延胡索酸泰妙菌素在乙炔黑-离子液体复合修饰玻碳电极上的电化学行为及电分析方法

时间:2022-10-06 11:28:56

延胡索酸泰妙菌素在乙炔黑-离子液体复合修饰玻碳电极上的电化学行为及电分析方法

摘 要 用乙炔黑(Acetylene black, AB)和离子液体(Ionic liquid, IL)制备了乙炔黑-离子液体复合修饰玻碳电极(AB-ILs/GCE),并用电化学阻抗谱(EIS)进行了表征。采用循环伏安法(Cyclic voltammetry, CV)和计时电流法(Chronoamperometry, CA),方波伏安法(Square wave voltammetry, SWV)研究了延胡索酸泰妙菌素(TF)在此电极上电化学行为及电化学动力学性质。结果表明,TF在玻碳电极(GCE)上于0.74 V处出现一个不可逆氧化峰,与GCE相比TF在AB/GCE上的氧化峰电位基本不变,氧化峰电流增大1.8倍;而与AB/GCE相比, TF在AB-ILs/GCE上的氧化峰电位略有负移,氧化峰电流增大3倍。实验结果表明,AB-ILs/GCE对TF电化学氧化有明显的催化作用。同时考察了实验条件对TF电化学行为的影响,测定了电极反应过程动力学参数,并用本方法对TF针剂中TF含量进行了定量测定,RSD在1.1%~2.9%之间,加标回收率在98.6%~101.8%之间。据此建立了TF电化学定量测定方法。

关键词 电催化氧化;电分析方法;乙炔黑-离子液体修饰玻碳电极;延胡索酸泰妙菌素

2011-06-09收稿;2011-09-04接受

本文系宁夏自然科学基金(No. NZ1147)资助项目

* E-mail: gaozn@nxu.省略

1 引 言

延胡索酸泰妙菌素(Tiamulin fumarate, TF)是一种半发酵半合成双萜类新型动物专用抗生素(结构式见图1),它通过抑制微生物核糖体内感受性细菌蛋白的合成,达到抗菌作用[1]。关于延胡

图1 泰妙菌素的结构式

Fig.1 Structure of tiamulin

索酸泰妙菌素的研究已报道的有反相高效液相色谱法(RP-HPLC)[2]、高效液相色谱法(HPLC)[3]、液相色谱-质谱联用法(LC-MS)[4]、液相色谱-二极管阵列紫外光谱-串联质谱联用技术(LC-DAD-ESI-MS)[5]和电化学方法[6,7]。而在电化学方法中主要集中在碳糊电极[6]和修饰碳糊电极[7]上的电化学研究,但TF在乙炔黑-离子液体复合修饰玻碳电极上的电化学行为、电化学动力学及电化学分析方法研究工作尚未见报道。

乙炔黑具有良好的电子传导性、较大比表面积和较强吸附能力等特性[8],故被用于化学修饰电极修饰剂[9]。室温离子液体(RTIL)是指室温及邻近室温下完全由阴、阳离子组成的液体物质[10],具有电位窗口宽,生物相容性好和离子导电性高,能促进电子传递等特点[11],因此引起了电化学工作者的极大兴趣。

本实验在前期工作[6,7,12~14]基础上,将1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐 ([BMIM]PF6) 与AB混合, 制备了乙炔黑-离子液体复合修饰玻碳电极(AB-ILs/GCE),研究了TF在AB-ILs/GCE上的电化学行为及电化学动力学性质,并建立了TF含量的电化学定量测定方法。2 实验部分

2.1 仪器与试剂

CHI660A电化学工作站(美国CHI仪器公司);电化学测定采用三电极系统:以CHI104 GCE (美国CHI仪器公司)和AB-ILs/GCE为工作电极,饱和甘汞电极(SCE)为参比电极,CHI115铂丝为辅助电极。

图2 不同电极的电化学阻抗谱图

Fig.2 Electrochemical impedance spectrum of acetylene black-ion liquid modified glassy carbon electrode (AB-ILs/GCE) (a), AB/GCE(b) and GCE(c) in a mixture of 1.0 mmol/L K3Fe(CN)6-1.0 mmol/L K4Fe(CN)6 solution. Supporting electrolyte: 0.10 mol/L KCl. The frequency range is 0.1~105Hz.

