电化学法制备铁氰化铜/Nafion及其对卡托普利的检测

于清跃 于荟 朱新宝

摘 要：为对药片中卡托普利的含量进行精确测定，采用电聚合的方法，在玻碳电极表面沉积均匀分布的铁氰化铜/Nafion复合物。用扫描电镜（SEM）和X射线能量色散光谱（EDX）分别对样品的形貌和成分进行表征。利用循环伏安法（CV）研究药物分子卡托普利在该修饰电极上的电化学行为。研究结果显示，该修饰电极对卡托普利具有非常好的电催化性能。一定条件下，卡托普利在6.62×10-5～3.80×10-3 mol/L范围内，其氧化峰电流与物质量浓度呈现很好的线性关系，其相关系数是0.996，检出限为5.0×10-6 mol/L。该修饰电极具有快速、灵敏和高效的特点，并且可用于卡托普利实际样品的检测。

关键词：铁氰化铜；卡托普利；电催化氧化；循环伏安法

文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2016）09-0041-05

0 引 言

高血压是临床的常见病和多发病，被称为危害人类健康的三大疾病之一。它的发病率广、死亡率高，并且容易引起冠心病、心肌梗死及肾衰竭等多种并发症[1]。隨着人们生活水平的提高和人口老龄化的加剧，我国中老年人高血压发病率已高达57.0%，且患病率还在不断增加，我国已经成为受高血压影响最严重的国家之一[2]；因此，高血压的预防、治疗以及药物的研制及其质量控制越来越受到人们的重视。

卡托普利（captopril，CPT）又称为巯甲丙脯酸、开博通，即1-（2-甲基-3-巯基-氧代丙基）-L-脯氨酸。其结构式如图1[3]所示。卡托普利是第一个问世的口服血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI），在临床上对高血压、心力衰竭以及冠心病的治疗都取得了非常好的效果，被世界卫生组织推荐为治疗高血压的首选降压药物[4]。其导致的不良反应有高血钾、低血压、和咳嗽等，长期服用甚至可能引起脱发、嗅觉和味觉的改变[5]。因此，需严格控制CPT制剂的含量，使之达到治疗效果与降低不良反应兼顾[6]。目前，测量CPT含量的方法主要有分光光度法[7]、化学发光法[8]、碘甲酸法[9]和荧光法等[10]。CPT分子中由于缺少有效吸收紫外光的基团，因而在200 nm波长以上没有特征吸收峰。只能用溴苯乙酰溴试剂将CPT分子结构中的巯基进行转化，然后再使用分光光度法间接测量。但是由于其样品前处理过程复杂，故限制了它的应用。中国药典采用碘甲酸法测定CPT的含量，但是其取样量大、灵敏度低[9]。Mazurek等[11]采用滴汞电极测定药片中CPT的含量，但是滴汞电极会造成二次污染，不利于该法的推广使用。

铁氰化铜由于其良好的化学稳定性和独特的电催化性能而受到人们的青睐。它制备方便、成本低，被广泛运用在高灵敏度和高选择性生物传感器上。Nafion阴离子膜上含有大量的亲水性磺酸基团，使其具备较好的水溶性，常用在安培传感器的构建上，能够稳定电极上的纳米粒子。本文利用循环伏安法，在玻碳电极表面通过电沉积制备了铁氰化铜/Nafion复合物，并据此构建了一种检测CPT的方法。与传统的检测手段相比，该方法检测范围广、选择性好、灵敏度高。

1 实验部分

1.1 试剂和仪器

卡托普利，KCl，K3[Fe（CN）6]，CuCl2，扑热息痛，可溶性淀粉，苯甲酸钠，糊精等试剂均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司；Nafion试剂购于美国sigma公司。其他常用试剂为市售认可的分析纯。实验室所用去离子水为二次蒸馏水。

CHI660E电化学工作站（上海辰华仪器公司提供）；KQ2200DE超声波清洗器（昆明超声仪器有限公司）；BSA124S电子天平（sartorius）；场发射扫描电子显微镜（FESEM，日本日立公司，S-4800）。电化学实验采用三电极系统：以洁净的玻碳电极作为工作电极，Pt丝作为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极。

1.2 电极的处理

将玻碳电极在砂纸上抛光，然后依次用1.0，0.3，

0.05 μm的氧化铝粉乳液打磨至镜面，放入超声波清洗仪中用蒸馏水超声清洗2 min，去掉表面的氧化铝粉末，然后用氮气吹干备用。

Nafion由于具有较好的成膜性、阳离子选择性和生物相容性，经常被用于电极表面的修饰和复合材料的制备上。本实验采用0.2%的Nafion的乙醇溶液作为成膜剂。用移液枪在洁净的玻碳电极表面滴涂5 μL上述Nafion的乙醇溶液，自然晾干备用，该电极记为NF/GCE电极。

