（有机化学专业论文）药物及金属离子在碳糊电极上的伏安研究与应用.pdf

药物及金属离子在碳糊电极上的伏安法研究与应用 摘要 吸附溶出伏安法是一种利用吸附富集以提高检测灵敏度的伏安 分析技术，可用于痕量金属离子、有机化合物及药物的测定。大多 数吸附溶出伏安法利用悬汞电极和汞膜电极，由于汞电极有毒，并 且不能在正电位区使用，这就限制了它们的应用范围。相比而言， 碳糊电极具有无毒、制备简便、电位范围宽等优点。用碳糊电极代 替汞电极研究吸附溶出伏安法，进一步拓展了伏安法的应用范围。 再与催化技术，增敏技术相结合，更有效地提高了分析的灵敏度。 本文用碳糊电极( c p e ) 吸附伏安法研究了维生素e 、铬( ) 、阳离子 表面活性剂、钙( i i ) 、对其伏安特性和电极反应机理进行探讨，成功 地应用于实际样品分析，结果良好。 论文提出了利用阳离子表面活性剂对碳糊电极的增敏特性测定 维生素e 的方法：用硝酸做氧化剂，将非电活性的维生素e 氧化为 具有电活性的醌型化合物生育酚红，研究了生育酚红在碳糊电极上 的伏安行为、阳离子表面活性剂的增敏效果以及电极反应机理和表 面活性剂的增敏机制。采用十八烷基三甲基氯化铵( 18 31 ) 修饰碳糊电 极，用电极对水中痕量铬( ) 进行伏安测定。在b r i t i o n r o b i s i o n ( b r ) 缓冲溶液中，铬黑t 与十八烷基三甲基氯化铵，通过静电作用、疏 水作用和荷电转移形成离子缔合物，导致伏安曲线中铬黑t 特征峰 电流的下降，从而建立测定阳离子表面活性剂十八烷基三甲基氯化 铵的方法。采用铬蓝黑r ( e b b r ) 修饰碳糊电极测定痕量钙。 通过上面的分析研究，药物在碳糊电极上的吸附伏安法和吸附 增敏伏安法测定灵敏度很高，对反应机理的探讨有助于研究药物在 体内的分布、电荷转移规律、药代动力学和药物构效关系，为寻找 有效的新药，开辟我国药物发展的新路提供必要的数据和重要信息。 铬( v i ) 在碳糊电极上的吸附伏安法以及表面活性剂增敏效果使得测 定灵敏度提高，对反应机理的探讨有助于研究铬( ) 在环境中的危 害，形态转移以及对人体的危害，为解决、控制、监测铬( ) 的危害 提供新的数据和手段。阳离子表面活性剂十八烷基三甲基氯化铵在 碳糊电极上的伏安特性的研究，使得对阳离子表面活性剂的测定方 法得到了丰富，为监测阳离子表面活性剂造成的危害提供新手段。 应用铬蓝黑r 易于和营养元素c a ( i i ) 形成络合物的研究，丰富了钙 元素的分析手段，在食品和环境水体中该元素的分析应用结果满意。 关键词：碳糊电极，维生素e ，阳离子表面活性剂，碳糊修饰电极， 铬( ) ，十八烷基三甲基氯化铵，铬黑t ，钙，铬蓝黑r i n v es t i g a t i o na n da p p l i c a t i o no f v o l t a m m e t r yo fd r u g sa n di o n so fm e t a l a tc a r b o np a s t ee l e c t r o d e s a b s t r a c t a d s o r p t i v es t r o p p i n gv o l t a m m e t r y b a s e do n a d s o r p t i o n a n d a c c u m u l a t i o ni sas e n s i t i v e a n a l y t i c a lt e c h n i q u e i t i s a p p l i e dt o d e t e r m i n et r a c eo fm e t a l s ，o r g a n i cm a t t e r sa n dp h a r m a c e u t i c a l m o s t p r o c e d u r e so fa d s o r p t i v es t r o p p i n gv o l t a m m e t r yu t i l i z e t h eh a n g i n g m e r c u r yd r o pe l e c t r o d ea n dm e r c u r yf i l me l e c t r o d e ，w h i c hr e s t r i c tt h e i r a p p l i c a t i o ns c o p ed u et ot h e i rm a j o rl i m i t so ft o x i c i t ya n do fn ou s ei n p o s i t i v e p o t e n t i a l i n c o m p a r i s o n ，c a r b o np a s t e e l e c t r o d eh a s a d v a n t a g e o u so fn o n p o i s o n o u s ，e a s yi np r e p a r a t i o na n dw i d e rp o t e n t i a l w i n d o