长春地辛在硫化铜纳米花/石墨烯修饰玻碳电极上的电化学行为

高宝平，郭满栋，武五爱

(1.山西师范大学化学与材料科学学院，临汾041004;2.吕梁学院汾阳师范分校，汾阳032200)

长春地辛在硫化铜纳米花/石墨烯修饰玻碳电极上的电化学行为

高宝平1，2，郭满栋1*，武五爱2

(1.山西师范大学化学与材料科学学院，临汾041004;2.吕梁学院汾阳师范分校，汾阳032200)

通过改进的Hummers法和溶剂热法分别制备了石墨烯和硫化铜纳米花。采用滴涂法进一步依次将石墨烯和硫化铜纳米花修饰于玻碳电极，制备了硫化铜纳米花/石墨烯修饰玻碳电极(Nanoflower CuS/GR/GCE)。利用循环伏安法和差分脉冲伏安法等研究了长春地辛在该修饰电极的电化学行为。结果表明:长春地辛的浓度在1.0×10－8～1.0×10－7mol·L－1，1.0×10－7～1.1× 10－5mol·L－1及1.1×10－5～1.0×10－4mol·L－1内与其对应的峰电流的减小量呈线性关系，检出限(3S/N)为4.9×10－9mol·L－1。对1.0×10－6mol·L－1长春地辛标准溶液连续测定5次，测定值的相对标准偏差为1.2%。方法用于长春地辛药品样品的分析，加标回收率在97.1%～103%之间。

长春地辛;石墨烯;硫化铜纳米花;电化学行为;修饰电极

长春地辛(VDS)是抗癌药西艾克的主要成分，又称癌的散、长春花碱酰胺、长春酰胺、去乙酰长春花碱酰胺，系从植物中提取长春碱后，经多步化学反应改变某些基团而成，为半合成长春花碱衍生物，是细胞周期特异性抗肿瘤药物［1-3］，其分子式为C43H55N5O7，结构见图1。作为一种新型的抗癌药物，其作用机制是抑制细胞内微管蛋白的聚合，阻止增殖细胞有丝分裂中纺锤体的形成，使细胞分裂停于有丝分裂中期［4］。临床上主要用于治疗肺癌、恶性淋巴瘤、乳腺癌、食管癌及恶性黑色素瘤等［5-8］。但同时VDS毒副作用较大，为确保用药的安全性及有效性，对其剂量的控制极为重要。因此，对于VDS的检测具有重要的实际意义。

目前，测定VDS的方法主要有液相色谱法、色谱-串联质谱法和毛细管电泳等［9-10］。但这些方法操作繁琐，检测耗时，仪器昂贵，在实际应用中存在一定的困难。而电化学方法因其操作简便、设备简单、灵敏度高、重现性好等优点，受到众多分析工作者的青睐。文献［11］以纳米金(AuNPs)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为修饰剂，采用电沉积、静电吸附等手段制备了一种新型修饰电极对VDS进行测定。

本工作通过改进的Hummers法［12］和溶剂热法［13］分别制备了石墨烯和硫化铜纳米花，并且采用扫描电镜、循环伏安法和交流阻抗谱等电化学测试技术对其形貌、电化学行为等进行了表征。采用滴涂法进一步依次将石墨烯和硫化铜纳米花定量修饰于玻碳电极，制备了一种新型修饰电极-硫化铜纳米花/石墨烯修饰玻碳电极(Nanoflower CuS/GR/ GCE)，并研究了VDS在该修饰电极上的电化学行为，探究了试验条件。结果表明:该修饰电极对VDS有良好的电化学响应，据此建立了一种简单、快速、灵敏的测定VDS的方法。将该方法应用于药品中VDS的测定，结果满意。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

LK 2005A型电化学工作站;KQ-250B型超声波清洗器;pHS-3C型酸度计;微量进样器。电化学试验采用三电极体系:Ag/AgCl(饱和氯化钾溶液)电极为参比电极;铂丝电极为辅助电极;裸玻碳电极(直径2 mm)和修饰玻碳电极为工作电极。

