劉冉彤，鄭笑晨，金 君，簡 選，于 浩

(延安大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，陜西延安716000)

0 引言

異煙肼(4-吡啶甲酰肼，又稱雷米封)，臨床上主要用于防治各種類型的活動性結(jié)核病，尤其適用于結(jié)核性腦膜炎，與鏈霉素對氨基水楊酸鈉等合用，能減小結(jié)核桿菌的耐藥性［1］.長期使用異煙肼，可能導(dǎo)致肝毒性患者的炎癥反應(yīng)，觸發(fā)系統(tǒng)性紅斑狼瘡［2］.因此，研究異煙肼的分析檢測方法對在藥物分析和臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的意義.目前，已有色譜法［3］、化學(xué)發(fā)光法［4］和電化學(xué)［1，5］等方法用于不同樣品中異煙肼含量的測定，其中電化學(xué)方法具有儀器簡單、靈敏度高等特點，受到了人們的重視.異煙肼本身具有一定的電化學(xué)活性，可以用電化學(xué)方法直接檢測.但異煙肼在傳統(tǒng)固體電極表面電極反應(yīng)的過電位高，且靈敏度低.因此，近年來人們制備了各種化學(xué)修飾電極以改善其分析性能［1，5-7］.

在電化學(xué)傳感領(lǐng)域，碳基納米材料以其良好的物理化學(xué)性質(zhì)得到了廣泛的研究和應(yīng)用［8-11］.為了進(jìn)一步提高此類納米材料的電化學(xué)傳感性能，最近人們開始關(guān)注不同形態(tài)碳基納米材料的復(fù)合物的制備及在電化學(xué)的中應(yīng)用［10-11］.W.Seunghee 等［10］采用水合肼還原法從氧化石墨烯和碳納米管混合溶液中制備了石墨稀/碳納米管復(fù)合物，研究了該復(fù)合物修飾電極對過氧化氫的電化學(xué)行為.發(fā)現(xiàn)復(fù)合物比單一的石墨烯和碳納米管具有更高的電催化活性.

本文采用水合肼還原法制備了多壁碳納米管-石墨烯納米復(fù)合物，并采用滴涂法制備了此納米復(fù)合物修飾的玻碳電極，研究了該修飾電極上異煙肼(Isoniazid，INZ)的電化學(xué)行為.結(jié)果表明，該修飾電極對異煙肼的電化學(xué)過程具有高的催化活性，并采用線性掃描伏安法測定了注射液中異煙肼的含量.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CHI660D電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)，三電極系統(tǒng):工作電極為MWCNT-GR/GCE修飾電極或玻碳電極(GCE)，對電極為鉑絲電極，以飽和甘汞電極(SCE)為參比電極.文中所用的電位均以飽和甘汞電極為參比電極.

天然鱗片石墨(碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%，粒徑小于30 μm，青島萊西市南墅發(fā)達(dá)石墨公司)，異煙肼對照品(INZ，中國藥品生物制品檢定所)，多壁碳納米管(MWCNT，深圳納米港有限公司)，尿酸(UA，分析純，國藥化學(xué)試劑有限公司)，抗壞血酸(AA，分析純，天津市新純化學(xué)試劑研究所)，其它試劑均為分析純，實驗用水為去離子水.

1.2 多壁碳納米管-石墨烯復(fù)合膜修飾電極的制備

玻碳電極依次用0.5、0.3和0.05 μm氧化鋁粉末拋光至鏡面，然后依次用丙酮、乙醇、去離子水洗滌，晾干備用.氧化石墨烯(GO)采用改進(jìn)的Hummers法制備［12］，多壁碳納米管參考文獻(xiàn)［13］的方法進(jìn)行預(yù)處理.

多壁碳納米管-石墨烯納米復(fù)合物參照文獻(xiàn)［10］的方法制備.將0.0375 g的GO與0.0125 g的MWCNT置于盛有100mL水的圓底燒瓶中，依次加入1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的水合肼和7mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為28%的氨水.攪拌均勻后，在95℃下回流1 h，過濾，真空干燥后即得多壁碳納米管-石墨烯納米復(fù)合物，記為MWCNT-GR.

稱取此復(fù)合材料2.5mg超聲分散到10mL DMF中.移取5μL分散液滴涂于處理好的玻碳電極表面，室溫晾干，即得多壁碳納米管-石墨烯納米復(fù)合物修飾電極，記為MWCNT-GR/GCE.采用相似方法制備了碳納米管修飾電極(MWCNT/GCE)和石墨烯修飾電極(GR/GCE).

