長(zhǎng)春地辛在硫化銅納米花/石墨烯修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為

高寶平，郭滿棟，武五愛

(1.山西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，臨汾041004;2.呂梁學(xué)院汾陽(yáng)師范分校，汾陽(yáng)032200)

長(zhǎng)春地辛在硫化銅納米花/石墨烯修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為

高寶平1，2，郭滿棟1*，武五愛2

(1.山西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，臨汾041004;2.呂梁學(xué)院汾陽(yáng)師范分校，汾陽(yáng)032200)

通過改進(jìn)的Hummers法和溶劑熱法分別制備了石墨烯和硫化銅納米花。采用滴涂法進(jìn)一步依次將石墨烯和硫化銅納米花修飾于玻碳電極，制備了硫化銅納米花/石墨烯修飾玻碳電極(Nanoflower CuS/GR/GCE)。利用循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法等研究了長(zhǎng)春地辛在該修飾電極的電化學(xué)行為。結(jié)果表明:長(zhǎng)春地辛的濃度在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內(nèi)與其對(duì)應(yīng)的峰電流的減小量呈線性關(guān)系，檢出限(3S/N)為4.9×10－9mol·L－1。對(duì)1.0×10－6mol·L－1長(zhǎng)春地辛標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測(cè)定5次，測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.2%。方法用于長(zhǎng)春地辛藥品樣品的分析，加標(biāo)回收率在97.1%～103%之間。

長(zhǎng)春地辛;石墨烯;硫化銅納米花;電化學(xué)行為;修飾電極

長(zhǎng)春地辛(VDS)是抗癌藥西艾克的主要成分，又稱癌的散、長(zhǎng)春花堿酰胺、長(zhǎng)春酰胺、去乙酰長(zhǎng)春花堿酰胺，系從植物中提取長(zhǎng)春堿后，經(jīng)多步化學(xué)反應(yīng)改變某些基團(tuán)而成，為半合成長(zhǎng)春花堿衍生物，是細(xì)胞周期特異性抗腫瘤藥物［1-3］，其分子式為C43H55N5O7，結(jié)構(gòu)見圖1。作為一種新型的抗癌藥物，其作用機(jī)制是抑制細(xì)胞內(nèi)微管蛋白的聚合，阻止增殖細(xì)胞有絲分裂中紡錘體的形成，使細(xì)胞分裂停于有絲分裂中期［4］。臨床上主要用于治療肺癌、惡性淋巴瘤、乳腺癌、食管癌及惡性黑色素瘤等［5-8］。但同時(shí)VDS毒副作用較大，為確保用藥的安全性及有效性，對(duì)其劑量的控制極為重要。因此，對(duì)于VDS的檢測(cè)具有重要的實(shí)際意義。

目前，測(cè)定VDS的方法主要有液相色譜法、色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法和毛細(xì)管電泳等［9-10］。但這些方法操作繁瑣，檢測(cè)耗時(shí)，儀器昂貴，在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的困難。而電化學(xué)方法因其操作簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單、靈敏度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，受到眾多分析工作者的青睞。文獻(xiàn)［11］以納米金(AuNPs)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為修飾劑，采用電沉積、靜電吸附等手段制備了一種新型修飾電極對(duì)VDS進(jìn)行測(cè)定。

本工作通過改進(jìn)的Hummers法［12］和溶劑熱法［13］分別制備了石墨烯和硫化銅納米花，并且采用掃描電鏡、循環(huán)伏安法和交流阻抗譜等電化學(xué)測(cè)試技術(shù)對(duì)其形貌、電化學(xué)行為等進(jìn)行了表征。采用滴涂法進(jìn)一步依次將石墨烯和硫化銅納米花定量修飾于玻碳電極，制備了一種新型修飾電極-硫化銅納米花/石墨烯修飾玻碳電極(Nanoflower CuS/GR/ GCE)，并研究了VDS在該修飾電極上的電化學(xué)行為，探究了試驗(yàn)條件。結(jié)果表明:該修飾電極對(duì)VDS有良好的電化學(xué)響應(yīng)，據(jù)此建立了一種簡(jiǎn)單、快速、靈敏的測(cè)定VDS的方法。將該方法應(yīng)用于藥品中VDS的測(cè)定，結(jié)果滿意。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

