基于纳米材料构建电化学和电化学发光传感器用于含氮类药物分析研究.doc

基于纳米材料构建电化学和电化学发光传感器用于含氮类药物分析研究 基于纳米材料构建电化学和电化学发光传二研宄方向析三一遵守学术行为规范承诺本人己熟知并愿意自觉遵守福州大学研究生和导师学术行为规范暂行规定和福州大学关于加强研究生毕业与学位论文质量管理的规定的所有内容，承诺所提交的毕业和学位论文是终稿，不存在学术造假或学术不端行为，且论文的纸质版与电子版内容完全一致。 二独创性声明本人声明所提交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得福州大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 三关于论文使用授权的说明本人完全了解福州大学有关保留使用学位论文的规定，卩学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 （保密的论文在解密后应遵守此规定）本学位论文属于（必须在以下相应方框内”，否则一律按非保密论文”处理）、保密论文本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 、非保密论文；学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 研究生本人签名签字曰期年月曰研究生导师签名签字日期必年月日基于纳米材料构建电化学和电化学发光传感器用于含氮类药物分析研究中文摘要药物是人类健康和生命安全的保护神，对人类文明的进程起到了不可替代的作用，而准确快速的药物分析方法的建立更是药物生产和使用安全以及药代动力学研宄的基础。 电化学发光和电化学分析方法具有仪器设备简单、分析速度快捷以及灵敏度高等优点，已广泛应用于药物制剂及生物体液中有效成分的分析检测。 含氮类药物分子中由于有孤电子对基团氨基的存在，通常具有一定的电化学活性，电分析方法己广泛应于该类药物的分析检测。 本文利用电分析方法中的电化学发光法和伏安分析法，结合聚合物膜、碳纳米管以及石墨烯等纳米材料的结构特征和电化学性能，构建了几种新型电化学发光和电化学传感器，成功用于实际样品中几种常见含氮类药物分子的分析检测。 主要内容归纳如下第一章主要概述了电化学和电化学发光技术在药物分析领域研宄进展。 重点阐述了基于聚合物膜、碳纳米管以及石墨烯等纳米材料构建的电化学和电化学发光传感器在药物分析应用方面的进展。 同时简单介绍了本论文的主要研究工作和意义。 第二章以谷氨酸为单体，采用电聚合方式成功将聚谷氨酸修饰在羧基化多壁碳纳米管聚乙烯醇修饰玻碳电极上，得到聚谷氨酸羧基化多壁碳纳米管聚乙烯醇复合膜修饰玻碳电极。 该修饰电极对盐酸丙卡特罗的电化学氧化过程具有优良的催化作用，使盐酸丙卡特罗的电化学氧化峰电流大大增强，由此实现了线性扫描伏安扫描方式下盐酸丙卡特罗的高灵敏测定。 干扰实验表明该修饰电极对于药物制剂及人体体液中常见共存物具有较强的抗干扰能力。 用于药物制剂和模拟人体尿液中盐酸丙卡特罗的含量分析，结果令人满意。 第三章以盐酸丙卡特罗为单体，采用简单的循环伏安扫描方式成功制备了聚盐酸丙卡特罗修饰玻碳电极。 在详细研究该修饰电极电化学行为的基础上，提出了聚盐酸丙卡特罗在玻碳电极上的成膜机理。 基于该修饰电极对多巴胺和尿酸电化学氧化过程的催化作用，采用方波伏安法实现了对多巴胺和尿酸的同时电化学测定。 该修饰电极应用于血液和尿液中多巴胺和尿酸的同时检测，回收率在。 之间。 第四章在前章获得的聚盐酸丙卡特罗修饰玻碳电极的基础上，引入羧基化多壁碳纳米管制得聚盐酸丙卡特罗与羧基化多壁碳纳米管复合膜修饰玻碳电极。 由于羧基化多壁碳纳米管的引入，使得该修饰电极对盐酸溴己新的电化学响应较聚盐酸丙卡特罗修饰玻碳电极和羧基化多壁碳纳米管修饰玻碳电极具有大幅度的增强，基于此建立了一种高灵敏的测定盐酸溴己新含量的伏安分析法。 该复合膜修饰电极在测定药物制剂及模拟人体血清中盐酸溴己新的含量实验中表现出了优良的稳定性和抗干扰能力。 