全 文 ：第 27卷第 4期
2008年 4月 　　　　　　　　　
分析测试学报
FENXICESHIXUEBAO(JournalofInstrumentalAnalysis)　　　　　　　　　
Vol.27 No.4
401～ 404
收稿日期: 2007 -05-10;修回日期:2007-07-02
基金项目:国家自然科学基金资助项目(20675015);福建省科技重大项目(2006I0016);福建省教育厅基金资助项目(2005K051);福建
省卫生厅青年基金资助项目(2005123)
第一作者:陈敬华(1978-), 男 , 福建福州人 , 讲师, 硕士 , Tel: 0591 -22862016, E-mail:cjh huaxue@126.com
岩白菜素在多壁碳纳米管修饰碳糊
电极上的电化学行为及其测定
陈敬华 1 , 张　静2 , 庄　茜1 , 郑艳洁 1 , 林新华 1
(1.福建医科大学　药学院　药物分析系 , 福建　福州　350004;
2.福建卫生职业技术学院 , 福建　福州　350101)
摘　要:采用循环伏安法研究了岩白菜素在多壁碳纳米管(MWCNTs)修饰碳糊电极(CPE)上的伏安行为 , 建
立了测定岩白菜素含量的电化学分析新方法。 MWCNTs修饰碳糊电极对岩白菜素有明显的电催化作用 , 在
pH7.0磷酸盐缓冲溶液中 , 氧化峰电流与岩白菜素浓度在 6.0×10 -7～ 1.0×10-5 mol· L-1范围内呈良好的线
性关系 , 检出限为 7.0×10-8 mol· L-1(S/N=3, n=10)。 MWCNTs修饰电极可有效消除制剂中其它组分对
岩白菜素测定的干扰 , 用于实际样品中岩白菜素含量的直接测定 , 回收率在 99.8%～ 100.2%之间 。
关键词:岩白菜素;多壁碳纳米管;修饰碳糊电极;伏安法;电化学行为
中图分类号:O657.1;Q949.751.2　　文献标识码:A　　文章编号:1004-4957(2008)04-0401-04
ElectrochemicalBehaviorandDeterminationofBergeninatMulti-wal
CarbonNanotubesModifiedCarbonPasteElectrode
CHENJing-hua1 , ZHANGJing2 , ZHUANGQian1 , ZHENGYan-jie1 , LINXin-hua1
(1.DepartmentofPharmaceuticalAnalysis, PharmacyFaculty, FujianMedicalUniversity, Fuzhou　350004, China;
2.FujianColegeofMedicalOccupationandTechnology, Fuzhou　350101, China)
Abstract:Basedonthecyclicvoltammetricbehaviorofbergeninatmulti-walcarbonnanotubes
(MWCNTs)modifiedcarbonpasteelectrode, anovelmethodwasestablishedforthedeterminationof
bergeninconcentration.ItwasfoundthattheMWCNTsmodifiedcarbonpasteelectrode(CPE)hasa
significantelectrocatalyticefectonbergenin.Inthephosphatebufersolutions(PBS)ofpH7.0,
therelationshipbetweentheoxidationpeakcurentandthebergeninconcentrationislinearinthe
rangeof6.0×10-7 -1.0 ×10-5 mol· L-1 withadetectionlimitof7.0 ×10-8 mol· L-1.Thein-
terferenceofothercomponentsinpreparationcouldbeeficientlyeliminatedbytheMWCNTsmodified
CPE.Thismethodhasbeenusedforthedeterminationofbergenininrealsamplewithsatisfactoryre-
sults.Therecoveryrangewas99.8%-100.2%.
