姜黄素在乙炔黑-离子液体复...上的电化学行为及含量的测定_谭金铭.pdf

谭金铭 等.姜黄素在乙炔黑-离子液体复合修饰玻碳电极上的电化学行为及含量的测定2023,Vol.37,No.1科技进展Advances in Science&Technology收稿日期:20220401作者简介:谭金铭(1996),女,硕士在读,研究方向为电化学检测,E-mail:837011570 ;通信作者:初红涛(1979),男,博士,副教授,研究方向为金属电沉积及液相色谱分析,Email:doi:10 16597/j cnki issn 1002154x 2023 01 001姜黄素在乙炔黑-离子液体复合修饰玻碳电极上的电化学行为及含量的测定谭金铭 初红涛(齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院,黑龙江 齐齐哈尔 161006)摘 要 采用乙炔黑(AB)和离子液体(1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐,BMIMPF6)作为复合修饰材料,制备了AB-离子液体复合修饰电极(AB-BMIMPF6/GCE)。用循环伏安法(CV)研究姜黄素在该修饰电极上的电化学行为。实验结果表明,在 pH 为 6.5 的磷酸盐缓冲液(PBS)中,姜黄素在该修饰电极上出现氧化峰。AB-离子液体分散液的最佳滴涂量为 8 L,此时姜黄素检测的峰电流值最大且灵敏。在扫速为75 mVs-1时,峰电流变化最大,表明此为最佳扫描速率。此时,峰电流值与姜黄素浓度呈线性关系,其线性方程为 I(A)=3.121 5C(mmolL-1)+0 789 7,检测限为 0.02 mmolL-1。关键词 乙炔黑 离子液体 姜黄素 循环伏安法中图分类号:O657.1 文献标志码:AElectrochemical Behavior and Content Determination of Curcumin on GlassyCarbon Electrode Modified with Acetylene Black and Ionic LiquidTan Jinming Chu Hongtao(College of Chemistry and Chemical Engineering,Qiqihar University,Heilongjiang Qiqihar 161006)Abstract Acetylene Black(AB)and ionic liquid(1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate BMIMPF6)was used as composite modification materials to prepare acetylene black-ionic liquid composite modified electrode(AB-BMIMPF6/GCE).The electrochemical behavior of curcumin at the modified electrode was investigated by cyclicvoltammetry(CV).The experimental results showed that the oxidation peak of curcumin appeared on the modified electrodein phosphate buffer solution(PBS)when pH value was 6.5.The peak current of curcumin was the highest and sensitivewhen the concentration of acetylene black-ionic liquid dispersed droplet was 8 L.When the scanning speed was75 mVs-1,the peak current had the maximum change,indicating that was the best scanning rate.At this scanning rate,the peak current had a linear relationship with the curcumin concentration.The