第 五、六章主要采用经典三联吡啶钌作为电化学发光试剂，以硫普罗宁作为电化学发光增敏剂、利巴韦林作为电化学发光猝灭剂，分别建立了快速灵敏检测硫普罗宁及利巴韦林含量的电化学发光新方法，同时分别阐明这两种药物分子在三联吡啶钌电化学发光体系中的共反应机理。 第七章选用一种新型的异八核炔簇合物）（）（）（简写为）作为电化学发光试剂，在石墨烯的辅助下构建了一种固态电化学发光传感器。 基于含氮杂环类药物甲巯咪唑对该固态电极电化学发光的猝灭作用，建立了一种测定甲巯咪唑含量的电化学发光新方法。 最佳实验条件下，甲巯咪唑浓度对数值在（范围内与该固态电极电化学发光强度猝灭值呈良好线性关系），最低检测限）为（。 该固态电极在含甲巯咪唑溶液中进行连续次的扫描，所得个电化学发光峰强度值之间的为，说明该固态电极具有良好的发光稳定性。 该电极还被成功用于药物制剂中甲巯咪唑含量的定量检测。 关键词纳米材料，修饰电极，电化学传感器，电化学发光，药物分析，（）（），（）（）（）（）（）（），（）（），（），（，）（）（），（），（），（）（）（）（，（），（），（？）（），主要缩略词表缩略词英文全称中文全称碳纳米管多壁碳纳米管羧基化多壁碳纳米管（）聚谷氨酸电化学发光法三丙胺三乙月安（二丁基氧基）乙醇玻碳电极聚乙稀醇盐酸丙卡特罗（）聚盐酸丙卡特罗憐酸缓冲溶液循环伏安法方波伏安法差分脉冲伏安法线性扫描伏安法扫描电子显微镜多巴胺尿酸盐酸溴己新硫普罗宁利巴韦林甲巯咪唑（）异核金属炔簇合物，（）普朗尼克电化学还原氧化石墨烯目录时摘要一章绪论基于纳米材料修饰电极的电化学分析法在药物分析领域研究进展碳基纳米材料修饰电极及其在药物分析中应用金属和金属氧化物纳米材料修饰电极及其在药物分析中应用聚合物膜修饰电极及其在药物分析中应用碳纳米管与聚合物膜复合材料修饰电极及其在药物分析中应用电化学发光法在药物分析领域研究进展电化学发光方法简介三联吡啶钌电化学发光体系在药物分析中的应用固态电化学发光技术在药物分析中的应用论文研究的目的及主要内容第二章聚谷氨酸多壁碳纳米管聚乙烯醉复合膜修饰电极测定盐酸丙卡特罗弓实验部分材料与试剂实验仪器聚谷氨酸羧基化多壁碳纳米管聚乙烯醇修饰玻碳电极（）的制备电化学测试样品处理结果与讨论表面表征在复合膜修饰上的电化学行为修饰电极制备条件选择预富集时间的选择线性范围及最低检测限重现性、稳定性及干扰实验实际样品测定本章小结第三章聚盐酸丙卡特罗修饰玻碳电极上多巴胺和尿酸同时电化学测定实验部分材料与试剂实验仪器修饰玻碳电极的制备实际样品分析结果与讨论膜在电极上的沉积及其电化学行为研究膜在电极上的表面形貌研究电化学聚合圈数的影响和在膜修饰电极上的电化学行为研究电化学扫描速率的影响缓冲介质的影响膜修饰电极用于和的电化学检测的重现性、重复性、稳定性及干扰研究实际样品分析本章小结第四章盐酸溴己新在聚盐酸丙卡特罗多壁碳纳米管修饰电极上电化学行为及检测研究弓丨胃实验部分材料与试剂实验仪器复合膜修饰电极的制备实际样品分析结果与讨论的表征在上的电化学行为研究电化学扫描速率对电化学行为的影响缓冲介质对电化学行为的影响制备条件优化富集时间对氧化峰电流的影响线性范围及最低检测限的重现性、重复性、稳定性及干扰研究实际样品分析本章小结第五章硫普罗宁作为（）广电化学发光共反应物及其药物分析应用弓胃实验部分试剂与溶液实验仪器实验方法在药物制剂中含量分析结果与讨论（）在存在条件下电化学行为研究（）在存在条件下电化学发光行为研究的影响电化学扫描速率的影响（）？浓度的影响线性响应范围、精密度及最低检测限药物制剂中含量分析对（）广电化学发光增强机理研究本章小结第六章（）三乙胺电化学发光辞灭法用于利巴韦林含置分析研究实验部分试剂与溶液实验仪器实验方法利巴韦林在药物制剂中含量分析结果与讨论对（）体系电化学发光的猝灭作用电化学扫描速率的影响支持电解质种类及的影响（）广及浓度的影响线性响应范围、精密度及最低检测限干扰实验药物制剂中含量分析对（）体系电化学发光猝灭机理研究本章小结第七章基于石墨烯炔簇合物构筑电化学发光传感器用于甲巯咪唑含置检测研究弓丨胃实验部分试剂与溶液实验仪器实验方法用于药物制剂中含量分析结果与讨论复合膜在电极表面的形貌表征存在下电化学及电化学发光行为研究制备条件优化静置时间对强度的影响缓冲溶液类型和的影响扫描速率的影响线性响应范围及最低检测限重现性、重复性、稳定性及干扰研究药物制剂中含量检测本章小结总结与展望？