紫修饰玻碳电极，以此实现对槲皮素的测定。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

Parstat4000 电化学工作站，美国Ametek公司；CHI-660C 电化学工作站，上海辰华仪器有限公司；KQ2200B超声波仪，昆山市超声波仪器有限公司；梅特勒-托利多电子天平，瑞士梅特勒-托利多公司；Carl Zeiss EVO18扫描电镜，德国卡尔蔡司公司；三电极系统：工作电极(GCE)、对电极(Pt丝)、参比电极(Ag/AgCl、饱和甘汞电极)；pHs-3C 型酸度计，上海雷磁仪器有限公司。

槲皮素、结晶紫、Na2HPO4、乙醇、NaH2PO4，上海国药集团化学试剂有限公司；超纯水，电导率≥18.3 MΩ·cm。以上试剂均为分析纯。

1.2 溶液配制

用浓度为0.10 mol/L NaH2PO4和Na2HPO4溶液以及H3PO4配制磷酸盐缓冲溶液(PBS)，pH为5.0～7.0。称取0.015 1 g槲皮素溶于无水乙醇中，定容至50 mL，得到浓度为1.0×10-3mol/L槲皮素，其余浓度用PBS缓冲溶液稀释备用。结晶紫溶液的配制：称取一定量结晶紫，配制成浓度为1.0×10-4mol/L的结晶紫水溶液后，加入两倍体积的0.2 mol/L NaOH溶液即可。

1.3 修饰电极的制备

分别使用不同规格(1.00、0.30、0.05 μm)的氧化铝粉末对玻碳电极(Φ=3 mm)表面进行抛光处理，每个抛光步骤之间分别使用二次水对电极的表面进行彻底地冲洗，然后分别使用稀硝酸(硝酸和水体积比1∶3)、无水乙醇和超纯水超声处理 10 min。将预处理过的电极放置到上述配制的结晶紫溶液中，组装好三电极系统后，设置电位为-1.5～2.4 V，扫描速率为100 mV/s 循环扫描若干圈数，即制得结晶紫修饰电极(PCV/GCE)。

1.4 实验方法

将上述制备的槲皮素溶液倒入电解池中，以 PCV/GCE 作为工作电极，Ag/AgCl 电极作为参比电极，Pt 作为对电极，分别采用循环伏安法和差分脉冲伏安法(DPV)进行分析测定。每次扫描结束后，将电极置于空白底液中扫至无峰再进行下一次测定。

2 结果与讨论

2.1 结晶紫的聚合

采取一种温和的电聚使得结晶紫聚合在玻碳电极表面，图1为结晶紫在裸玻碳电极表面聚合循环伏安曲线。结果表明，电聚合条件的变化可以影响膜的厚度和传导电子的能力。峰电流随着扫描圈数增加在不断增加,说明膜的厚度也在增加。同时在电极表面可以观察到有一层亮紫色薄膜,以上现象说明结晶紫已通过电聚合方法沉积到电极表面。

图1 结晶紫在裸玻碳电极表面聚合循环伏安曲线

2.2 修饰电极的表征

采用扫描电子显微镜(SEM)对聚结晶紫修饰玻碳电极和裸玻碳电极表面形态进行研究。图2为裸玻碳电极和聚结晶紫修饰电极的电镜图，相比于裸玻碳电极，修饰后的电极表面明显粗糙，电极表面有效面积加大，有利于促进电子转移。

(a) PCV/GCE

(b) 裸GCE

图3 裸GCE和PCV/GCE的电化学交流阻抗谱

2.3 槲皮素在修饰电极上的循环伏安特性

图4为槲皮素在修饰电极PCV/GCE和裸GCE上循环伏安曲线。从图4中可以看出，在裸GCE上，槲皮素氧化还原峰分别出现在0.068 V和-0.037 V，峰电位之差达到105 mV，而在PCV/GCE电极上氧化还原峰位于0.069 V和-0.012 V，峰电位差减小到81 mV，可以证明槲皮素在修饰电极上化学反应可逆性有所提高。而且相比于裸电极，槲皮素的氧化还原电流明显增强，说明结晶紫修饰电极对于被测物槲皮素有较高的催化活性。