Keywords:bergenin;multi-walcarbonnanotubes(MWCNTs);modifiedcarbonpasteelectrode;
voltammetry;electrochemicalbehavior
图 1　岩白菜素结构式
Fig.1　Thestructureofbergenin
岩白菜素(bergenin, BER)为白色疏松的针状晶体 , 其结构
如图 1, 主要来源于虎耳草科(Saxifraceae)岩白菜属药用植物岩
白菜(BergeniaPurpurascens)和原叶岩白菜(B.crassifoliaL.),
具有镇咳 、 祛痰等功效。临床主要用于治疗慢性支气管炎和慢
性胃炎 , 对胃和十二指肠溃疡等亦有疗效 [ 1] 。近来在抗艾滋病
病毒作用方面 , 其抗 HIV活性和作用机制也正在深入研究[ 2] 。
目前岩白菜素的测定方法有紫外分光光度法 [ 3] 、薄层扫描法 [ 4] 、
高效液相色谱法 [ 5-6]等。但这些方法或是仪器昂贵 , 操作复杂;
或是检出限高 , 选择性低。因此 , 研究一种简便 、快速 、 准确 、
灵敏 、 经济的岩白菜素检测新技术 , 无疑具有重要意义。碳纳
分析测试学报 第 27卷
米管独特的结构使其能表现为金属或半导体 , 制成电极能促进电子传递 , 同时由于其优良的物化性能
(如大比表面 、能负载较多功能基团), 逐渐为药物分析领域广泛关注。如碳纳米管修饰电极对多巴
胺 、细胞色素 、 米吐尔等药物分子的电催化取得了较好效果 [ 7-8] 。
本文将制备的多壁碳纳米管修饰在碳糊电极表面用于 BER的测定 , 实验表明 , 由于纳米碳管修饰
电极的电催化作用使 BER在电极上呈现较好的电化学活性 , 且大大降低了氧化过电位 , 显著提高了检
测灵敏度 , 通过优化实验条件 , 建立了一种测定 BER的电化学分析新方法。本文还采用差示脉冲伏安
法直接测定了片剂中岩白菜素的含量 , 与文献报道的方法[ 9-11]相比 , 灵敏度及准确度明显提高 , 结果
令人满意。
1　实验部分
1.1　仪器与试剂
CHI660C电化学分析仪(上海辰华仪器公司), 三电极系统:工作电极为多壁碳纳米管修饰碳糊电
极 , 对电极为铂丝电极 , Ag-AgCl电极为参比电极;pHS-3B型精密酸度计(上海雷磁仪器厂);KQ-
250DE型医用数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);DF-101B型集热式磁力搅拌器(上海雷
磁新泾仪器有限公司)。
多壁碳纳米管(深圳市纳米港有限公司), N, N-二甲基甲酰胺(DMF, AR), 岩白菜素(中国药品生
物制品检定所):用无水乙醇配制成 1.0 mmol· L-1储备液 , 避光保存;pH7.0磷酸盐缓冲液(PBS):
取冰 PBS28.6 mL与 500 g/L氢氧化钠溶液 0.1 mL, 置 100 mL量瓶中 , 加蒸馏水至 90 mL, 振摇 , 用
冰 PBS或 500 g/L氢氧化钠调节 pH值至 7.0, 再用蒸馏水稀释至刻度。所用试剂均为分析纯 , 实验用
水为二次蒸馏水 。
1.2　实验方法
1.2.1　MWCNTs修饰电极制备　MWCNTs的酸化处理:将碳纳米管在混酸(浓硫酸 -浓硝酸)中 120
℃下回流 2 h, 放置过夜 , 弃上清液 , 水洗至中性 , 冷冻干燥 , 备用 。将 5 g石墨粉和 3 mL液体石蜡
在研钵中研磨均匀 , 取适量填入玻璃管(2 mmi.d.)内的一端至 5 mm的高度 , 铜线插入另一端并封胶 。
电极表面在称量纸上打磨光滑 。将 MWCNTs溶于 DMF中 , 超声分散 , 制得 0.1 g/LMWNTs溶液 。取
适量滴加到碳糊电极表面 , 至溶剂完全挥发即可。
图 2　BER在 MWCNTs修饰 CPE
电极和 CPE电极的循环伏安曲线
Fig.2　Cyclicvoltammograms(CVs)of
bergenin(5.0μmol· L-1)at(a)bare
carbonpasteelectrode(CPE);(b)multi-