考文献雜个人简历在读期间已发表的论文基于纳米材料构建电化学和电化学发光传感器用于含氮类药物分析研究第一章绪论药物不但可以用来治疗疾病并缓解疾病给人类甚至动物带来的痛苦，也可以用来预防疾病的发生，在人类世界的文明进程中起着至关重要的作用。 在二十世纪初期，药物的研发和生产并不在有关政府的控制之下。 如今，为了规范药品的合法性以保障药品具有一定的质量、纯度和功效，世界各国的药品产业都处在政府部门的管控之中。 而药物分析则是对药物进行管控的关键一步，因为从药物可靠性评估，到药物的释放追踪，再到药物稳定性考察以及药物代谢动力学研究，都需要通过分析方法获得有关组分的含量数据。 而且随着制药行业中药品的研发，合成以及载药方式不断加速发展，迫切需要更多的灵敏、可靠以及快速的药物分析方法以支撑药品产业的发展，。 在药品生产及质量安全控制上，比较成熟并被广泛应用的药物分析方法包括光谱分析法和色谱分析法。 在过去的三四十年时间，许多先进和重要的技术被应用于药物分析领域，包括高校液相色谱法，毛细管电泳法（），高分辨率和固体核磁共振技术，电喷雾质谱分析法与及与之匹配的计算机自动化技术。 这些先进的现代仪器分析法，在提高效率及可靠性的同时，都存在着诸如样品制备耗时较长，分析速度不够快速以及仪器价格昂贵等短板，要真正普及到日常药品检测分析中还存在着较大的困难。 为了进一步获得更加实用快速的分析方法，以应用于药物制剂中有效成分以及生物体液中药物分子的检测，药物分析新方法的研究一直都是分析工作者的研究兴趣点之基于纳米材料修饰电极的电化学分析法在药物分析领域研究进展电化学方法在定量分析领域的应用始于年捷克化学家海洛夫斯基建立的极谱法，该方法是通过测定待测物质在电解过程中的电流电压（或电位时间）曲线来确定溶液中待测组分的浓度，而海洛夫斯基也因此在年获得诺贝尔化学奖。 以海洛夫斯基教授的研宄工作为基础发展起来的现代电分析方法，对许多科学技术领域的实践产生着重大影响。 伏安法作为电分析的一种，与极谱法具有相似的原理，都是在工作电极上施加一定的电压以启动在电极表面的电化学反应，进而获得电极表面的电流响应。 作为工作电极的材料种类繁多，常用的有铂盘（丝）电极、金盘（丝）、钌电极、浸蜡石墨电极、碳糊电极以及玻碳电极等等。 福州大学博士学位论文而伏安法根据电位扫描方式的不同又大致可以分为线性扫描伏安法、循环伏安法、差分脉冲伏安法、方波伏安法以及溶出伏安法等几类。 虽然基于电化学技术的药物分析方法已经有不少的报道，但是电化学分析还并未真正用于日常药物分析领域。 而很多药物制剂中的活性成分都具有氧化或还原性质，在相应的电化学分析方法建立上具有独特的优势。 在通常情况下，药物制剂中的辅料以及这些药物的氧化还原产物并不会影响活性成分的分析检测，因此往往不需要对试样进行测定前的分离或者提纯。 然而这一潜在优势，时至今日也还并没有被大多数制药领域的研宄者所认识到。 在大多数情况下，电化学分析法用于药物分析时前处理过程非常简单，只需将药物制剂（糖浆、片剂、面霜、胶囊、药膏等）先用适当的电解质溶液溶解，便可以取一部分直接用于电化学分析测定，而测试溶液是否混浊以及是否有颜色，都不会影响测定的结果。 电化学方法除了可以应用于药物定量分析领域外，相关实验数据还可以用来进行药代动力学研究，甚至可以说明药物与生物细胞之间的相互作用】。 在电化学分析测定过程中，电活性物质在电极表面发生氧化或还原反应，作为待测物质发生反应并产生测定信号的场所，电极表面的种类和性质决定了电化学分析的灵敏度和选择性。 为了获得对测定对象具有独特响应的电极表面，化学修饰电极应运而生。 