TF原料药(宁夏多维泰瑞制药有限公司,批号:201005041);TF注射液(赣州百灵动物药业有限公司,批号:080402);1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF6,纯度99%, 上海成捷化学有限公司);实验用水均为二次蒸馏水。

电化学测试前于电解池中通入高纯氮除氧5 min。本研究所涉及到的电位均为相对于SCE的电极电位,所有电化学测试均在室温下进行。

2.2 AB-ILs/GCE制备及电化学阻抗谱表征

GCE先用0.3

SymbolmA@ m α-Al2O3 抛光至镜面,用水冲洗干净。再分别在丙酮和水中超声清洗2 min, 以除去残留氧化铝粉,晾干备用。准确称取8 mg AB并用微量取样器移取15

SymbolmA@ L [BMIM]PF6,将二者在研钵中混合研磨约20 min,得到糊状物,取少许糊状物均匀涂敷在已处理好的电极表面, 制得AB-ILs/GCE。电化学阻抗谱可表征电极表面修饰过程中电阻变化信息[15]。以1.0 mmol/L Fe(CN)63

Symbolm@@ /4

Symbolm@@ 为电化学探针对GCE (图2c),AB/GCE(图2b)和AB-ILs/GCE(图2a)进行了电化学阻抗谱测试。由图2a可知,AB-ILs/GCE在高频区出现半圆弧(半圆弧直径代表电荷转移电阻),且其电荷转移电阻明显小于AB/GCE和GCE的电荷转移电阻,表明AB-ILs/GCE上有着较高导电性及较小的电荷转移电阻;而在低频区AB-ILs/GCE的直线斜率远大于AB/GCE和GCE的直线斜率,说明在AB-ILs/GCE上电活性物质从溶液扩散到电极表面的电阻减小,扩散速率加快[16]。

3 结果与讨论

3.1 TF伏安行为

在0.10 mol/L NaH2PO4-Na2HPO4 (PBS, pH 6.8),扫描速度50 mV/s及电位窗口0.0~1.2 V的条件下,采用CV研究了1.0

SymbolmA@ mol/L TF在GCE(图3c),AB/GCE(图3b) 图3 TF的循环伏安图

Fig.3 Cyclic voltammograms of 1.0×10

Symbolm@@ 6mol/L tiamulin fumarate (TF) at GCE (c), AB/GCE(b) and AB-ILs/GCE (a) in 0.10 mol/L PBS. Scan rate: 50 mV/s及AB-ILs/GCE(图3a)上的伏安行为。如图3c所示,TF在GCE上于0.74 V 处出现一个不可逆氧化峰,氧化峰电流为2.847

SymbolmA@ A;TF在AB/GCE上亦于0.74 V处出现一个不可逆氧化峰,氧化峰电流为4.386

SymbolmA@ A。与GCE相比,TF在AB/GCE的氧化峰电位基本不变,氧化峰电流增大约1.8倍;比较曲线a和曲线b发现,TF在AB-ILs/GCE的氧化峰电位略有负移,氧化峰电流增大约3倍。此结果表明,TF电催化氧化反应是一个不可逆电极反应过程,且AB-ILs/GCE对TF电催化氧化具有良好的催化作用。这可能是由于乙炔黑具有较大的比表面积,为TF的电催化氧化提供了较多的反应位点,加速了TF电子交换速率[8];另外,离子液体的高离子导电性也能够进一步促进电子传递[11]。两者的协同作用使AB-ILs/GCE对TF的电化学氧化具有更好的催化作用。在10~400 mV/s范围内,采用CV研究了扫描速度对TF在AB-ILs/GCE上伏安行为影响。实验表明,随扫描速度增加, TF在AB-ILs/GCE氧化峰电位Epa发生正移,峰电流Ipa增大,且峰电流Ipa与扫描速度平方根(v1/2)呈良好线性关系,拟合方程为Ipa(

SymbolmA@ A)=

Symbolm@@ 1.378+2.778v1/2,R=0.9962。该结果表明,TF在AB-ILs/GCE上电化学氧化是受扩散步骤控制的电极反应过程。

3.2 实验条件的影响

在电位窗口0.0~1.2 V,50 mV/s扫描速度下,分别以0.10 mol/L的KCl,Na2SO4,NaClO4,Na2HPO4-NaH2PO4(PBS, pH 6.8),NaAc-HAc,B-R (Britton-Robinson) 等为支持电解质,对5.0×10