1.3 CuCHF/NF/GCE电极的制备

电极的制备过程如下：将3 mL 0.3 mol/L的KCl与15 mmol/L的CuCl2混合均匀，然后将新制好的NF/GCE电极放在上述溶液中，采用循环伏安法以100 mV/s 的扫速在0.0～0.6 V的电位范围内连续循环扫描20圈；将该电极拿出来，然后放在新配制的溶液中（含0.3 mol/L KCl，15 mmol/L K3[Fe（CN）6]），再用循环伏安法以100 mV/s的扫速在0.0～1.0 V的范围内连续扫描20圈。铁氰化铜粒子可在Nafion修饰的玻碳电极表面均匀沉积。这样就得到CuCHF/Nafion复合物修饰电极，将电极取出用蒸馏水洗净后晾干待用，记为CuCHF/NF/GCE电极。

1.4 电化学测试方法

采用三电极系统检测：CuCHF/NF/GCE电极为工作电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂丝放入0.25 mol/L的KCl溶液中。在室温下，在0.2～1.0 V之间以100 mV/s扫速用循环伏安法进行表征。然后研究其对卡托普利的电流响应情况。

2 结果与讨论

2.1 电沉积CuCHF颗粒修饰电极的表征

采用扫描电镜对修饰电极上的CuCHF颗粒进行了表征。图2（a）为电沉积CuCHF颗粒材料在NF/GCE电极表面的扫描电镜图。由图可见，CuCHF颗粒均匀、致密地分散在玻碳电极表面，并且密度也比较大。有趣的是，可以发现部分CuCHF颗粒聚集在一起，形成了树枝状结构。这在一定程度上可以增加CuCHF电催化的活性位点，大大提高了其催化性能。并且这种电沉积形成的CuCHF颗粒可以十分稳定地固定在电极表面，不容易脱落，从而更高效地催化氧化卡托普利。同时，用扫描电镜上配备的能谱对玻碳电极表面的材料进行成分分析，结果如图2（b）所示，材料中含有典型的C、N、O、Fe和Cu等元素，表明CuCHF颗粒成功沉积在玻碳电极表面。

2.2 CuCHF/NF/GCE电极的电化学行为

分别以GCE、NF/GCE电极和CuCHF/NF/GCE电极为工作电极在0.25 mol/L的KCl溶液中进行循环伏安扫描，扫描速率为100 mV/s，结果如图3所示。由图可知，GCE和NF/GCE电极均未出现明显的氧化还原峰，说明Nafion在空白底液上无明显的电化学响应。而CuCHF/NF/GCE电极呈现一对明显的氧化还原峰，这归因于电极表面CuCHF中的Fe2+和Fe3+之间的相互转化。该氧化还原反应方程式[12]如下：

K2CuII[FeII（CN）6]→KCuII[FeIII（CN）6]+e-+K+（1）

图4为CuCHF/NF/GCE在含有0.1 mmol/L的0.25 mol/L KCl溶液中不同扫速下的50～400 mV/s的循环伏安图，插图为氧化峰电流和还原峰电流与扫描速度的线性关系曲线。从插图中可以看出电极的氧化峰电流及还原峰电流与扫速呈线性关系，其线性方程分别为Ipa（mA）=-2.68-0.15 ν（mV/s）（r2=0.998）和Ipa（mA）=2.73+0.12 ν（mV/s）（r2=0.997），表明卡托普利在该电极上的反应是受表面过程控制。

2.3 卡托普利在CuCHF/NF/GCE电极上的电化学行为

图5是NF/GCE电极和CuCHF/NF/GCE电极分别在有无0.5 mmol/L卡托普利的0.25 mol/L KCl溶液中的循环伏安图。NF/GCE电极在没有卡托普利存在下（曲线a），没有出现氧化峰。加入0.5 mmol/L卡托普利之后（曲线b），峰电流没有增加，表明Nafion对卡托普利没有电催化的作用。但是，在CuCHF/NF/GCE电极上，加入0.5 mmol/L的卡托普利之后（曲线d），氧化峰电流相对于曲线c明显增加，表明CuCHF对卡托普利有良好的电催化性能。CuCHF/NF/GCE电极对卡托普利的催化机理可用如下方程[13]表述：

K2CuII[FeII（CN）6]→KCuII[FeIII（CN）6]+e-+K+（2）

2KCuII[FeIII（CN）6]+2K++2RS-H→

K2CuII[FeII（CN）6]+RS-SR+2H+（3）

在电催化氧化卡托普利的过程中，卡托普利分子中的巯基被氧化成二聚体，所以峰电流增加。

2.4 线性范围和检出限

图6为在0.25 mol/L KCl溶液中，CuCHF/NF/GCE电极对不同浓度卡托普利进行检测的循环伏安曲线，插图为阳极峰电流与卡托普利浓度的关系曲线。从图中可以明显看到，随着卡托普利浓度的增大，氧化峰电流逐渐增加，还原峰电流逐渐减少。卡托普利浓度在6.62×10-5～3.80×10-3 mol/L范围内与阳极峰电流Ipa有良好的线性关系，其线性回归方程为Ipa（μΑ）=22.65+14.29 C（mmol/L）（r2=0.996），检出限为5.0×10-6 mol/L（S/N=3）。