w s t u d yo na d s o r p t i v ev o l t a m m e t r yu s i n gc a r b o np a s t ee l e c t r o d e i n s t e a do fm e r e c u r ye l e c t r o d ee x t e n d st h ea p p l i c a t i o ns c o p e o f v o l t a m m e t r y t h e n ，c o m b i n i n ga d s o r p t i v es t r o p p i n gv o l t a m m e t r yw i t h c a t a l y t i ct e c h n i q u ee f f i c i e n t l yi m p r o v e s t h e a n a l y t i c a ls e n s i t i v i t y a n o d i ca d s o r p t i v es t r o p p i n gv o l t a m m e t r yd e t e r m i n a t i o n so fv i t a m i ne ， c r ( ) ，c a t i o n i cs u r f a c t a n t ，c a ( i i ) a tc a r b o np a s t ee l e c t r o d ew e r e d e s c r i b e d t h e i re l e c t r o d er e a c t i o nm e c h a n i s m sw e r ei n v e s t i g a t e d t h e p r o p o s e dm e t h o d sw e r ea p p l i e dt od e t e r m i n ep r a c t i c es a m p l e dw i t h s a t i s f i e dr e s u l t s i nt h ed e t e r m i n a t i o no fv i t a m i nea tc a r b o np a s t ee l e c t r o d et h e c a t i o n i cs u r f a c t a n t sb e e nu s e dh n 0 3 ，v i t a m i new a st r a n s f o r m e di n t o t h ee l e c t r o a t i v es p e c i e s ，t o c o p h e r o l ，b yw h i c ha nc y c l i cv o l t a m m e t r i c b e h a v i o rw a sa b s e r v e da tc a r b o np a s t ee l e c t r o d ew h i c hm o d i f i e db y s u r f a c t a n t s as e n s i t i v ec y c l i cv o l t a m e t r i cm e t h o dh a sb e e nd e v e l o p e d f o rt h ed e t e r m i n a t i o no fu l t r at r a c ea m o u to fc r ( v i ) a tac a r b o np a s t e e l e c t r o d em o d i f i e db yo c t a d e c y lt r i m e t h y la m m o n i u mc h l o r i d e ( 18 31 ) i n t h ec u r r e n t p a p e r e r i o c h r o m e b l a c kta n do c t a d e c y lt r i m e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d e ，t h r o u g ht h ee l e c t r o s t a t i ci n t e r a c t i o n ，h y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o na n dc h a r g et r a n s f e rt of o r m e di o n - a s s o c i a t i o nc o m p l e x ， w h i c hw a sr e s u l t i n gi nv o l t a m m e t r i cc u r ee r i o c h r o m eb l a c ktp e a k i c u r r e n td e c l i n et h u se s t a b l i s h e dt h em