LK 2005A型電化學(xué)工作站;KQ-250B型超聲波清洗器;pHS-3C型酸度計(jì);微量進(jìn)樣器。電化學(xué)試驗(yàn)采用三電極體系:Ag/AgCl(飽和氯化鉀溶液)電極為參比電極;鉑絲電極為輔助電極;裸玻碳電極(直徑2 mm)和修飾玻碳電極為工作電極。

VDS標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1.0×10－6mol·L－1，于4℃避光保存，使用時(shí)逐級(jí)稀釋。

磷酸鹽緩沖溶液(PBS):由磷酸氫二鈉和磷酸二氫鉀溶液混合配制。

N，N-二甲基甲酰胺溶液:1.0×10－3mol·L－1。

所用試劑均為分析純，試驗(yàn)用水為重蒸蒸餾水，所用玻璃儀器依次用硝酸、乙醇、重蒸蒸餾水清洗，晾干。

1.2 儀器工作條件

交流阻抗測(cè)試參數(shù)設(shè)置為:頻率范圍0.01～100 000 Hz，振幅5 mV，靜置5 s，初始電壓為試驗(yàn)開始時(shí)測(cè)得的開路電壓。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 石墨烯和硫化銅納米花的制備

參照文獻(xiàn)［12-13］，通過改進(jìn)的Hummers法和溶劑熱法分別制備了石墨烯(GR)和硫化銅納米花(Nanoflower CuS)。稱取所制備的石墨烯和硫化銅納米花各5 mg，分別加入N，N-二甲基甲酰胺(DMF)10 mL，超聲振蕩使其分散于DMF中，形成質(zhì)量濃度為0.5 g·L－1的石墨烯分散溶液和硫化銅納米花分散溶液，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 硫化銅納米花/石墨烯修飾玻碳電極的制備

玻碳電極(GCE)用0.05μm的氧化鋁粉拋光至鏡面，再依次用水、硝酸(1+1)溶液、無(wú)水乙醇、水各超聲5 min。然后將裸玻碳電極置于0.2 mol· L－1硫酸溶液中，于電位－0.4～+1.2 V內(nèi)，以100 mV·s－1掃描速率循環(huán)掃描10圈，活化電極?；罨戤吅笥盟疀_洗干凈，用高純氮吹干備用。

取上述已活化的玻碳電極，用微型進(jìn)樣器取石墨烯分散液3μL滴涂于電極表面，于冰箱內(nèi)4℃晾干，制得石墨烯修飾玻碳電極(GR/GCE)，然后再滴涂硫化銅納米花分散液3μL于其表面，于冰箱內(nèi)4℃晾干，制得硫化銅納米花/石墨烯修飾玻碳電極(Nanoflower CuS/GR/GCE)，置于冰箱內(nèi)4℃晾干備用。

1.3.3 樣品測(cè)定

采用循環(huán)伏安法(CV)和電化學(xué)交流阻抗法(EIS)對(duì)Nanoflower CuS/GR/GCE進(jìn)行表征。在室溫下，以修飾電極為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑絲電極為對(duì)電極。在pH 7.10的PBS中，采用循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法(DPV)對(duì)VDS進(jìn)行測(cè)定。電極在使用前后均在空白緩沖溶液中循環(huán)伏安掃描，以活化電極和洗脫吸附的樣品。

圖1 VDS的結(jié)構(gòu)式Fig.1 Structural formula of VDS

2 結(jié)果與討論

2.1 石墨烯和硫化銅納米花的掃描電鏡分析

石墨烯和硫化銅納米花的掃描電鏡圖見圖2。

圖2 石墨烯和硫化銅納米花的掃描電鏡圖Fig.2 SEM images of graphene and CuS nanoflower

由圖2(a)可知:所制備的石墨烯片層已經(jīng)達(dá)到納米級(jí)別;由圖2(b)可知，所制備硫化銅納米花整體呈分散均勻的花狀結(jié)構(gòu)，其粒徑小于5μm;圖2(b)呈現(xiàn)了硫化銅納米花的片層厚度，約為30 nm左右。這兩種納米材料，具有大的比表面積，為修飾電極提供了優(yōu)越的性能。