VDS标准储备溶液:1.0×10－6mol·L－1，于4℃避光保存，使用时逐级稀释。

磷酸盐缓冲溶液(PBS):由磷酸氢二钠和磷酸二氢钾溶液混合配制。

N，N-二甲基甲酰胺溶液:1.0×10－3mol·L－1。

所用试剂均为分析纯，试验用水为重蒸蒸馏水，所用玻璃仪器依次用硝酸、乙醇、重蒸蒸馏水清洗，晾干。

1.2 仪器工作条件

交流阻抗测试参数设置为:频率范围0.01～100 000 Hz，振幅5 mV，静置5 s，初始电压为试验开始时测得的开路电压。

1.3 试验方法

1.3.1 石墨烯和硫化铜纳米花的制备

参照文献［12-13］，通过改进的Hummers法和溶剂热法分别制备了石墨烯(GR)和硫化铜纳米花(Nanoflower CuS)。称取所制备的石墨烯和硫化铜纳米花各5 mg，分别加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)10 mL，超声振荡使其分散于DMF中，形成质量浓度为0.5 g·L－1的石墨烯分散溶液和硫化铜纳米花分散溶液，保存备用。

1.3.2 硫化铜纳米花/石墨烯修饰玻碳电极的制备

玻碳电极(GCE)用0.05μm的氧化铝粉抛光至镜面，再依次用水、硝酸(1+1)溶液、无水乙醇、水各超声5 min。然后将裸玻碳电极置于0.2 mol· L－1硫酸溶液中，于电位－0.4～+1.2 V内，以100 mV·s－1扫描速率循环扫描10圈，活化电极。活化完毕后用水冲洗干净，用高纯氮吹干备用。

取上述已活化的玻碳电极，用微型进样器取石墨烯分散液3μL滴涂于电极表面，于冰箱内4℃晾干，制得石墨烯修饰玻碳电极(GR/GCE)，然后再滴涂硫化铜纳米花分散液3μL于其表面，于冰箱内4℃晾干，制得硫化铜纳米花/石墨烯修饰玻碳电极(Nanoflower CuS/GR/GCE)，置于冰箱内4℃晾干备用。

1.3.3 样品测定

采用循环伏安法(CV)和电化学交流阻抗法(EIS)对Nanoflower CuS/GR/GCE进行表征。在室温下，以修饰电极为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂丝电极为对电极。在pH 7.10的PBS中，采用循环伏安法和差分脉冲伏安法(DPV)对VDS进行测定。电极在使用前后均在空白缓冲溶液中循环伏安扫描，以活化电极和洗脱吸附的样品。

图1 VDS的结构式Fig.1 Structural formula of VDS

2 结果与讨论

2.1 石墨烯和硫化铜纳米花的扫描电镜分析

石墨烯和硫化铜纳米花的扫描电镜图见图2。

图2 石墨烯和硫化铜纳米花的扫描电镜图Fig.2 SEM images of graphene and CuS nanoflower

由图2(a)可知:所制备的石墨烯片层已经达到纳米级别;由图2(b)可知，所制备硫化铜纳米花整体呈分散均匀的花状结构，其粒径小于5μm;图2(b)呈现了硫化铜纳米花的片层厚度，约为30 nm左右。这两种纳米材料，具有大的比表面积，为修饰电极提供了优越的性能。

2.2 电极的电化学性质表征

2.2.1 循环伏安行为

采用循环伏安法，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。裸玻碳电极与各种修饰电极在含0.1 mol·L－1氯化钾的1.0×10－3mol·L－1K3Fe(CN)6溶液中的循环伏安图见图3。

图3 不同电极的循环伏安图Fig.3 CVs of different electrodes

由图3可知:裸玻碳电极在［Fe(CN)6］3－/4－溶液中出现一对较弱的氧化还原峰(曲线1)，且峰间距较大;当在裸玻碳电极表面修饰硫化铜纳米花薄膜(曲线2)或石墨烯(曲线3)后，氧化峰电流和还原峰电流均明显增大，峰间距缩小，表明硫化铜纳米花和石墨烯均促进了电子在电极表面的传递速率;在滴涂石墨烯的玻碳电极表面继续修饰硫化铜纳米花后(曲线4)，氧化峰电流和还原峰电流达到最大，并且两峰间距达到最小，表明修饰电极表面石墨烯和硫化铜纳米花的共同作用同时促进了电子在电极表面的传递速率。