Symbolm@@ 5 mol/L TF进行CV测试。实验表明,在PBS中TF具有良好电化学行为,因此选用PBS为支持电解质。

在pH 2.0~9.5 范围内考察了介质pH对TF伏安行为的影响。实验表明,在pH 2.0~8.0范围内Epa随pH值增大而负移,其线性方程为Epa=

Symbolm@@ 1124.60

Symbolm@@ 55.67(mV/pH),R=0.9985。依据Ep(mV)=E.0

Symbolm@@ (59m/n)/pH 得到m/n≈1;已知n=2[7],由此计算得到质子参与数m=2,即TF在AB-ILs/GCE上电化学氧化过程是2个电子2个质子参与的不可逆电化学氧化过程;在pH 8.0~9.5范围内, Epa随pH值增加而基本不变。而在pH 2.0~6.0范围内, 氧化峰电流Ipa随pH值增加而降低; 在pH 6.0~9.5范围内, Ipa基本不变。

3.3 电化学动力学

3.3.1 电荷转移系数α 根据上述实验结果,以Epa对logv作图,得到GCE及AB-ILs/GCE上Epa-logv关系,其线性方程分别为Epa (mV)=63.62 logv+635.4 (R=0.9986),Epa (mV)=149.0 logv+551.3,(R=0.9987)。斜率分别为63.62和149.0 mV。

根据完全不可逆扩散控制过程方程式[17]:

Ep=(blogv)/2+C(1)

式中, C为常数, b为Tafel斜率,b=2.3RTn(1

Symbolm@@ α)F。 由Epa-logv关系直线斜率可得b/2,即:b=2

SymbolvB@ Ep

SymbolvB@ (logv) , 已知n=2[7],因此计算得到α分别为0.77和0.90。

3.3.2 电极反应速率常数kf

平板电极上可逆电化学反应的电流响应遵循如下关系式[18]:

I(t)=nFAkfC(1

Symbolm@@ 2Ht/π)(2)

H=kfD1/2Ox+kbD1/2Rd(3)

对于完全不可逆电极反应,kb=0,H=kf/D1/2Ox,采用CA可以测得电极反应速率常数kf。由实验测得TF在GCE及AB-ILs/GCE上的I(t)-t1/2关系曲线 图4 稳态电流-时间曲线

Fig.4 Time-dependent steady state currents obtained at AB-ILs/GCE while increasing TF concentration at 0.80 V with a stirring rate of 100 r/min截距分别为5.85×10

Symbolm@@ 4 及 3.21×10

Symbolm@@ 4,计算得到TF在GCE及AB-ILs/GCE上的电极反应速率常数kf分别为8.87×10

Symbolm@@ 2和1.23×10

Symbolm@@ 1s

Symbolm@@ 1。

在相同实验条件下,利用稳态电流-时间响应曲线方法测定了TF在AB-ILs/GCE上的响应电流与浓度关系(图4),TF电流响应信号随其浓度成比例增长,响应时间小于5 s。最低响应浓度为0.2

SymbolmA@ mol/L。本方法检出限低,灵敏度高,可作为TF电化学定量测定方法。

3.4 电分析方法的应用

3.4.1 TF方波伏安行为 在电位窗口0.0~1.2 V及优化了的方波实验条件 (优化方波实验条件:振

图5 TF方波伏安图

Fig.5 Square wave voltammogram (SWV) of 1.0

SymbolmA@ mol/L TF at the at GCE (c), AB/GCE (b) and AB-ILs/GCE (a) in 0.10 mol/L PBS

幅45 mV,方波频率5 Hz,电势增量6 mV) 下对1.0

SymbolmA@ mol/L TF进行SWV测试,得到TF 在GCE,AB/GCE及AB-ILs/GCE上的SWV曲线(图5)。TF在GCE上于0.70 V处出现一个不可逆氧化峰(图5c),TF在AB/GCE上亦于0.70 V处出现一个不可逆氧化峰(图5b)。与GCE相比,TF在AB/GCE氧化峰电位不变,氧化峰电流增大约2倍。比较图5a与图5b发现, TF在AB-ILs/GCE上氧化峰电位与AB/GCE上氧化峰电位相比略有负移,氧化峰电流增大2.1倍。此实验结果与循环伏安法所得结果基本一致,进一步表明AB-ILs/GCE对TF电化学氧化具有良好的催化作用。

3.4.2 电极重现性和稳定性 同一支AB-ILs/GCE电极于5.0×10

Symbolm@@ 5 mol/L TF溶液CV扫描10次,其氧化峰电流RSD为1.9%;平行修饰6次RSD为2.9%,表明制作的修饰电极有良好的重现性。电极在室温下放置48 h对, TF响应电流的变化量在±5%以内,表明该电极具有较好稳定性,电极寿命为30 d。

3.4.3 干扰实验 在相同实验条件下,TF浓度为5.0×10

Symbolm@@ 5 mol/L, 考察了常见离子和葡萄糖、蔗糖对TF催化氧化峰电流影响。实验结果表明,1000倍无机离子K.+,Na.+,SO2

Symbolm@@ 4,Cl.