walcarbonnanotubes(MWCNTs)
modifiedCPEinPBSofpH7.0
scanrate: 100 mV· s-1
1.2.2　实验步骤　在 10 mL量瓶中加入一定量的 BER, 用 pH7.0的 PBS缓冲溶液稀释至刻度 , 摇
匀 , 转入电解池中 , 开路富集 0.5 min, 记录 -0.1 ～ 0.9 V的循环伏安曲线 , 扫描速率 100 mV/s;在
0.1～ 0.9 V电位区间内 , 记录 BER的差示脉冲伏安曲线 , 空白溶液曲线作背景校正 , 测量时取氧化峰
电流。所有工作均在室温下进行。
2　结果与讨论
2.1　BER在修饰电极上的电化学行为
由图 2可见 , BER在碳糊电极上响应相对较弱 , 有 1个不灵
敏的氧化峰(曲线 a), 峰电位为 0.748 V;而在 MWCNTs修饰碳糊
电极上(曲线 b), 可观察到 1个峰形很好的氧化峰 , 氧化峰电流
显著增大 , 峰电位负移到 0.613 V, 负移了 135 mV。这是因为多
壁碳纳米管可以作为一种良好的电子传递媒介体促进电子传递并
催化 BER的氧化反应 , 与裸电极相比 , 可降低其氧化峰电位 , 使
其更容易氧化 [ 12-13] 。此外 , 修饰电极的有效面积增加 [ 11] , 致使
峰电流大大增加 。从图 2还可以看出 , 岩白菜素在 pH7.0的 PBS
缓冲溶液中 , 第 1次阳极化过程给出 1个氧化峰 , 反向阴极扫描
时无还原峰 , 表明该电极反应为不可逆过程 [ 13] 。对于不可逆波 ,
Vp与 v的关系式如下 [ 14] :Vp=V0′+RT(logk0)/(αnF)-RT(logv)/
(αnF)。作 Vp ～ logv关系图 , 呈直线关系:Vpa=0.053 5logv+
402
第 4期 陈敬华等:岩白菜素在多壁碳纳米管修饰碳糊电极上的电化学行为及其测定
0.471 9, r=0.995 9, 斜率为 RT/(αnF)=0.053 5, 25 ℃时 , 对于不可逆过程 , α=0.5 [ 15] , n≈1。
2.2　实验条件的优化
2.2.1　底液 pH值的影响　在 pH3.0～ 8.0范围内 , 随溶液的 pH值增加氧化峰电位负移 , 表明电极
反应过程中电子的得失伴随着质子参与。峰电位 Vp与 pH呈良好的线性关系 , Vp=-0.054 0 pH +
0.955 5, r=0.997 8, 斜率 0.054 0 =0.059 m/(αn)(n为电子转移数)[ 16] , 计算出 m≈1。说明岩白菜
素在电极上的反应为单质子 、 单电子过程 。
随 pH值增加 , BER在 MWCNTs修饰电极上的氧化峰电流逐渐增加;当 pH值超过 7.0后 , 氧化电
流反而降低 。固定底液 pH在 7.0左右 , 比较了 MWCNTs修饰电极在 NaAc-HAc、 PBS缓冲液 、 硼酸 、
KH2PO4 -Na2HPO4 、邻苯二甲酸氢钾 -氢氧化钠 、 Tris缓冲液 、 柠檬酸 -氢氧化钠等多种底液中对
BER的响应情况 , 发现在 PBS缓冲液中 , 峰电流最大 , 峰形最好 , 故实验选择 pH7.0的 PBS缓冲液
为支持电解质。
2.2.2　修饰剂用量的影响　MWCNTs在电极表面的量影响 BER的氧化峰电流。峰电流开始随 MWC-
NTs量的增加而增大 , 因电极表面催化活性随 MWCNTs量的增加而增多 , 最终导致氧化峰电流也增加 。
当用量超过 10 μL时 , 氧化峰电流反而降低 , 这可能是由于用量再进一步增大时 , 膜的厚度增加 , 电
阻变大 , 阻碍了溶液中 BER与电极之间的电子交换 , 反而导致 BER的氧化峰电流降低 [ 17-18] 。故本实
验选用 10 μLMWCNTs溶液滴涂到碳糊电极表面。
2.2.3　扫描速率的影响　随着扫描速率的增加 , 峰电流明显增大。在 40 ～ 180 mV· s-1扫速范围内呈
良好的线性关系 , 回归方程为 Ipa(μA)=0.056 7 v+2.003, r=0.997 4, 说明 BER在修饰电极上的氧