2.2 電極的電化學(xué)性質(zhì)表征

2.2.1 循環(huán)伏安行為

采用循環(huán)伏安法，以［Fe(CN)6］3－/4－作為分子探針對(duì)修飾過程中電極表面的變化進(jìn)行表征。裸玻碳電極與各種修飾電極在含0.1 mol·L－1氯化鉀的1.0×10－3mol·L－1K3Fe(CN)6溶液中的循環(huán)伏安圖見圖3。

圖3 不同電極的循環(huán)伏安圖Fig.3 CVs of different electrodes

由圖3可知:裸玻碳電極在［Fe(CN)6］3－/4－溶液中出現(xiàn)一對(duì)較弱的氧化還原峰(曲線1)，且峰間距較大;當(dāng)在裸玻碳電極表面修飾硫化銅納米花薄膜(曲線2)或石墨烯(曲線3)后，氧化峰電流和還原峰電流均明顯增大，峰間距縮小，表明硫化銅納米花和石墨烯均促進(jìn)了電子在電極表面的傳遞速率;在滴涂石墨烯的玻碳電極表面繼續(xù)修飾硫化銅納米花后(曲線4)，氧化峰電流和還原峰電流達(dá)到最大，并且兩峰間距達(dá)到最小，表明修飾電極表面石墨烯和硫化銅納米花的共同作用同時(shí)促進(jìn)了電子在電極表面的傳遞速率。

2.2.2 交流阻抗行為

采用交流阻抗技術(shù)對(duì)電極表面的修飾過程進(jìn)一步表征，不同電極的交流阻抗圖見圖4。

圖4 不同電極的交流阻抗圖Fig.4 EIS curves of different electrodes

由圖4可知:曲線4(Nanoflower CuS/GR/GCE在含0.1 mol·L－1氯化鉀的1.0×10－3mol·L－1［Fe(CN)6］3－/4－溶液中的交流阻抗圖)的阻抗譜高頻部分阻抗半圓明顯小于裸玻碳電極(曲線1)，說(shuō)明Nanoflower CuS/GR/GCE表面電阻小于裸玻碳電極，表明修飾材料可明顯降低電子轉(zhuǎn)移電阻，加速［Fe(CN)6］3－/4－溶液與電極表面間電子轉(zhuǎn)移，同時(shí)也說(shuō)明石墨烯和硫化銅納米花成功地修飾到了電極表面。

2.3 VDS的電化學(xué)響應(yīng)

Nanoflower CuS/GR/GCE在PBS和含1.0× 10－6mol·L－1VDS的PBS中的循環(huán)伏安圖見圖5。

由圖5可知:Nanoflower CuS/GR/GCE在空白PBS(曲線1)中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描時(shí)，在0.276 V處出現(xiàn)一個(gè)氧化峰，氧化峰電流(Ipa)為－191.00μA;當(dāng)把修飾電極放在含有1.0×10－6mol·L－1VDS的pH 7.10的PBS(曲線2)中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描時(shí)，氧化峰電流為－141.67μA，峰電流明顯下降。結(jié)果表明:修飾電極對(duì)VDS有明顯的響應(yīng)，VDS的加入抑制了修飾電極的活性，降低了電極傳遞電子的能力，從而使氧化峰電流明顯降低。

2.4 試驗(yàn)條件的選擇

2.4.1 底液

試驗(yàn)考察了VDS分別在0.067 mol·L－1的乙酸-乙酸鈉、檸檬酸-磷酸氫二鈉、四硼酸鈉-磷酸二氫鉀、氯化鉀-鹽酸、三羥甲基氨基甲烷(Tris)-鹽酸和PBS等不同酸度的底液中的電化學(xué)行為。結(jié)果表明:VDS在PBS底液中峰形最好，氧化峰電流的下降值最大。試驗(yàn)選用PBS為底液。

2.4.2 酸度

控制掃描速率為100 mV·s－1，試驗(yàn)考察了PBS的pH為5.64～7.89時(shí)，Nanoflower CuS/GR/ GCE電極對(duì)1.0×10－6mol·L－1VDS標(biāo)準(zhǔn)溶液的電化學(xué)響應(yīng)情況。結(jié)果表明:隨pH的增大，氧化峰電流的減小量先增大，后減小;在pH為7.10時(shí)，氧化峰電流的減小量達(dá)到最大。試驗(yàn)選擇PBS的pH為7.10。