化学修饰电极最简单及普遍的制作方法，是将某些具有独特化学结构及电学性质的新型材料通过各种手段固定在商品化电极基底之上，以直接获得一个与众不同的电极表面。 由于纳米材料具有独特的物理化学性质，基于纳米材料制备的化学修饰电极已被广泛应用于药物分析领域（），。 碳基纳米材料修饰电极及其在药物分析中应用由于具备独特的电、热、化学和机械性质，碳基纳米材料一直是纳米技术领域里的核心组成部分。 不同碳基纳米材料中碳链长度及碳原子的排列方式各不相同，性质也不尽相同，这种杂交特性使碳元素形成不同性质的化合物种类繁多，甚至有可能超过亿种。 但碳基纳米材料根据其结构特征不同主要分为碳纳米管（）、富勒烯、石墨烯以及纳米金刚石等几种类型（图）。 碳基纳米结构具有的金属或半导体特性，可以通过参与电荷转移过程而赋予这类物质独特的催化性能，使其被广泛应用于生物传感及载药传输领域，巧。 将碳纳米材料加入到碳糊或者直接修饰到固体电极表面，在增强电催化性能和灵敏度的同时还能提高电极的抗污染与抗干扰能力（）。 本小节主要介绍碳纳米管和石墨烯材料的性质及其作为修饰电极材料在药物分析领域的应用。 基于纳米材料构建电化学和电化学发光传感器用于含氮类药物分析研究參國，图主要碳纳米材料结构图丨碳纳米管修饰电极碳纳米管材料由于集独特的几何、机械、电学及化学性质于一身，是一种极其重要的纳米材料。 碳纳米管材料的抗张强度是高强度合金钢的倍，而其密度却只有铝的一半。 碳纳米管是由多个碳原子六方点阵的同轴柱面套构而成的空心小管，它可由富勒烯材料转变而来，通常又被称为管状富勒烯或巴基管。 碳纳米管具有许多新的特性，在纳米技术、电子学、光学以及材料科学等领域有广泛的应用前景。 碳纳米管可以看成是单层碳原子度的碳片被卷成了管状，它由六角形状的碳原子所组成，具有纳米级的厚度及厘米级的长度，其中每一个碳原子都与其他三个碳原子形成共价键。 还有些纳米管的端头是由碳原子之间形成五元环而形成封口（图丨）。 图丨三种碳纳米管几何构型（两端开口；端开口；两端封闭）福州大学博士学位论文碳纳米管具有超导性能，现在已经合成出单根长度达的碳纳米管材料。 跟石墨一样，碳纳米管中碳原子几乎都以杂化成键，其所形成的二维片状材料可以像纸张一样卷曲成圆柱状。 这种成键结构比金刚石材料中的杂化成键更强，赋予其许多独特的性质。 多壁纳米管的层与层之间通过作用成键，为此，石墨的基本性质仍然存在于碳纳米管材料中。 而单层的石墨烯通过弯曲以后就形成了碳纳米管，。 根据组成碳纳米管的石墨烯片的层数不同，碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管（）两类。 单壁碳纳米管直径的分布范围小，直径通常在，结构中所含缺陷少，具有较高的均匀一致性。 而在形成过程中，石墨烯片的层与层之间容易产生陷阱中心而形成各种缺陷，所以其壁管上通常存在各种小洞样的缺陷，内层直径可低至，最高可达几百纳米，常用的管径在。 通过物理或者化学的方法对碳纳米管材料进行改性，给碳纳米管材料带来了许多新的性质。 此外，采用化学改性的碳纳米管作为电极材料虽然还只是一个新兴的研宄领域，但已经有许多高灵敏、高选择性的电极材料被报道。 对碳纳米管的表面改性有定向和非定向之分，但是由于碳纳米管只在一个方向弯曲，改性反应通常不太明显。 碳纳米管功能化可以在外壁或者空腔中进行，有共价和非共价键合之分。 为了增大碳纳米管材料在各种溶剂体系中的溶解能力，人们在碳纳米管材料改性方面进行了大量的研宄。 在对不同方法生产的碳纳米管进行纯化后，研宄者己经实现了碳纳米管的共价功能化。 利用氧化的形式将碳纳米管材料开环并进行羧基化后，能够用各种经典的方法进行进一步的改性。 通过与热的强酸（如硝酸或者硫酸）反应可以在管的末端或者在侧壁缺陷中引入羧基。 对于而言，还可以通过调节反应强度的方法来控制是否将其外壁的氧化基团去除，从而控制纳米管的长度和管径。 这种处理后的碳纳米管在有机溶剂中的溶解性能得到了极大的改善。 碳纳米管独特的性能使其非常适合作为传感器尤其是电化学传感器的材料。 与传统的碳糊及玻碳电极相比，碳纳米管作为电极材料普遍具有更灵敏的电化学响应