2.5 干扰试验

实验测定了卡托普利药片中共存物的干扰情况，结果发现，對于1 mg/L的卡托普利，以相对误差小于±5%时，100倍的可溶性淀粉、苯甲酸钠、糊精、扑热息痛，50倍Na+、K+、Ca2+、Al3+、PO43-、SO42-、Cl-、Br-不干扰，10倍的Mg2+、Zn2+、Fe2+、Mn2+有轻微负干扰，由于卡托普利片中这些物质的含量远远低于试验量，故可以不经分离，直接测量。

2.6 样品测定

取市售3种不同批号的卡托普利剂片，去除糖衣将其研磨，准确称取一定粉末。然后溶解、过滤、定容，取适量溶液按实验方法进行测定，同时进行加标回收实验，结果如表1所示，可见加标回收实验结果回收率在98%～102%之间。

3 结束语

采用电聚合的方法，在Nafion修饰的玻碳电极表面电沉积CuCHF纳米颗粒。通过扫描电镜表征，发现CuCHF纳米颗粒聚组装成树枝状结构，并且均匀分布在玻碳电极表面。由于其特有三维结构，使其拥有较大比表面积，较高的活性催化位点，能与卡托普利充分接触，提高对卡托普利的电催化氧化性能。同时，由于Nafion的存在，能使CuCHF纳米颗粒固定在博塔电极表面，不容易脱落。且Nafion带有负电子的磺酸基团，能有效排斥带负电荷的干扰物。通过CuCHF纳米与Nafion之间的协同作用，提高修饰电极对卡托普利的选择性和灵敏度。实验结果证明，该修饰电极对卡托普利具有良好电催化作用，在一定浓度内，对卡托普利呈现很好的线性关系，且该传感器的检测限为5.0×10-6 mol/L。通过对实际样品的分析表明，该传感器具有很高的准确度，并且其制备简单，能够应用于卡托普利实际样品的检测。

参考文献

[1] 王淑贡. 高血压病的预防与健康教育进展[J]. 医学综述，2007，13（6）：432-434.

[2] 宋红霞. 老年高血压病的诊断治疗[J]. 河北医药，2008，30（10）：1577-1580.

[3] ONDETTI M， RUBIN B， CUSHMAN D. Design of specific inhibitors of angiotensin-converting enzyme： new class of orally active antihypertensive agents[J]. Science，1977（196）：441-443.

[4] ROMANKIEWICZ J， BROGDEN R， HEEL R， et al. Captopril： an update review of its pharmacological properties and therapeutic efficacy in congestive heart failure[J]. Drugs，1983，25（1）：6-40.

[5] AYKIN N， NEAL R， YUSOF M， et al.. Determination of captopril in biological samples by high‐performance liquid chromatography with ThioGloTM 3 derivatization[J]. Chromatogr，2001，15（7）：427-432.

[6] PIMENTA A， ARAUJO A， MONTENEGRO M. Simultaneous potentiometric and fluorimetric determination of diclofenac in a sequential injection analysis system[J]. Anal Chim Acta，2002，470（2）：185-194.

[7] RAHMAN N， SINGH M， HODA M N. Validation of simultaneous volumetric and spectrophotometric methods for the determination of captopril in pharmaceutical formulations[J]. II Farmaco，2005，60（6）：569-574.

[8] SOROURADDIN M， IRANIFAM M， IMANI-NABIYYI A. A novel captopril chemiluminescence system for determination of copper（II） in human hair and cereal flours[J]. J Fluoresc，2009，19（19）：575-581.

[9] 国家药典委员会. 中华人民共和国药典：第2部[M]. 北京：化学工业出版社，2000：132.

[10] CHEVIRON N， ROUSSEAU-PLASSE A， LENFANT M， et al. Coumarin-Ser-Asp-Lys-Pro-OH，A fluorescent substrate for determination of angiotensin-converting enzyme activity via high-performance liquid chromatography[J]. Anal Biochem，2000，280（1）：58-64.

[11] MAZUREK S， SZOSTAK R. Quantitative determination of captopril and prednisolone in tablets by FT-Raman spectroscopy[J]. J Pharm Biomed Anal，2006，40（5）：1225-1230.

[12] WANG P， YUAN Y， JING X， et al. Amperometric determination of thiosulfate at a surface-renewable nickel（II） hexacyanoferrate-modified carbon ceramic electrode[J]. Talanta，2001，53（4）：863-869.

[13] ENSAFI A A， REZAEI B， MIRAHMADI Z Z， et al. Highly selective and sensitive voltammetric sensor for captopril determination based on modified multiwall carbon nanotubes paste electrode[J]. J Braz Chem Soc，2011，22（7）： 1315-1322.

（編辑：徐柳）