2.2.2 交流阻抗行为

采用交流阻抗技术对电极表面的修饰过程进一步表征，不同电极的交流阻抗图见图4。

图4 不同电极的交流阻抗图Fig.4 EIS curves of different electrodes

由图4可知:曲线4(Nanoflower CuS/GR/GCE在含0.1 mol·L－1氯化钾的1.0×10－3mol·L－1［Fe(CN)6］3－/4－溶液中的交流阻抗图)的阻抗谱高频部分阻抗半圆明显小于裸玻碳电极(曲线1)，说明Nanoflower CuS/GR/GCE表面电阻小于裸玻碳电极，表明修饰材料可明显降低电子转移电阻，加速［Fe(CN)6］3－/4－溶液与电极表面间电子转移，同时也说明石墨烯和硫化铜纳米花成功地修饰到了电极表面。

2.3 VDS的电化学响应

Nanoflower CuS/GR/GCE在PBS和含1.0× 10－6mol·L－1VDS的PBS中的循环伏安图见图5。

由图5可知:Nanoflower CuS/GR/GCE在空白PBS(曲线1)中进行循环伏安扫描时，在0.276 V处出现一个氧化峰，氧化峰电流(Ipa)为－191.00μA;当把修饰电极放在含有1.0×10－6mol·L－1VDS的pH 7.10的PBS(曲线2)中进行循环伏安扫描时，氧化峰电流为－141.67μA，峰电流明显下降。结果表明:修饰电极对VDS有明显的响应，VDS的加入抑制了修饰电极的活性，降低了电极传递电子的能力，从而使氧化峰电流明显降低。

2.4 试验条件的选择

2.4.1 底液

试验考察了VDS分别在0.067 mol·L－1的乙酸-乙酸钠、柠檬酸-磷酸氢二钠、四硼酸钠-磷酸二氢钾、氯化钾-盐酸、三羟甲基氨基甲烷(Tris)-盐酸和PBS等不同酸度的底液中的电化学行为。结果表明:VDS在PBS底液中峰形最好，氧化峰电流的下降值最大。试验选用PBS为底液。

2.4.2 酸度

控制扫描速率为100 mV·s－1，试验考察了PBS的pH为5.64～7.89时，Nanoflower CuS/GR/ GCE电极对1.0×10－6mol·L－1VDS标准溶液的电化学响应情况。结果表明:随pH的增大，氧化峰电流的减小量先增大，后减小;在pH为7.10时，氧化峰电流的减小量达到最大。试验选择PBS的pH为7.10。

2.4.3 扫描速率

试验考察了不同扫描速率对VDS加入后峰电流减小量的影响，结果发现:当扫描速率为100 mV·s－1时，峰电流的减小量达最大，峰形最好，且在一定范围内峰电流的减小量和扫描速率成正比，这说明VDS在Nanoflower CuS/GR/GCE上是受吸附控制的电极反应过程。试验选择扫描速率为100 mV·s－1。

2.5 共存物的干扰

按试验方法在1.0×10－6mol·L－1VDS标准溶液中，分别加入鸟嘌呤、甘氨酸、L-(+)-谷氨酸、抗坏血酸、儿茶素、米托蒽醌、五氟尿嘧啶等，考察了这些物质对VDS测定的影响。结果表明，共存物对试验几乎不产生干扰。

2.6 标准曲线和检出限

试验配制了一系列不同浓度的VDS标准溶液，按试验方法采用差分脉冲伏安法对其电化学响应进行测定，结果见图6。

图6 Nanoflower CuS/GR/GCE在不同浓度VDS下的差分脉冲伏安图Fig.6 DPVs of Nanoflower CuS/GR/GCE at VDS with different concentration