图4 0.1 mmol/L槲皮素在裸GCE和PCV/GCE上的循环伏安曲线

2.4 槲皮素在修饰电极上的机理研究

结晶紫修饰电极对槲皮素的催化氧化可以归结为电极表面PCV聚合增加了电极的有效面积，而且结晶紫本身可以作为电子传递的媒介，可以在电极表面不断更新。槲皮素在PCV电极表面可能的反应机理如图5所示。

图5 槲皮素在PCV/GCE电极上的反应机理

2.5 聚合条件对实验的影响

以聚合电位-1.5～2.4 V为实验条件，考察了结晶紫溶液在电极上不同的聚合圈数对槲皮素测定的影响，结果见图6。从图6中可以看出，在聚合圈数达到8时，槲皮素的氧化电流达最大值。聚合8圈后，聚合膜的电化学活性反而下降。膜的厚度大使电极表面电子传递困难，表明太薄或太厚的膜都不利于实验，合适的膜厚度可以提高灵敏度。

图6 0.1 mmol/L槲皮素在不同聚合圈数下峰电流与聚合圈数关系

2.6 底液酸度的影响

选取PBS作为缓冲溶液，pH为5.0～7.0，改变体系的酸度，采用循环伏安法，设定扫描速率为 100 mV/s，对0.1 mmol/L槲皮素溶液依次进行实验，结果见图7。

图7 槲皮素的电压、电流与pH的关系曲线

由图7可知，槲皮素的峰电位随着 pH增加而负移，说明有质子参与槲皮素的电化学反应。峰电位与缓冲液pH 之间符合一定的线性关系，其线性方程为E(V) = 0.427 8-0.057 6 pH(r=0.987 5)，斜率为-57.6 mV/s，接近-59.0 mV/s，说明槲皮素的电化学反应是等电子等质子反应，与2.4中所推测的机理一致。在pH=6.5时，槲皮素峰电流达最大，故测定底液的酸度选择pH为 6.5的PBS溶液。

2.7 扫描速率对槲皮素电化学行为的影响

扫描速率为20～280 mV/s时，槲皮素的氧化还原峰电流与扫描速率的二分之一次方呈较好的线性关系，其线性方程为：Ipc(μA)=0.225 6v1/2+1.203 6(r=0.993 3)，Ipa(μA)=-0.552 4v1/2-0.838 5(r=0.995 9)，表明槲皮素在PCV/GCE电极上的电化学反应过程主要受扩散控制。

2.8 槲皮素定量检测

在优化的实验条件下，图8 为PCV/GCE对不同浓度槲皮素响应的DPV曲线，图9为氧化峰电流与槲皮素浓度的线性关系曲线。由图8和图9可知，电流值与槲皮素浓度在0.10～60.00 μmol/L呈线性关系，Ipa(μA)=-0.082 6c(μmol/L)-0.364 8(r=0.993 6)，检出限为0.05 μmol/L(S/N=3)。低的检测限表明，不仅是PCV的电极表面积大，而且结晶紫具有电子传递媒介作用。将此修饰电极结果与之前报道的修饰电极方法相比[10-11]，PCV/GCE线性范围更宽，检出限更低。

图8 PCV/GCE对不同浓度槲皮素响应的DPV曲线

图9 氧化峰电流与槲皮素浓度的线性关系曲线

2.9 电极的稳定性和干扰实验

实验考察相同条件下制备的6支PCV/GCE 修饰电极，分别测定0.1 mmol/L槲皮素的DPV电流值，6支修饰电极上槲皮素的电流值的相对标准偏差(RSD)为1.8%，结晶紫修饰电极有良好的重现性。PCV/GCE 室温放置两周后，同样条件下对0.1 mmol/L槲皮素再次进行测定实验，峰电位无明显变化，峰电流的相对误差为12%，证明 PCV/GCE稳定性强。实验对电极的抗干扰能力进行考察，结果表明，一些常见干扰物质如100倍的KCl、Na2SO4、Cu(NO3)2、MgCl2、CaCl2、ZnCl2、FeCl3、Na2CO3和30倍的L-苏氨酸、L-缬氨酸、L-谷氨酸、抗坏血酸、多巴胺对槲皮素的检测无干扰(电流变化小于5%)。

