雌二醇在Fe(OH)3修饰碳糊电极上的电化学行为及测定

田冬梅, 唐艺桐, 胡 鑫, 辛士刚

(沈阳师范大学 化学化工学院, 沈阳 110034)

雌二醇(estradiol,E2),化学式为C18H24O2,化学名为雌甾-1,3,5(10)-三烯-3,β17-二醇,是人体内一种重要的十八碳固醇类激素,其浓度的过高或过低都会导致生殖系统及内分泌系统紊乱[1-2]。目前测定E2的方法主要有免疫分析技术[3-5]、GC-MS、LC-MS联用技术[6-8]、HPLC技术[9-11]等。

碳糊电极拥有残余电流低、制备简便、价格便宜、表面易再生等优点[12]。由Fe(OH)3修饰的碳糊电极表面的Fe3+可与酚类化合物构成电荷转移络合物[13-14],所以本文利用Fe(OH)3粒子修饰碳糊电极对E2的固相微萃取作用对E2进行电化学测定,获得了满意的结果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器:CHI620B电化学工作站(上海辰华仪器公司);三电极体系(饱和甘汞、铂、碳电极)。

试剂:氢氧化铁(分析纯);KCl(1.0 mol/L)溶液。所用试剂均为国药集团化学试剂有限公司产品。E2储备溶液(1×10-3mol/L):准确称取E2标准品(上海麦克林生化科技有限公司)用无水乙醇溶解后定容。采用磷酸氢二钠—柠檬酸缓冲体系,实验用水为二次蒸馏水。

1.2 碳糊电极的制备

分别称取0.04 g Fe(OH)3粉末,1.2 g碳粉,0.5 g硅油,将Fe(OH)3粉末与碳粉混匀后逐滴加入硅油搅拌混匀,即得到Fe(OH)3修饰的碳糊。将修饰碳糊填充到基础碳电极中,在硫酸纸上以打圈的方式打磨至有金属光泽,去掉外沿残余物即为碳糊工作电极。

1.3 电化学分析

将适量一定浓度的样品溶液加入到5 mL 1.0 mol/L的KCl(pH=4.0)支持电解质溶液中,搅拌开路富集60 s后,以0.2 V/s扫描速率记录+0.0～+0.8 V间的循环伏安曲线。

2 结果与讨论

2.1 E2在Fe(OH)3修饰电极上的电化学行为

在反应池中加入5.0 mL 1.0 mol/L KCl溶液(支持电解质),5.0 mL 1×10-5mol/L E2溶液,以缓冲溶液调节pH值至4.0,在+0.0～+0.8 V之间实行循环伏安扫描,得到图1。曲线1是E2在裸碳糊电极上的循环伏安曲线在0.669 V的位置具有1个不可逆氧化峰,峰电流大小为3.743 μA。曲线2是E2在Fe(OH)3修饰电极上的循环伏安曲线,在0.632 V的位置有一氧化峰,峰电流大小增大为12.36 μA,比未修饰电极增大了3.3倍,且峰电位负移了36 mV,表明Fe(OH)3修饰碳糊电极对E2具有固相微萃取和电催化的效果。改变扫描速率,得到峰电流与扫速之间线性相关方程为ipa=0.702+20.515 V,相关系数为0.992。表明E2的氧化过程属于吸附控制[15]。

2.2 修饰比例的影响

使用Fe(OH)3与碳粉混合,填充的碳糊电极对1×10-5mol/L E2进行检测。对于Fe(OH)3的掺入,如图2所示,含量从0.01～0.06 g依次增加,峰电流随之增大,当修饰量达到0.04 g时峰电流最大。

图1 E2在不同电极上的循环伏安曲线

图2 氧化峰电流与修饰物含量关系曲线

2.3 pH值的影响

调节pH值在2.0～10.0范围内,开始循环伏安试验,并绘制峰电流(ipa)-pH图,如图3(a)所示在pH值为2.0～4.0区间中峰电流值改变不大,在pH=5时开始显著降低,试验选择最佳pH值为4.0。绘制峰电位(Epa)-pH图,如图3(b)所示,在pH值为2.0～8.0范围内,随pH值提高峰电位负移,二者线性相关,回归方程为Epa=0.903-0.056 pH,相关系数为0.993,表明E2是等电子等质子转移的氧化反应。

图3 氧化峰电流(a)和氧化峰电位(b)与溶液pH的关系Fig.3 The relationships between oxidation peak current (a) and oxidation peak potential (b) with pH

2.4 富集时间的影响

富集时间对氧化峰电流的影响如图4所示。 在前0～100 s内,随富集时间的增加, 氧化峰电流增加, 当富集时间达到60 s时, 峰电流达到最大值, 60 s后峰电流变化趋于平稳所以选用60 s为最佳时间。

2.5 线性范围及检出限

在优化条件下,氧化峰电流与E2浓度在8×10-7～3×10-5mol/L范围内有较好的线性关系,回归方程为ipa=52.110-3.672lnc,相关系数为R2=0.992,检测限为5×10-7mol/L,如图5所示。

图4 氧化峰电流与富集时间的关系

图5 氧化峰电流与浓度对数的关系

2.6 干扰实验

按试验步骤对1×10-5mol/L E2标准溶液实行检测,相对误差为RSD<2.11%范围时,200倍的丙氨酸、抗坏血酸、葡萄糖、蔗糖、柠檬酸,几乎不干扰E2的检测。

2.7 重现性及回收率

在优化条件下采用Fe(OH)3修饰碳糊电极,对浓度为1×10-5mol/L的E2平行测定5次,测得结果的相对标准偏差为RSD=2.11%。

雌二醇片(Abbot Healthcare Products B.V.,标示量2 mg/片)无水乙醇溶液超声溶解,加水定容至100 mL,加入2×10-5mol/L雌二醇标准溶液,平行测定5次的回收率为93.510%～98.665%。

表1 实际样品测定结果Table 1 Results of determination of practical samples

3 结 论

在基于碳糊电极的一般优点上,以Fe(OH)3对碳糊电极进行修饰。运用循环伏安法探究了E2在该电极上的电化学行为,可在8×10-7～3×10-5mol/L范围内对E2进行检测,检出限为5×10-7mol/L。该方法可直接检测雌二醇药片,回收率在93.510%～98.665%间,具有一定的富集和催化能力。