e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no f c a t i o n i cs u r f a c t a n to c t a d e c y lt r i m e t h y la m m o n i u m t h i sa r t i c l eu s e d e r i o c h r o m eb l u eb l a c kr ( e b b r ) t om o d i f i e dt h ec a r b o np a s t ee l e c t r o d e d e t e r m i n a t i o no ft r a c ec a l c i u m f r o mt h ea b o v e ，d r u g sa tc a r b o np a s t ee l e c t r o d eo nt h ea d s o r p t i v e s t r i p p i n gv o l t a m m e t r ya n da d s o r p t i o nv o l t a m m e t r i cd e t e r m i n a t i o no f s e n s i t i z i n gt h eh i g hs e n s i t i v i t yo ft h er e a c t i o nm e c h a n i s m o ft h ed r u gi n t h e b o d yh e l p t o s t u d y t h ed i s t r i b u t i o no fc h a r g e t r a n s f e r l a w ， p h a r m a c o k i n e t i c sa n dd r u gs t r u c t u r e - a c t i v i t yr e l a t i o n s h i p ，i no r d e rt o f i n de f f e c t i v en e wd r u g s ，d r u gd e v e l o p m e n t ，o u rc o u n t r yh a so p e n e da n e wp a t ht op r o v i d et h en e c e s s a r yd a t aa n di m p o r t a n ti n f o r m a t i o n c h r o m i u m ( v i ) a tc a r b o np a s t ee l e c t r o d eo nt h ea d s o r p t i v es t r i p p i n g v o l t a m m e t r y ，a sw e l la ss u r f a c t a n ts e n s i t i z e re n h a n c et h es e n s i t i v i t yo f t h e e f f e c to fm a k i n gt h ed e t e r m i n a t i o no nt h er e a c t i o nm e c h a n i s mo f h e l pt os t u d yc r ( ) i ne n v i r o n m e n t a lh a z a r d s ，t h ef o r mo ft r a n s f e r ，a s w e l la so nt h eh u m a nb o d yh a z a r d s ，i no r d e rt oa d d r e s s ，c o n t r o l ， m o n i t o r i n go fc r ( ) a g a i n s tt h ep r o v i s i o no fn e wd a t aa n dt o o l s c a t i o n i cs u r f a c t a n to c t a d e c y lt r i m e t h y la m m o n i u mc h l o r i d ea tc a r b o n p a s t ee l e c t r o d eo nt h ev o l t a m m e t r i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h es t u d y ，m a k e s t h ec a t i o n i cs u r f a c t a n td e t e r m i n a t i o nm e t h o dh a sb e e ne n r i c h e d ，f o rt h e m o n i t o r i n go fc a t i o n i cs u r f a c t a n t st h eh a r mc a u s e db yt h ep r o v i s i o no f n e wm e a n so f c h r o m eb