linear equation was I(A)=3.121 5C(mmolL-1)+0.789 7,and the detection limit was 0.02 mmolL-1.Keywords acetylene black ionic liquid curcumin cyclic voltammetry 近年来的研究发现,姜黄素是一种纯天然并具有多种生物药用功能的物质,市售的姜黄主要从姜科植1第 37 卷第 1 期Vol 37,No 1化工时刊Chemical Industry Times2023 年 2 月Feb.2023 2023,Vol.37,No.1科技进展物(如姜黄、郁金)中直接提取,研究结果表明其抗氧化、抗炎及抗肿瘤能力很强,所以欧洲多个国家已经将姜黄素列为抗肿瘤预防药。1987 年,Kuttan 等发现姜黄素局部作用于肿瘤后抑瘤效果明显,抑制了多种肿瘤的发展蔓延和转移1。作为一种抗肿瘤中成药,姜黄素可以单独使用,也可以与化疗、放疗药物联合使用,不过其用量控制尤为重要2。孙晓尧等3采用高效液相色谱(HPLC)测定了姜黄根茎以及姜黄素饮料中姜黄素类化合物的含量。程继等4采用高效液相色谱-质谱联用测定姜黄素在大鼠血浆和组织中药物浓度随时间变化的分布规律及药物代谢动力学的特点。陈宽等5用元素掺杂的方法制备了具有高量子产率的长波长荧光碳量子点用于姜黄素的检测。电化学修饰电极法6是利用电聚合的方法,通过在玻碳电极表面修饰特殊材料,实现对目标组分的富集及信号的传导,也可用于未知组分的快速检测。近年来离子液体(ILs)、碳纳米材料等被用于电极表面的修饰。ILs 具有熔点低、离子导电性强、电化学窗口宽和生物相容性好等特点。乙炔黑(AB)是一种碳纳米材料,具有比重小、比表面积大、导电性强及吸附性能好等特性。将乙炔黑与离子液体复合作为修饰材料,可有效提高电极的灵敏性和催化性能,分子印迹技术具有高选择分离性和稳定性等特点,故将两者结合能够高效检测和优化富集。安绛雪7将电化学修饰电极和分子印迹技术有机结合,用于检测食品中的三聚氰胺等。作者选用羧甲基纤维素钠(CMC)作为分散剂,通过恒温超声分散制得 AB-离子液体复合修饰材料,用滴涂法将其修饰在玻碳电极(GCE)上,研究姜黄素在该修饰电极上的电化学行为并对其进行测定。1 实验部分1.1 仪器与试剂CHI660D 电化学工作站,上海辰华仪器有限公司;Nicolet6700 傅里叶红外光谱仪,Thermo SciertificUSA;pHS23C 型数字式酸度计,江苏电分析仪器厂。AB,上海试剂有限公司;1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(BMIMPF6),上海成捷化学有限公司;姜黄素,上海麦克林生物化学公司;0.5%CMC、其他试剂均为分析纯。实验用水均为超纯水。所有实验均在室温下进行。1.2 实验方法1.2.1 修饰电极的制备将 GCE 置于 P4000 金相砂纸上,用 1.0、0 3、0 05 mAl2O3打磨抛光,用水清洗,再分别用硝酸(1 1)、无水乙醇、超纯水超声清洗 10 min,烘干备用。取 5 mg AB,加入 8 L 的BMIMPF6和 50 L0.5%CMC 及 1 mL 无水乙醇,超声分散 4 h 后,得到分散均匀的黑色悬浊液。取6 L该悬浊液滴涂在干净的裸表面,红外灯下烘干,即制得修饰电极 AB-BMIMPF6/GCE。1.2.2 电化学测试以 AB-BMIMPF6/GCE 为工作电极,饱和甘汞电极为参比电极,铂电极为辅助电极,于-0.3 0 7 V,进行不同 pH 值的磷酸缓冲溶液以及不同扫描速率下的循环伏安(CV)曲线、聚合周数及洗脱时间的测定并进行干扰实验的测定。2 结果与讨论2.1 电极的活化在实验之前,对电极进行活化,以去除杂质、验证电极的可靠性。将 GCE 置于 0.10 molL-1H2SO4溶液中,利用循环伏安法在-1 1 V 进行扫描,扫速为100 mVs-1,扫描周数为30 周,结果见图1。图 1 GCE 在 0.10 molL-1H2SO4溶液中活化的循环伏安图Fig.1 CV of GCE in 0.10 molL-1H2SO4solution从图 1 中可以看出,GCE 在 0.1 molL-1H2SO4介质中的循环伏安曲线随着扫描周数的增加逐渐趋于平稳,扫描 30 周后,硫酸的氧化还原峰基本达到重合,电极达到活化要求。