1.3 實驗方法

循環(huán)伏安法實驗:將沖洗干凈的修飾電極置于不同溶液中，記錄相應(yīng)的循環(huán)伏安圖.

X-射線粉末衍射實驗:取適量制備好的多壁碳納米管-石墨烯納米復(fù)合物置于儀器的樣品臺上，在管電壓40 kV，管電流30mA，步長0.02°，掃描范圍10°～80°，掃描速度 1°/min條件下記錄 XRD圖譜.

2 結(jié)果與討論

2.1 多壁碳納米-管石墨烯納米復(fù)合物的表征

圖1分別為多壁碳納米管(a)、石墨烯(b)和多壁碳納米管-石墨烯復(fù)合物(c)的XRD衍射圖.由圖1可見，碳納米管在2θ角為25.94°和43.01°處分別給出2個尖銳的衍射峰(a).根據(jù)文獻(xiàn)報道的結(jié)果，這2個衍射峰分別為(002)和(100)晶面的衍射峰［14］.而石墨烯在2θ約25.94°附近出現(xiàn)1 個寬的衍射峰(b).根據(jù)文獻(xiàn)報道的結(jié)果，這一衍射峰為石墨烯(002)晶面的衍射峰.與碳納米管相比，石墨烯衍射峰變寬是由于氧化石墨烯被還原時石墨烯的空間完整性被破壞，無序度增加所致［15］.由圖1(c)可見，多壁碳納米管-石墨烯復(fù)合物在2θ值為25.94°左右出現(xiàn)一寬的衍射峰，說明復(fù)合物中含有石墨烯;同時，在2θ角為25.94°和43.01°處出現(xiàn)了2個較尖的衍射峰，說明復(fù)合物中含有碳納米管.以上結(jié)果說明，采用本文方法得到了多壁碳納米管-石墨烯2種碳基納米材料的復(fù)合物［10］.

圖1 XRD衍射圖

2.2 異煙肼在MWCNT-GR/GCE修飾電極上的電化學(xué)行為

圖2為5.0×10-5mol·L-1的INZ分別在裸玻碳電極(A)、MWCNT/GCE(B)、GR/GCE(C)和MWCNT-GR/GCE(D)上的循環(huán)伏安圖.

圖2 5.0×10-5mol·L-1INZ在 GCE(A)，MWCNT/GCE(B)，GR/GCE(C)和MWCNT-GR/GCE(D)上的循環(huán)伏安圖

由圖2可見，在裸玻碳電極上，INZ在研究電位范圍內(nèi)沒有明顯的氧化還原峰.在MWCNT/GCE修飾電極上，INZ在0.68V左右給出1個很小的不可逆氧化峰;在GR/GCE修飾電極上，INZ在0.47V處給出1個不可逆氧化峰.而在MWCNT-GR/GCE修飾電極上，INZ在0.35V處給出1個尖銳的不可逆氧化峰.通過對比可以看出，INZ在MWCNT-GR/GCE修飾電極上電氧化時過電位更低，電流響應(yīng)更大，這說明MWCNT-GR納米復(fù)合物對INZ具有更高的電催化活性，高的電催化活性得益于復(fù)合物中碳納米管和石墨烯的協(xié)同作用［10］.

2.3 pH值的影響

采用循環(huán)伏安法考察了溶液酸度對INZ電化學(xué)行為的影響.圖3(A)為1.0×10-5mol·L-1的INZ在不同pH的HAc-NaAc緩沖溶液中的循環(huán)伏安圖(掃描速率為20mV·s-1).由圖3可見，隨pH值的增大，INZ的氧化峰峰電位逐漸負(fù)移，且氧化峰峰電位與pH值間呈良好的線性關(guān)系(見圖3(B))，線性方程為Ep，a(mV)=579.5-51.8 pH，相關(guān)系數(shù)R=0.9920，斜率為-51.8mV·pH-1.從斜率可知，參加INZ氧化反應(yīng)的電子數(shù)和質(zhì)子數(shù)之比為1∶1，與理論值接近［1］.氧化峰電流隨pH值的增大先增大后減小(見圖3(C))，在pH值為4.0時，INZ的氧化峰電流最大，峰形最好，故選pH值為4.0的HAc-NaAc緩沖溶液為支持電解質(zhì)溶液.