l u e b l a c kra p p l i c a t i o n se a s i l ya n dn u t r i e n tc a ( i i ) c o m p l e xf o r m a t i o ns t u d i e st h ec a l c i u m r i c he l e m e n ta n a l y s i s ，i n f o o da n de n v i r o n m e n t a lw a t e ri nt h ea p p l i c a t i o no fe l e m e n t a la n a l y s i s w i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s k e yw o r d s ：c a r b o np a s t ee l e c t r o d e ，v i t a m i ne ，c a t i o n i cs u r f a c t a n t s ， m o d i f i e dc a r b o np a s t ee l e c t r o d e ，c h r o m i u m ( v i ) ，o c t a d e c y lt r i m e t h y l a m m o n i u mc h l o r i d e ，e r i o c h r o m ebl a c kt ，c a l c i u m ，c h r o m eb l u e b l a c k r i v 陕两科技大学硕士学位论文 原创性声明及关于学位论文使用授权的声明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：导师签名：碰日期： 趟 叼 药物及金属离子在碳糊电极上的伏安法研究与应用 1 前言 近年来生命科学与化学学科的交叉迅猛发展，电化学领域中电分析化学中 伏安法在国内外已是研究的热点。伏安分析中的吸附伏安法( a n o d i ca d s o r p t i v e s t r o p p i n gv o l t a m m e t r y ，a d s v ) 有较高的灵敏度和良好的选择性。由于许多化 合物都能吸附在电极上，选择最佳的富集条件能使之大量富集，因此a d s v 用 于化合物的检测备受人们重视。近年来a d s v 已大量用于无机、有机药物的分 析检测。药品是用于预防、治疗和诊断疾病，有目的地调节人体生理功能并规 定有适应症或者功能主治，用法和用量的物质。药品质量的好坏关系到用药的 安全和有效，关系到人民的身体健康和生命安全。随着工业的发展，环境已受 到严重的破坏，大量有毒物质排放到环境中，已严重影响到自然界的食物链， 最终富集到我们人体中，所以人类的健康安全受到了严重的危险。因此，药品 的质量检控、环境、食品中有毒物质检测都具有特别重要的意义。药物分析的 目的是检验药品质量，保证人民用药的安全、合理、有效；而环境、食品中有 毒物质的检测关系到人类生存环境的破坏程度和人类自身的健康状况。在药品 的生产、供应、贮藏、调配以及临床使用过程中都需要经过严格的分析检验， 同样环境、食品中有毒物质的检测与检控，也就是运用各种有效的分析方法和 手段，如化学分析法、仪器分析法、生物化学和生物学等方法全面控制药品的 质量。在现代分析方法中，电分析方法被广泛用于药物分析中，由于其具有灵 敏度高、仪器简单、测定快速的特点，具有很大的发展潜力。本文在综述了碳 糊电极、伏安法、药物的分析研究进展、以及维生素e 、铬( v i ) 、阳离子表 面活性剂和钙的电化学分析的基础上，简单介绍了本论文的创新之处和研究成 果。 1 1 碳糊电极 现代传感技术包括信息交换、信息处理及接口技术等三部分。其中以信息 交换为核心内容即所谓的传感器( s e n s o r s ) 。2 0 世纪六十年代化学传感器问世 以来，其功能愈加完善，应用范围更加广泛。作为电化学传感器核心部件之一 的电极的发展对各种电化学传感器的发展起到了关键的作用。如何使电极能够 有选择性地进行人们期望的反应并提供更快的电子转移速度，是电化学家们希 望解决的问题。同时随着科学技术的不断发展，人们环保意识的逐步增强，以 及样品分析范围的进一步拓广，有毒并且在正电位区不能使用的汞电极愈来愈 难以满足新形势下分析工作的需求，这就促使广大的电分析化学工作者不断寻 求各种新型的伏安传感器，相继发展了贵金属电极、半导体电极、超微电极和 陕西科技大学硕士学位论文 各种碳电极 在碳电极中，应用较广的是碳糊电极( c a r b o np a s t ee l e c t r o d e ，c p e ) 。c p e 由于具有电位范围宽、重现性好、应用范围广泛、制备方便、无毒、使用寿命 长等特点，因此在伏安法中得到广泛应用。 1 1 1 碳糊电极的发展 c p e 产生于l9 5 8 年，a d a m s 报道了一种由碳粉和非电活性材料所组成的 “碳糊 ，通过挤压进入玻璃管，外接铜线而制成的新型电极。