2.2 分子印迹修饰电极的制备选用姜黄素为模板分子,邻苯二胺为功能单体,以2谭金铭 等.姜黄素在乙炔黑-离子液体复合修饰玻碳电极上的电化学行为及含量的测定2023,Vol.37,No.1乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,使姜黄素与邻苯二胺聚合,洗脱模板分子后在 AB-BMIMPF6/GCE 表面制备具有特异性识别的 AB-BMIMPF6/姜黄素分子印迹修饰电极(MIP)。图 2 为分子印迹聚合物经过电化学聚合形成 MIP 过程的 CV 曲线,扫描周数为 30周。从图中可知,MIP 电极聚合的氧化峰的峰电流强度随着扫描周数的增加而逐渐减少,从扫描的第二周开始,电流便出现明显的骤降,表明功能单体邻苯二胺和模板分子姜黄素在电极表面上的电化学聚合过程是不可逆的,且分子印迹电聚合膜不具有导电性。当扫描30 周时,电流值几乎为零,得到了以姜黄素为模板分子的非导电电聚合膜。图 2 电化学聚合制备 MIP 的 CV 曲线Fig.2 CV curve of Synthesis of MIP byelectrochemical polymerization3 测试条件的优化3.1 缓冲溶液体系的选择考 察 了 磷 酸 盐(PBS)缓 冲 溶 液 和 Britton-Robinson(B-R)缓冲溶液对姜黄素测定的影响,选择合适的支持电解质。图 3 为在 pH 为 6.5 的条件下,差分脉冲伏安法(DPV)测定姜黄素的峰电流变化,即洗脱模板分子姜黄素后测定的电流峰值与吸附0.05 mmolL-1姜黄素溶液后测定的电流峰值的差值。选出响应峰电流变化值较大的缓冲溶液,即为合适的支持电解质。如图 3 所示,在 PBS 缓冲溶液中测定的电流变化值远大于在 B-R 缓冲溶液中测定的电流变化值,所以实验选择 PBS 缓冲溶液作为聚合时加入的支持电解质。图 3 不同缓冲溶液下电流变化的 DPV 图Fig.3 DPV plot of current change underdifferent buffer solutions3.2 电解溶液的 pH 值对测定的影响考察了 pH 在 5.0 8.0 的 PBS 缓冲溶液对修饰电极检测的影响,以 PBS 缓冲溶液的 pH 值为横坐标,峰电流的电流变化为纵坐标,绘制出图 4。图 4 不同 pH 值下对姜黄素峰电流的影响Fig.4 Effects of different pH values oncurcumin peak currents由图 4 可知,当 PBS 缓冲溶液的 pH 在 5 8 范围内变化时,所得峰电流的变化值先增大后减小,在pH 值为 6.5 的 PBS 缓冲溶液中所测电流变化值最大,确定缓冲溶液 pH 为 6.5。3.3 乙炔黑-离子液体滴涂量对姜黄素测定的影响为了提高电极对姜黄素检测的灵敏度,对 AB-离子液体滴涂量进行了考察,测定的结果如图 5 所示。从图 5 中可知,分别将 5 8 L AB-离子液体滴涂在电极上时,姜黄素的还原峰电流响应值增大,表明乙炔黑-离子液体修饰对姜黄素具有良好的电催化反应能力,当滴涂量为 8 15 L 时,姜黄素的峰电流响应值逐渐减小。8 L AB-离子液体分散液滴涂在电极上时,检测姜黄素峰电流值最大,表明此32023,Vol.37,No.1科技进展时对姜黄素的检测最灵敏。图 5 AB-离子液体滴涂量对姜黄素峰电流的影响Fig.5 Effect of acetylene black-ionic liquiddroplets on curcumin peak current3.4 扫描速率对姜黄素测定的影响以循环伏安法考察了电位扫描速率对姜黄素测定过程的影响,结果见图 6。图 6 扫描速率对姜黄素测定的影响:不同扫描速率 DPV 图(A),不同扫描速率峰电流(B)Fig.6 Effect of scan rate on curcumin assay:DPV plot of different scan rate(A),curcuminpeak current of different scan rate(B)从图 6 中看出,扫描速率在 25 100 mVs-1范围内,随着扫描速率逐渐增加,还原电位略微向负方向移动,峰电流增大,扫描速率过快,检测的灵敏度会降低,因此本实验选择测定姜黄素的扫描速率为75 mVs-1。