化过程受吸附控制。
2.2.4　富集条件的影响　比较开路静止富集和搅拌富集对峰电流的影响 。结果表明 , 开路搅拌富集
0.5 min氧化峰电流最大且保持稳定 , 说明 BER在电极表面的吸附迅速达到饱和。故本实验选用开路
搅拌富集 0.5 min后测定。
2.2.5　表面活性剂的影响　在测定体系中分别加入含量均为 1%(体积分数)的阳离子型表面活性剂溴
化十六烷基三甲基铵(CTMAB), 非离子型表面活性剂 Tween80、 烷基酚聚氧乙烯醚(OP)和阴离子型
表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)各 0.5 mL时 , BER的氧化峰电流均明显下降 , 其中 , 以加入阴离子
型表面活性剂的下降最为明显 , 进一步表明 BER电极反应的吸附性质 。
图 3　不同浓度 BER标准溶液的
差示脉冲伏安曲线
Fig.3　Diferentialpulsevoltammograms
ofvariousconcentrationsofbergenin
atMWCNTmodifiedelectrodein
phosphatebufersolutionofpH7.0
cbergenin(μmol· L-1)(a)0.6;(b)0.8;
(c)1.0;(d)2.0;(e)3.0;(f)4.0;
(g)6.0;(h)8.0;(i)10.0
2.3　线性 、 检出限与电极重复性
配制一系列不同浓度的 BER溶液 , 按照实验方法 , 测定氧化峰电流 。实验表明 , 氧化峰电流与
BER的浓度在 6.0 ×10-7～ 1.0×10-5mol·L-1范围内呈线性关系(见
图 3), 检出限为 7.0 ×10-8 mol· L-1 , 线性回归方程为 IP(μA)=
0.043 2 c(μmol/L)+0.046 3, r=0.996 2。电极重复性的考察中 ,
对含 1.0 μmol· L-1BER的体系溶液进行了 10次连续测定 , 相对标
准偏差 RSD为 2.9%。
2.4　干扰实验
在含 1.0 μmol·L-1岩白菜素的测定条件下(相对误差 ±5%),
300倍量的 L-胱氨酸 、 D-L-α-氨基丙酸 , 400倍量的草酸 、 酒石酸 、
柠檬酸 、 L-谷氨酸 、 β-环糊精 、葡萄糖 、乳糖以及饱和的淀粉水溶
液等不干扰测定 , 即 MWCNTs修饰电极具有较好的抗干扰能力。
2.5　样品与回收率的测定
采用云南白药集团大理药业责任公司生产的复方岩白菜素片。
取复方岩白菜素片 20片 , 精密称定 , 研细 , 混匀 , 精密称取细粉
适量(约相当于岩白菜素 12.5 mg), 置 100 mL量瓶中 , 加无水乙醇
适量 , 超声处理 10 min, 稀释至刻度 , 摇匀 , 过滤 , 弃去初滤液 ,
取续滤液 1 mL定容于 100 mL量瓶中 , 作为供试品溶液。按实验方
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分析测试学报 第 27卷
法进行测定 。另取本品 10片 , 精密称定 , 研细 , 精密称出适量(约相当于岩白菜素 20 mg), 按中国药
典 2005版法 [ 3]测定岩白菜素含量 。两种方法所得结果见表 1, 实验结果表明该法与中国药典所用方法
结果一致。
表 1　复方岩白菜素片中岩白菜素含量测定的结果(n=6)
Table1　Determinationresultsofbergeninintablets(n=6)
Sample Labeledamountm/(mg·pil-1)
BERcontentm/(mg· pil-1)
Pharmacopoeia Thismethod RecoveryR/% RSDsr/%
1 125 125.1 124.7 99.8 2.8
2 125 124.8 124.9 99.9 2.3
3 125 124.9 125.2 100.2 2.5
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