a d a m s 希望将 碳糊电极( c p e ) 做成“d r o p p i n gc a r b o ne l e c t r o d e 川。c p e 的优点在于残余电 流低、制备简单、电极表面易于更新、电位使用范围宽等特殊优点，避免了滴 汞电极的汞毒性和在高于o 4 v 的正电位不能使用的缺点，所以在其发明后得 到了广泛应用。随着分析测试的需要，单纯的c p e 作用有限已不能满足了分 析工作者的要求。 c p e 对药物分析有独特的优势，尤其是有机物。它不仅可用于易氧化性药 物( 药物分子及其代谢物) 、多糖类化合物、醇和酚类化合物、氨基酸及其衍 生物、杀虫剂及其它一些简单化合物的电化学分析，还可制作蛋白质、核酸等 生物大分子的电化学传感器，是一种具有优良性能的伏安传感器。与其它种类 的电极相比，c p e 具有很多优点，突出表现在：电位窗宽、残余电流小、制作 简单、表面易于更新、重现性好、应用范围广、无毒、使用寿命长、易于微型 化和集成化等方面。因此，在伏安法中得到广泛的应用，k a l c h a r 对此已作综 述【2 】。 1 1 2 碳糊电极的组成 c p e 的性能取决于其所用的材料( 碳粉和粘合剂) 、制备方法、所用材料 电极表面状态以及使用时间等。碳粉为多晶粉末，其吸附性能很大程度取决于 它的表面结构，因此它的不同来源及颗粒度的粗细对c p e 的性能影响较大。 一般来说，碳粉的平均直径在0 01 0 0 2 m m 之间，粉末越细的碳粉越易混匀， 重现性好，残余电流小。粘合剂的作用是将碳粉粘合成糊状，还起着选择性萃 取以提高分析选择的作用。制备c p e 的粘合剂有两大类： ( 1 ) 非导体粘合剂 有机粘合剂，例如石蜡、硅油、矿物油、环氧树脂等。粘合剂与石墨粉 的质量比一般在1 ：3 1 ：2 之间，在这类电极上，电化学反应在电极与试液界 面上进行。也有使用粘合剂制成的碳糊电极，朱明芳等c ，j 是把石墨粉与液体石 蜡甘油的混合粘合剂制成碳糊电极，被测物诺氟沙星在该电极上产生一信号 强且稳定的阴极溶出峰，检出限为3 0 n m o l l 。碳糊中石墨粉含量为6 9 1 ， 药物及金属离子在碳糊电极上的伏安法研究与应用 液体石蜡2 4 5 ，甘油6 4 ；被测物利眠宁 4 1 同样能在该混合粘合剂碳糊电极 上产生明显的阴极溶出伏安峰，检测限为o 5 n m o l l 。碳糊中石墨粉含量为 7 1 ，液体石蜡1 8 ，甘油“。制备c p e 常用液体石蜡作粘合剂，在液体石 蜡中加入黏度大且有一定极性的有机溶剂( 如上例的甘油) ，可以显著改善电 极的检出限f 5 】。由于碳糊电极包含大量的石墨粒子和有机液体，许多有机化合 物不仅可以吸附在电极表面，而且可以萃取到电极内部，许多有机化合物被萃 取到碳糊电极的内部具有类似的富集效应【s 】。徐慧等【，】利用石蜡、矿物油、硅 油分别作为有机相进行试验，结果表明，硅油制成的碳糊电极具有机械性能好、 灵敏度高、背景电流低等优点。用该碳糊电极萃取伏安法测定维生素e ，简化 了前期处理和分离，是一种简单、快速、灵敏度较高的测定方法。碳糊中硅油 含量为4 0 。 固体粘合剂，如固体石蜡、p v c ( p o l y v i n y l c h l o r i d ) 等。绝大部分碳糊 电极是由石墨粉和液体石蜡混合制成，如果液体石蜡的含量过高，就会阻碍电 极表面电子的传递过程。另外，此种碳糊电极机械强度差，寿命短，不能应用 应用于流动体系中和活体测定中【b l 。固体石蜡作粘合剂的碳糊电极比普通的碳 糊电极具有更多的优越性，如电极表面光洁稳定、重现性好、背景噪音低、灵 敏度高、选择性好等，并且能够在流动体系中应用。毛庆禄等f 9 】研制了以固体 石蜡作为粘合剂的c p e ，该电极适合于具有较高化学活性，且在某些电解质中 较不稳定的氧化物如超导氧化物的电极反应机理研究。a l b e r t t l s 等【t o 】报道了利 用p v c 作为粘结材料的p v c 碳糊电极，并详细研究了此种电极的性能。p v c 碳糊电极与传统的碳糊电极相比，是一种更理想的电极材料： p v c 含量低， p v c 与石墨粉的比例为1 ：l0 ，电极导电性能优于普通的碳糊电极； 机械 强度好，能用于流动体系中； 易于制备，电极表面易于更新； 背景电流 小，信噪比高； 信号重现性好。在电极性能，机械强度，稳定性以及使用 寿命等方面，使用固体粘合剂的碳糊电极优于使用液体石蜡作粘合剂的碳糊电 极。 ( 2 ) 电解质溶液粘合剂1 如n a o h 、h c l 0 4 。用这类粘合剂制备的碳糊电极上，电化学反应可在电 极本体内进行，从而扩大了应用范围( 不良导体的多晶粉末物质) 。在宽广正 电范围内碳糊电极的残余电流很低，表面易于更新，其缺点是与有机溶剂的可 混性有限，坚固性低，负电位范围内残余电流较高。 c p e 不但可以用于无机离子 1 2 1 及有机物 1 3 l 的测定，还可以用于电化学反应 机理、金属催化剂及超导材料的研究。 陕两科技大学硕士学位论文 1 1 3 化学修饰碳糊电极 单纯的碳糊电极作用有限，但可以通过电极修饰的方法使碳糊电极具有一 定的功能，即化学修饰碳糊电极。