圖3 酸度的影響

2.4 掃描速率的影響

圖4為1.0×10-4mol·L-1INZ在MWCNTGR/GCE修飾電極上于不同掃描速率下的循環(huán)伏安圖.由圖4可見，隨著掃描速率的增加，INZ的氧化峰電流隨之增大.且在10～90mV·s-1的范圍內(nèi)，峰電流與掃描速率的一次方呈線性關(guān)系(見圖4(A))，線性方程為ip=1.95+0.113v，相關(guān)系數(shù)R=0.9950.這表明INZ在MWCNT-GR/GCE上的反應(yīng)過程為吸附控制過程，這與文獻(xiàn)報道的結(jié)果一致［1］.另外，隨著電位掃描速率的增大，氧化峰峰電位逐漸正移.且峰電位與電位掃描速率的對數(shù)呈線性關(guān)系(見圖4(B))，線性方程為:Ep，a(mV)=0.478+61.4lgv(R=0.9964).對于受吸附控制的完全不可逆電極過程，峰電位與電位掃描速率間的關(guān)系可用下式表示:

Ep，a=E0'+(RT/αnF)ln(RTk0/αnF)+(RT/αnF)lnv，其中E0'為式量電位(V);T為溫度(K);α為電極反應(yīng)電子傳遞系數(shù);n為電子轉(zhuǎn)移數(shù);k0為電極反應(yīng)的速率常數(shù)(s-1);F為法拉弟常數(shù).根據(jù)斜率=RT/anF，求得αn=1.04;對于不可逆過程，a通常取0.5，由此可知異煙肼的電氧化過程有2個電子參與.因此，異煙肼的氧化是一個2電子2質(zhì)子的過程，這與文獻(xiàn)報道的結(jié)果一致［1］.

圖4 不同掃速下INZ在MWCNT-GR/GCE上的循環(huán)伏安圖

2.5 線性范圍、檢出限

圖5為不同濃度的INZ在MWCNT-GR/GCE修飾電極上的線性掃描伏安圖.在優(yōu)化條件下，陽極峰電流與INZ的濃度在1.0×10-7～1.0×10-4mol·L-1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，線性方程為ipa(μA)=0.265+0.123 c(μmol·L-1)，相關(guān)系數(shù)R=0.9982.檢出限(S/N=3)為5.0×10-8mol·L-1.與文獻(xiàn)報道的結(jié)果相比(見表1)，MWCNT-GR/GCE修飾電極用于測定INZ具有線性范圍寬、檢出限低等特點，這得益于復(fù)合物中碳納米管和石墨烯的協(xié)同作用［10］.

圖5 加入不同濃度INZ時的線性掃描伏安圖和校正曲線

表1 不同修飾電極測定INZ時的分析性能

2.6 修飾電極的穩(wěn)定性、重復(fù)性

在優(yōu)化實驗條件下，連續(xù)10次測定5.0×10-5mol·L-1異煙肼的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.2%.同一批制備的5支修飾電極測定5.0×10-5mol·L-1異煙肼的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.1%.室溫放置30 d后進(jìn)行重新測試，修飾電極對INZ的電流響應(yīng)幾乎不變，表明該修飾電極具有較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性.

2.7 干擾實驗

電化學(xué)檢測INZ時最主要的干擾物質(zhì)是樣品中共存的易氧化物質(zhì)如AA、UA、葡萄糖及L-半胱氨酸等.在含有5.0×10-5mol·L-1DA的HAc-NaAc緩沖溶液(pH值為4.0)中考差了一些主要的干擾物質(zhì)對INZ定量測定的時干擾.結(jié)果表明，當(dāng)相對誤差不超過±5%時，50倍的L-半胱氨酸、100倍的UA、200倍的AA、500倍的葡萄糖不干擾測定.常見無機(jī)離子均不干擾測定.

2.8 樣品分析

取異煙肼針劑1支，全部轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用水定容至刻度.再準(zhǔn)確移取一定量上述樣品溶液于25mL容量瓶中，用HAc-NaAc緩沖溶液(pH值為4.0)定容至刻度.然后按實驗方法用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量測定，將測定結(jié)果換算為原針劑中的含量，6次平行測定結(jié)果的平均值為97.5mg/2mL，與標(biāo)示量100mg/2mL相符，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.2%，加標(biāo)回收率為98.5%～101.0%.

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