3.5 聚合周数对测定的影响将 AB-离子液体修饰电极置于姜黄素与邻苯二胺的摩尔比例为 1 1 的待聚合溶液中(加入 8 mL pH值为 6.5 的 PBS 缓 冲 溶 液),电 位 扫 描 速 率 为50 mVs-1,考察聚合周数对测试结果的影响。每次扫描完成后用 0.50 molL-1H2SO4溶液洗脱15 min,以聚合周数为横坐标,以峰电流的电流变化为纵坐标作图得到图 7。图 7 聚合周数对姜黄素峰电流的影响Fig.7 Effect of polymerization cycles oncurcumin peak current由图 7 可知,随着聚合周数的增长,峰电流的变化值先增大后减小。当聚合周数为 35 周时,姜黄素检测的响应电流信号变化最大,因此该修饰电极的最佳聚合周数为 35 周。3.6 姜黄素测定的选择性考察选择与姜黄素结构相似的槲皮素(C15H10O7)和阿魏酸(C10H10O4)作为结构类似物,进行选择性测试,考察修饰电极对姜黄素的选择性,结果见图 8。由结果可知,相同条件下修饰电极对姜黄素的响应电流值最大,表明其对姜黄素具有最大的检测选择性。3.7 样品测定利用 DPV 用 AB-BMIMPF6/姜黄素分子印迹修饰电极对不同浓度的姜黄素进行测定,峰电流随姜黄素的浓度的变化情况如图 9 和图 10 所示。4谭金铭 等.姜黄素在乙炔黑-离子液体复合修饰玻碳电极上的电化学行为及含量的测定2023,Vol.37,No.1图 8 不同组分的 DPV 比较图Fig.8 Comparison of DPV for different components图 9 姜黄素浓度(a-j:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 mmolL-1)增加的 DPV 图Fig.9 DPV plot of increased concentration of curcumin(a-j:0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 mmolL-1)图 10 峰电流与姜黄素的浓度关系Fig.10 Relationship between peak current andcurcumin concentration在最佳条件下,姜黄素浓度在 0 9 mmolL-1范围内,峰电流值(I)与浓度(C)呈正比(如图 10),线性方程为 I(A)=3.121 5 C(mmolL-1)+0.789 7(R=0 995 3),检出限为 0.02 mmolL-1,低于文献中的结果,表明 AB-离子液体修饰电极检测姜黄素具有良好的灵敏度,线性范围宽、检出限较低。4 结论首先制备 AB-离子液体,在此基础上,以姜黄素为模板分子,邻苯二胺为功能单体,制备了 AB-离子液体/姜黄素分子印迹修饰电极。该电极的优化制备条件为:电位扫描范围为-0.3 0.7 V,pH 值为 6.5、聚合周数为 35 周、扫描速率为75 mVs-1、洗脱时间为14 min。制备的 AB-离子液体/姜黄素分子印迹修饰电极实现了对姜黄素的选择性检测,姜黄素还原峰电流值与其浓度在 0 9 mmolL-1范围内呈正比,线性方程为 I(A)=3 121 5 C(mmolL-1)+0.789 7,相关系数 R2为0 995 3,检测限为0.02 mmolL-1。参考文献 1 ZHOU G Z,ZHANG S N,ZHANG L,et al.A syntheticcurcuminderivativehydrazinobenzoylcurcumininducesautophagy in A549 lung cancer cells J.Pharm Biol,2014,52(1):111116.2 袁波.姜黄素分子印迹聚合物的制备及吸附性能研究D.南京:南京林业大学,2017.3 孙鹏尧.姜黄素类化合物的提纯及性能研究D.石家庄:河北科技大学,2016.4 程继,赵华才,王志刚,等.高效液相色谱-质谱联用法测定姜黄素在大鼠体内的分布J.现代肿瘤医学,2022,30(6):991995.5 陈宽.双掺杂荧光碳点的合成及其在小分子检测中的应用D.武汉:湖北大学,2021.6 ZHANG Y M,ZHANG J,Liu Q J.Gas sensors based onmolecular imprinting technology J.Sensors(Basel),2017,17(7):1567.7 安绛雪.基于分子印迹技术的电化学传感器的构建及其在食品检测中的应用D.上海:上海大学,2020.5