化学修饰碳糊电极( c h e m i c a l l ym o d i f i e d c a r b o np a s t ee l e c t r o d ec m c p e ) 是在碳糊电极基础上发展起来的，由碳糊表面 接着化学修饰剂构成，通过对电极表面的分子剪裁，可按意图给电极修饰预定 的功能。2 0 世纪7 0 年代“化学修饰 概念的出现和8 0 年代“直接混合 的简 单制备方法的提出使化学修饰碳糊电极得到迅速发展。c m c p e 的出现提高了 碳糊电极的选择性和灵敏度，使分离、富集和选择性测定三者合而为一。迄今 为止，c p e 及c m c p e 已在无机物分析【1 4 j6 】、有机物分析d 7 1 9 】及药物分析1 2 0 、电 化学1 2 1 - 2 3 和生物传感器 2 4 - 2 5 等研究中得到广泛的应用。化学修饰电极的灵敏度 比一般电极高，这为痕量分析和超痕量分析的进一步发展提供了有利的手段； 另外，由于修饰电极改善了电极反应的可逆性，也为电极过程动力学研究开辟 了新途径。 化学修饰碳糊电极与普通碳糊电极不同的是决定电极性能的关键因素是 修饰剂。修饰剂的种类和用量直接关系到电极的灵敏度和选择性。修饰剂主要 有两大类【：s 1 。( 1 ) 电活性的修饰剂：生化试剂如氨基酸、环精糊、5 氟脲嘧啶、 萘二胺、四羟基葸醌等，这类试剂修饰的碳糊电极可以测定金属离子并应用于 医学，药物等方面。魏培海等【：，l 利用表面含有大量s i o h 端基可与某些分子形 成功能表面的多孔晶形分子筛( m c m 4 1 ) ，在其表面修饰3 一巯丙基三甲基硅烷 ( m p t m s ) ，利用表面s h 与铜离子反应制备m p t m s c u m c m 4 1 修饰碳糊电 极，用于多巴胺的测定，该修饰剂本身具有电化学活性，在溶液中连续扫描5 0 次，伏安曲线没有明显变化。( 2 ) 非电活性的修饰剂：有机试剂聚酰胺、无机试 剂、a 1 2 0 3 、硅胶等，使用这类修饰剂制作的碳糊电极，电化学反应主要在电 极表面上进行，且为吸附作用，多属于物理吸附。它起到一种桥梁作用，这种 作用富集待测物分子、离子、缩短传质过程，从而提高修饰效果。 c m c p e 的制备方法有以下两种： ( 1 ) 修饰剂混合在电极中。直接混合法是将化学修饰剂，石墨粉，粘合剂 三者适量直接混合，这是应用最广的制备c m c p e 的方法( 2 8 1 。此法的关键是如 何使修饰剂在电极表面分布均匀一致，常用超声震荡将石墨粉与修饰剂( 一般 为粉末) 混合均匀。若修饰剂能强吸附于碳粉上，可预先把修饰剂溶于挥发性 溶剂( 如乙氰，乙醇) 中，加入石墨粉成碳浆，待溶剂挥发后加入粘合剂，获得 均匀的c m c p e 。若修饰剂为黏度大的有机液体，它既可作修饰剂和粘合剂， 从而提高修饰效率，增加电极表面活性位点，提高其灵敏度。焦奎【2 4 】等用十八 药物及金属离子在碳糊电极上的伏安法研究与应用 酸同时充当修饰剂和粘合剂，在8 0 下与石墨粉混合制成十八酸修饰碳糊电 极，常温下坚固性好，表面覆有c o o h 功能，耐酸碱冲洗。并在活化剂存在 下，成功共价键合上单链d n a ( s s d n a ) ，这种既廉价又灵敏的电化学生物传感 器有望在转基因产品检测中得到应用。溶解法是将修饰剂直接溶解在粘合剂 中，再与石墨粉混合制备】。该方法仅限于亲脂性很强的修饰剂，必要时可加 热促进其溶解。对某些液体修饰剂的研究如各种液体离子交换剂等适用 3 0 1 。 为了避免活性物质脱落而影响修饰电极的稳定性和重现性，齐菊锐等【，l 利用具有强化学吸附能力的活性碳，将修饰剂吸附在活性碳上制成修饰电极。 由于该电极用适宜酸度的溶液淋洗即完全恢复到初态，反复多次淋洗灵敏度基 本不变，避免了以往碳糊电极必须重新抛光处理的缺点，适合于修饰电极的在 线分析。 最近也有报道将萘二胺单体溶于少量乙氰后与碳粉混合制成碳糊电极，并 以此为工作电极在无机酸水溶液中进行电聚合，从而在碳糊电极本体内生成聚 合物 3 2 1 。通过萘二胺的电化学氧化聚合可以方便地获得对重金属离子如a g + 、 p b 2 + 、h g “、c u 2 + 、v 0 2 + 敏感的修饰电极【，3 】。 ( 2 ) 修饰剂仅存在于电极表面。可将碳糊电极浸在含有修饰剂的溶液中，修 饰剂通过吸附作用 3 4 1 、共价键合【s 】或粘合剂的萃取作用富集在电极表面，或采 用涂膜法【5 】将含有修饰剂的溶液滴加或涂敷于碳糊电极表面，烘干备用。吸附 法制备修饰电极的缺点是吸附层不重现，修饰剂易脱落。共价键合法也存在修 饰剂易脱落的缺点。另外，k e r m a n 等【3 5 】把石墨粉矿物油混合制成基底电极， 然后电沉积苯并( a ) 芘代谢活化物( b p d e ) 带4 备了d n a 电化学生物传感器。李建 平等d 6 1 采用固体石蜡作粘合剂制备基底碳糊电极然后电镀铂，在c p e 表面修饰 金属微粒作为氧化还原中心既保持了金属电极的特点，又比一般金属电极更具 催化活性，灵敏度高，可用来测量微量h 2 0 2 。