由图6可知:随VDS浓度的不断增大，氧化峰电流逐渐减小。结果表明:VDS的浓度依次在1.0×10－8～1.0×10－7mol·L－1，1.0×10－7～1.1×10－5mol·L－1，1.1×10－5～1.0×10－4mol· L－1内与其对应的峰电流的减小量呈线性关系，线性回归方程依次为y=－91.00 x+163.6，y=－9.362 x+152.9，y=－0.456 x+55.50，相关系数依次为0.999 0，0.998 9，0.999 4。方法的检出限(3S/N)为4.9×10－9mol·L－1，说明方法对VDS的检测有较高的灵敏度。

图5 Nanoflower CuS/GR/GCE在PBS和含1.0×10－6mol·L－1VDS的PBS中的循环伏安图Fig.5 CVs of Nanoflower CuS/GR/GCE in blank PBS and in the PBS with 1.0×10－6mol·L－1VDS

2.7 Nanoflower CuS/GR/GCE的稳定性和重现性

将所制备的Nanoflower CuS/GR/GCE储存在4℃下，放置两周后，再对VDS进行测定。结果表明:电流响应基本保持不变，能够保持在初始电极响应性能的96%左右，说明该修饰电极具有较好的稳定性。

按试验方法，用Nanoflower CuS/GR/GCE对1.0×10－6mol·L－1VDS标准溶液平行测定5次，测定值的相对标准偏差(RSD)为1.2%，说明该修饰电极有良好的重现性。

2.8 方法的回收试验

按试验方法对VDS药品样品(标准量10 mg/瓶)进行测定，并进行加标回收试验，其结果见表1。

表1 样品分析结果Tab.1 Analytical results of the samples

由表1可知:回收率在97.1%～103%之间，表明方法准确度高，可用于实际样品的检测。

本工作采用滴涂法将所制备的石墨烯、硫化铜纳米花材料分步定量修饰于玻碳电极，成功制备了硫化铜纳米花/石墨烯修饰玻碳电极。通过循环伏安法和交流阻抗法对电极表面进行了表征，试验结果表明了这两种材料降低了电极表面电阻，增强了电子的传递速率。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，可建立一种简单、快速测定VDS的方法。

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Electrochemical Behavior of Vindesine at Nanoflower CuS/Graphene Modified Glassy Carbon Electrode

GAO Baoping1，2，GUO Mandong1*，WU Wuai2
(1.School of Chemistry and Material Science，Shanxi Normal University，Linfen 041004，China; 2.Fenyang Teachers，School Branch，Luliang University，Fenyang 032200，China)

Graphene and CuS nanoflower were prepared respectively by modified Hummers method and solvothermal method.And then nanoflower CuS and graphen were coated by dropping successively onto the surface of glassy carbon electrode，to prepare the nanoflower CuS-graphene modified GCE(abbrev.as nanoflower CuS/GF/GCE).The electrochemical behavior of vindesine at this modified electrode was studied by cyclic voltametry and different pulse voltametry.It was found that linear relationship between the magnitude of decrease of oxidation peak current and concentration of vindesine was obtained in the ranges of1.0×10－8to 1.0×10－7mol·L－1，1.0×10－7to 1.1×10－5mol ·L－1and 1.1×10－5to 1.0×10－4mol·L－1，with detection limit(3S/N)of 4.9×10－9mol·L－1.Precision of the method was tested at the concentration of 1.0×10－6mol·L－1vindesine standard solution for 5 determinations，value of RSD found was 1.2%.The proposed method was applied to the analysis of drug samples of vindesine，giving values of recovery in the range of97.1%－103%.

vindesine;graphene;CuS nanoflower;electrochemical behavior;modified GCE

O657.1

A

1001-4020(2017)05-0522-05

10.11973/lhjy-hx201705006

2016-07-15

山西省自然科学基金(20001057)

高宝平(1976－)，男，山西临县人，讲师，硕士，研究方向为电分析化学

*通信联系人。Guomd123@163.com