2.4.3 掃描速率

試驗(yàn)考察了不同掃描速率對(duì)VDS加入后峰電流減小量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)掃描速率為100 mV·s－1時(shí)，峰電流的減小量達(dá)最大，峰形最好，且在一定范圍內(nèi)峰電流的減小量和掃描速率成正比，這說(shuō)明VDS在Nanoflower CuS/GR/GCE上是受吸附控制的電極反應(yīng)過程。試驗(yàn)選擇掃描速率為100 mV·s－1。

2.5 共存物的干擾

按試驗(yàn)方法在1.0×10－6mol·L－1VDS標(biāo)準(zhǔn)溶液中，分別加入鳥嘌呤、甘氨酸、L-(+)-谷氨酸、抗壞血酸、兒茶素、米托蒽醌、五氟尿嘧啶等，考察了這些物質(zhì)對(duì)VDS測(cè)定的影響。結(jié)果表明，共存物對(duì)試驗(yàn)幾乎不產(chǎn)生干擾。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

試驗(yàn)配制了一系列不同濃度的VDS標(biāo)準(zhǔn)溶液，按試驗(yàn)方法采用差分脈沖伏安法對(duì)其電化學(xué)響應(yīng)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見圖6。

圖6 Nanoflower CuS/GR/GCE在不同濃度VDS下的差分脈沖伏安圖Fig.6 DPVs of Nanoflower CuS/GR/GCE at VDS with different concentration

由圖6可知:隨VDS濃度的不斷增大，氧化峰電流逐漸減小。結(jié)果表明:VDS的濃度依次在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內(nèi)與其對(duì)應(yīng)的峰電流的減小量呈線性關(guān)系，線性回歸方程依次為y=－91.00 x+163.6，y=－9.362 x+152.9，y=－0.456 x+55.50，相關(guān)系數(shù)依次為0.999 0，0.998 9，0.999 4。方法的檢出限(3S/N)為4.9×10－9mol·L－1，說(shuō)明方法對(duì)VDS的檢測(cè)有較高的靈敏度。

圖5 Nanoflower CuS/GR/GCE在PBS和含1.0×10－6mol·L－1VDS的PBS中的循環(huán)伏安圖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的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性

將所制備的Nanoflower CuS/GR/GCE儲(chǔ)存在4℃下，放置兩周后，再對(duì)VDS進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明:電流響應(yīng)基本保持不變，能夠保持在初始電極響應(yīng)性能的96%左右，說(shuō)明該修飾電極具有較好的穩(wěn)定性。

按試驗(yàn)方法，用Nanoflower CuS/GR/GCE對(duì)1.0×10－6mol·L－1VDS標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定5次，測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.2%，說(shuō)明該修飾電極有良好的重現(xiàn)性。

2.8 方法的回收試驗(yàn)

按試驗(yàn)方法對(duì)VDS藥品樣品(標(biāo)準(zhǔn)量10 mg/瓶)進(jìn)行測(cè)定，并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，其結(jié)果見表1。

表1 樣品分析結(jié)果Tab.1 Analytical results of the samples

由表1可知:回收率在97.1%～103%之間，表明方法準(zhǔn)確度高，可用于實(shí)際樣品的檢測(cè)。

本工作采用滴涂法將所制備的石墨烯、硫化銅納米花材料分步定量修飾于玻碳電極，成功制備了硫化銅納米花/石墨烯修飾玻碳電極。通過循環(huán)伏安法和交流阻抗法對(duì)電極表面進(jìn)行了表征，試驗(yàn)結(jié)果表明了這兩種材料降低了電極表面電阻，增強(qiáng)了電子的傳遞速率。該修飾電極的制備方法簡(jiǎn)單、電流響應(yīng)快、線性范圍寬，具有較好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性，可建立一種簡(jiǎn)單、快速測(cè)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，F(xiàn)enyang 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

山西省自然科學(xué)基金(20001057)

高寶平(1976－)，男，山西臨縣人，講師，碩士，研究方向?yàn)殡姺治龌瘜W(xué)

*通信聯(lián)系人。Guomd123@163.com