与以碳糊电极为基底电镀铂制 备碳糊电极相反，汪振辉等( 3 1 1 提出了以镍铬合金为基体，研制了嵌入式超薄碳 糊膜电极，改变了基本材料的电化学惰性，所制得的超薄碳糊膜电极有良好的 电化学性质。 1 1 4 化学修饰剂的作用类型 在c m c p e 中混合粘合剂即修饰剂是重要的组成部分，它和被测组分或离 子之间的反应是电极检测性能的关键。碳糊电极对分析物的富集是依靠吸附和 萃取作用，而增加了碳微粒的吸附作用或增强粘合剂的萃取作用，从而提高电 极的测定灵敏度和选择性。这类反应主要有三种类型。 ( 1 ) 配位反应 陕西科技大学硕士学位论文 电极表面修饰的络合剂或螯合剂与待测离子发生配位而使其富集，多数化 学分析应用的螯合剂都可成功的用作电极表面修饰剂。用络合剂( 包括螯合树 脂) 做修饰剂制备的碳糊电极已广泛应用于无机分析和有机分析及药物分析各 个方面。 ( 2 ) 离子交换 离子交换型修饰碳糊电极是通过修饰表面的静电作用，吸引荷相反电荷的 离子使其富集。常见的阴离子交换有聚4 乙烯吡啶、季碱化聚乙烯吡啶等。它 们在酸性溶液中发生质子化而吸引溶液中的阴离子，对于 i r c l 6 】3 。陀、 f e ( c y ) 6 3 。陀。、【m o ( c n ) 】弘尼等高价阴离子富集效果好，但仅靠静电吸引进入膜 中的对离子容易流失，尤其是在溶液中电解质浓度高时比较严重。 ( 3 ) 弱相互作用 被测物与电极表面的修饰剂可通过形成氢键，超分子及静电作用而被富集 分离。基于聚酞胺对含有羟基化合物形成氢键的吸附效果很好，邹永德等 2 6 1 用聚酞胺修饰碳糊电极检测色氨酸和酪氨酸，并且通过阶梯伏安法与微分伏安 法相结合以提高检测的灵敏度，使得色氨酸和酪氨酸的检出限分别为 0 0 2 4i tm o l l d 和0 0 3 4l am o l l ，它们按相同的实验方法对另外11 种氨基酸 进行富集，电位从+ 0 5 v 扫描至+ 1 5 v ，未发现这些氨基酸有氧化电流峰，即 色氨酸和酪氨酸的氧化测定不受其它氨基酸的干扰。 1 2 吸附伏安法 电化学分析法具有灵敏度高、仪器简单、测定速度快、用量少、易于自动 控制等优点。基于上述特点，电化学分析方法在微量分析中获得日益广泛的应 用，尤其是在有机药物和痕量物质检测分析中的应用。其中极谱法和伏安法一 直都是国内外研究最多，也是最成功的电化学分析领域。今后随着生物传感器， 以及酶电极和修饰电极的研制，将对吸附伏安法提供更加广阔的前景。 吸附伏安法也叫吸附溶出伏安法( a d s v ) ，同一般的溶出伏安法一样，包括 被测物质在电极上的富集和电化学溶出两个过程，所不同的是一般的溶出伏安 法中富集是通过沉积达到的。正因为其主要过程是两个，因此也叫吸附溶出伏 安法，但吸附伏安法与溶出伏安法的电极过程实际上有显著的差别，而且反应 产物仍吸附在电极上而不溶出。 根据电极反应不同，a d s v 可分为阳极吸附伏安法和阴极吸附伏安发。前 者被测物质在电极上发生氧化，后者则发生还原。也可根据扫描电压不同，分 为线性扫描、示差脉冲、方波和交流吸附伏安法，其中线性扫描吸附伏安法和 药物及金属离子在碳糊电极上的伏安法研究与应用 示差脉冲吸附伏安法最为常用。 根据测定对象的不同可分为三类： ( 1 ) 某些可变形的阴离子同一些金属离子形成螯合物后在碳糊电极上有吸 附作用，使预电解的绝对量增多。 ( 2 ) 被测元素和溶液中某些有机螯合剂( 配位剂) 在电极上形成有吸附作用 的螯合物。包括化学反应( 形成螯合物) 而后被吸附，或有机试剂先在电极上表 面吸附，然后和被测物质形成螯合物。形成的螯合物仅仅是吸附在电极表面， 其元素价态并没有改变，甚至有时在开路的情况下也可吸附富集，然后电极电 位向正向或向负向变化进行溶出，得到氧化或还原电流。 ( 3 ) 被测物质本身为在电极表面上具有吸附性的非电活性物质，这是一般常 规溶出伏安法无法相比的。首先把这些物质在适当的电压下或开路的情况下吸 附在电极表面，然后进行溶出测定。在电压扫描时，由于表面张力发生改变， 导致电极表面双层变化，从而获得这些物质的溶出电流峰，因此，这种溶出方 法也称为张力安培法。在测定一些用常规方法单一测定的有机药物，生物物质 和高分子化合物时，这种方法是十分有用的。在一定条件下，被测物吸附在电 极上，然后，按照物质是否具有电活性，采用伏安法或张力安培法将被测物从 电极溶出，根据溶出电流峰和张力峰测定被测物质的浓度。伏安法中使用的各 种类型电极在a d s v 法中都适用，如悬汞电极( h m d e ) 、静汞电极( s t a t i cm e r c u r y e l e c t r o d e ，s m d e ) 、铂电极、金电极、碳糊电极( c p e ) 、蜡浸石墨电极和化学修 饰电极( c h e m i c a l l ym o d i f i e de l e c t r o d e ，c m e ) 。 1 3 分析研究进展 1 3 1 维生素分析方法的研究现状及进展 维生素也称维它命，是动物体和人类生命活动所必需的一类物质，当机体 从外界摄取的维生素不能满足其生命活动的需要时，就会引起新陈代谢功能的 紊乱，导致生病，甚至死亡。从化学结构上看，各种维生素之间差异很大，有 些甚至毫无关系。