2.10 样品中槲皮素的测定

样品(不同批次利肝片)的制备参考文献[1]：取1片(500 mg/片)利肝片片剂，研碎处理后置于索氏提取器中，加一定量乙醇，加热回流至提取液无色，蒸干，再用少量乙醇溶解，缓冲液定容至100 mL，待测。从检测结果来看，利肝片中均有黄酮类物质槲皮素，为进一步考察方法的可行性，对其回收率进行测定，结果如表1所示。由表1可知，回收率为98.97%～102.01%，说明PCV/GCE电极对药品中槲皮素测定是切实可行的。

表1 样品中槲皮素测定结果(n=3)

注：回收率= 100%×c测定值/(c添加值+c实际值)

3 结 论

利用循环伏安法将结晶紫聚合到玻碳电极表面，通过循环伏安法研究了黄酮类化合物-槲皮素在该修饰电极上的电化学行为，通过差分脉冲伏安法实现痕量槲皮素的定量检测，并对槲皮素在PCV/GCE的反应机理进行解释。实验结果显示PCV/GCE对槲皮素检测的浓度在0.10～60.00 μmol/L，检出限(S/N=3)可达0.05 μmol/L。这表明PCV/GCE对槲皮素检测具有灵敏度高和选择性强的优点，对于实际样品(利肝片)的测定回收率为98.97%～102.01%，说明该电极的实际应用能力，这种电极有潜力用于其他黄酮类物质的检测。

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(编辑 宋官龙)

Determination of Quercetin at Poly (Crystal Violet) Modified Glassy Carbon Electrode

Tang Jing1，Zheng Shengbiao1，Wang Wei1，Zhang Yan1，Wan Hai2，Liu Li2

(1.CollegeofChemistryandMaterialEngineering,AnhuiScienceandTechnologyUniversity,FengyangAnhui233100,China; 2.PetroChinaFushunPetrochemicalCompany,FushunLiaoning113001,China)

The poly (crystal violet) modified electrode (PCV/GCE) was prepared by cyclic voltammetry polymerization under alkaline conditions and the electrode was characterized. The electrochemical behavior of quercetin (Quercetin) on the modified electrode was investigated. The results show that poly (crystal violet) modified electrode has better electrocatalytic activity for the oxidation reduction of quercetin, the redox potential difference in PCV/GCE decreases, and the peak current increases obviously. The crystal violet on the electrode surface acts as a transfer mediator to accelerate the electron transport during the electron transfer of quercetin. In the PBS buffer solution with pH=6.5 and concentration of 0.10 mol/L,the differential pulse voltammetry (DPV) response of the poly crystal violet modified electrode is linear with quercetin 0.10～60.0 μmol/L, and the detection limit was 0.05 μmol/L(S/N=3).The crystal violet modified electrode has good performance in terms of stability, selectivity and reproducibility. The electrode is used to detect the content of quercetin in the liver tablets. The recovery rate is 98.97%～102.01%.

Quercetin; Poly (crystal violet); Cyclic voltammetry; Differential pulse voltammetry; Electropolymerization

1672-6952(2017)03-0001-05 投稿网址：http://journal.lnpu.edu.cn

2017-04-17

2017-05-11

安徽省教育厅自然科学重点项目(KJ2017A506)；安徽科技学院重点学科(AKZDXK2015A01)；安徽科技学院自然科学研究项目(ZRC2016485)；安徽省自然科学青年基金项目(1508085QB41)。

唐婧(1982-)，女，博士，讲师，从事修饰电极和电分析化学方面的研究；E-mail：zhengtang102@163.com。

O657.1

A

10.3969/j.issn.1672-6952.2017.03.001