Symbolm@@ ,NO.

Symbolm@@ 3和50倍酒石酸、柠檬酸、葡萄糖、蔗糖对TF电流响应信号无干扰。

3.4.4 线性范围及检出限 在相同实验条件下用SWV研究了TF氧化峰电流Ipa随其浓度变化关系。实验结果表明,TF氧化峰电流Ipa与其浓度在0.8~20

SymbolmA@ mol/L范围内呈良好线性关系,线性方程为Ipa(

SymbolmA@ A)=0.74+0.23C(

SymbolmA@ mol/L), R=0.9973;检出限(S/N=3)为7.6×10

Symbolm@@ 8 mol/L。

3.4.5 实际样品测定 取市售延胡索酸泰妙菌素注射液5支,混匀,取适量该溶液置于100 mL容量瓶,用水定容。运用SWV方法对此溶液进行测定,加入已知量TF标准品进行回收率测定,测定结果见表1。

表1 TF注射液中TF含量及回收率测定结果(n=6)

Table 1 Determination results of TF in injection samples(n=6)

样品

Samples标示量

Labeled测得值

Found(mg)RSD(%)加入量Added(mg)测得值Found(mg)回收率Recovery(%)

1230.125 mg/支(ampoule)0.1252.20.0630.189101.8

0.1271.10.0750.20198.6

0.1272.90.0880.21599.7

由表1可知,所测得TF样品的相对标准偏差在1.1%~2.9%,加标回收率在98.6%~101.8%之间,表明本方法精密度和准确度符合定量测定要求。 结果表明,TF电催化氧化是受扩散步骤控制的电极反应过程,且AB-ILs/GCE对TF的电催化氧化具有良好的电催化作用。同时测定了电极过程动力学参数,据此建立了TF电化学定量测定方法。

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Electrochemical Behaviors and Electrochemical Determination of

Tiamulin Fumarate at Acetylene Black-Ionic Liquid

Modified Glassy Carbon Electrode

CHEN Ji-Wen.1, DUAN Cheng-Qian1,2, GAO Zuo-Ning1,CHEN De-Gang.3

.1(Key Lab of Energy Source and Chemical Engineering, College of Chemistry and Chemical Engineering,

Ningxia University, Yinchuan 750021, China)

.2(Higher Vocational College, Ningxia Medical University, Yinchuan 750004, China)

.3(Duowei Tairui Pharmacy Limited Company, Yinchuan 750004, China)

Abstract Acetylene black-ionic liquid modified glassy carbon electrode (AB-ILs/GCE) was prepared by acetylene black Ionic liquid and characterized by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The electrochemical behaviors and electrochemical kinetics of tiamulin fumarate (TF) at AB-ILs/GCE were investigated by cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry (CA) and Square Wave voltammetry (SWV). The experimental result showed an irreversible oxidation peak appeared on GCE at about 0.74V. However, the oxidation peak potentials of TF keep constant on AB/GCE than that of GCE, the oxidation peak currents on AB/GCE increased about 1.8 times than that of GCE; compared with AB/GCE, the oxidation peak potentials of TF on AB-ILs/GCE shifted 20mV negatively, the peak currents on AB-ILs/GCE increased 1.6 times than that of AB/GCE. The experimental result indicated that AB-ILs/GCE could catalyze the oxidation of TF well The electrochemical kinetic parameters were also determined on AB-ILs/GCE. The influence of experimental conditions was investigated. The quantitative determination of TF content was investigated, the relative standard deviation is between 1.1%-2.9% and the recoverage is in the range of 98.6%-101.8%. The method has been applied to the quantitative determination of TF content in injection sample.

Keywords Electrocatalyticl oxidation; Electrochemical determination; Acetylene black-ionic liquid modified glassy carbon electrode; Tiamulin fumarate

(Received 9 June 2011; accepted 4 September 2011)

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