按照在油脂中和水中的溶解性不同可以大致分为两类：脂溶 性维生素和水溶性维生素。脂溶性维生素包括维生素a 、d 、e 、k 等；水溶性 维生素包括b 族维生素中的b l 、b 2 、b 6 、b 1 2 以及维生素c 、维生素l 、维生 素h 、维生素p p 、叶酸、泛酸、胆碱等。 1 3 2 维生素分析的研究现状 维生素类结构复杂，异构体种类多，分析测定困难，多年来许多科学家致 力于分析测定的研究，取得了很大的进展，开发了不少有用的分析方法，主要 陕两科技大学硕士学位论文 有：铈量法、分光光度法、色谱法、荧光法、脉冲电极法、示波极谱法、示波 滴定法、近红外光谱法、气相色谱法、双波电量法、视差扫描电量法。这些方 法各有优缺点，灵敏度、准确度及适用范围也不尽相同，但应用最多的是以下 几种方法，特将它们的分析研究情况及进展叙述如下。 分光光度法 分光光度法是维生素测定的一种基本方法，具有操作简便、快速、取样量 少等优点。刘红河等【3 8 】用分光光度法测定了粮食中的维生素b l ，该法是在氢氧 化钠和碳酸氢钠混合液的缓冲介质中，对氨基苯磺酸重氮盐与维生素b l 发生 偶氮反应，检出限达0 0 0 6 6 m g m l 。 赵兴红等【3 9 】用邻二氮菲铁比色法测定维生素c ，谢全彪等 4 0 1 贝l j 用分光光度 同时测定食品中的维生素c 和山梨酸，都取得较好的结果。比较常用的分光光 度法是维生素c 的二氯靛酚分光光度法； 维生素e 结构中含有游离的酚羟基，可被强氧化剂氧化成醌，这是分光光 度法分析的基础，常用的氧化剂有f e c l 3 、c e ( s 0 4 ) 2 、h n 0 3 等。崔云龙【】以1 ， 10 二氮杂菲( p h e n ) 作显色剂，测定血清样品中的维生素e ，取得了较好的结果。 维生素e 被氧化的产物也可以同有机试剂作用形成摩尔吸光系数较高的化合 物，用此可定量地测定维生素e 的含量。 导数光谱法可以提高测定的选择性，实现不分离同时测定多组分的目的， 这是导数光谱法的优越之处，目前应用导数光谱法测定混合物中维生素e 的报 道已经较多，具体有一阶导数光谱法【：】、二阶导数光谱法【，】和三阶导数光谱法 【4 】。 电化学法 严健等】用毛细管电泳法测定复合维生素b 片含量，回收率为 9 8 7 10 1 o ，相对标准偏差为1 8 3 2 ，该方法简便、快速、可靠。 汪瑗等【4 6 1 用库仑测定法测定了维生素c ；金利通等1 4 7 1 用n a t i o n 甲基紫精修 饰电极，以牛血清蛋白和戊二醛为交联剂，将维生素c 氧化酶固定在电极上， 制成维生素c 氧化酶的生物传感器，可测定人体血清中7 5 10 - 7l0 - 4 m o l l 1 的维生素c 。他还制成了聚邻苯二胺修饰电极维生素c 氧化酶生物传感器【4 8 】 和双酶生物传感器( 抗坏血酸氧化酶和过氧化酶) 【4 9 】对维生素c 进行测定。这些 生物传感器具有选择性好、灵敏度高、响应快等优点。m a t s u m o t o 等【s o 】用酶传 感器安培测定了橙汁中的果糖和抗坏血酸。 a m y ec l o u g h t s j 在固定玻碳电极上对维生素e 进行氧化，然后测其电流， 从而求得浓度，该方法虽然快速，但灵敏度低。刘猛等| 5 2 1 用单扫描示波极谱法 药物及金属离子在碳糊电极上的伏安法研究与应用 测定了维生素e 的含量，首先将维生素e 氧化成为醌式化合物，然后在电极上 进行阴极还原。刘猛等d 3 也用示波滴定法测定了样品中维生素e 的含量。 高效液相色谱 这是目前使用最普遍的测定维生素类方法，应用范围很广，能测定多组分 维生素，有大量文献报道 5 4 - 5 6 1 ；更能测定单组分维生素。b e h r e n s 等用h p l c ( h i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ) 法分离并测定了生物样品及食品中的抗坏 血酸；t a i s u ns h i n 等1 5 7 1 用改良的正相高效液相色谱分离和测定维生素e 的异 构体，获得了满意的结果，他们以异辛烷、乙酸乙酯、乙酸和2 ，2 二甲基丙 烷的混合物为流动相，8 种异构体得到完全分离并在3 0 m i n 内全部出峰。 流动注射分析法 流动注射分析法由于具有所用试剂和试样量少，分析速度快和易于实现自 动化等优点，其应用范围在不断扩大。w a n gl i n t s * l 用流动注射和化学发光法结 合起来测定维生素b 2 。马勇等 5 9 1 用流动注射光度法快速测定药剂中维生素c ， 原理是在p h = 2 6 的h c l 介质中，维生素c 与f e ( i i i ) 邻二氮菲反应，生成f e ( i i ) 一 邻二氮菲有色络合物，室温下其摩尔吸光系数达到1 2 1 0 4 ，相对标准偏差是 0 2 7 ( n = 1 2 ) ，分析速度为9 0 个样品d , 时。 荧光光度法 目前荧光光度法用来测定维生素的文献报道，主要是利用氧化剂将维生素 氧化，再与反应试剂发生缩合反应，生成杂氮环缩合产物，用荧光光度法来测 定。 维生素b l 最早测定方法是先用铁氰化钾在碱性溶液中将维生素b