金电极中米托蒽醌的电化学研究及其应用检测方案(电化学工作站)

分析化学(FENXIHUAXUE) 研究简报Chinese Joumal of Analytical Chem istry第12期1721~1724第36卷2008年112月 第36卷分析化学1722 米托蒽醌在金电极上的电化学研究及其应用 武五爱 尹志芬 尉景瑞 郭满栋* (山西师范大学化学系，临汾041004) 摘 要 米托蒽醌(MTX)在 0.2mol/LB-R缓冲溶液(pH=1.5)中循环伏安扫描时，在金电极上会产生一个灵敏的氧化峰P(峰电位为1.087V)和两个灵敏的还原峰P (峰电位为O.817V)、P(峰电位为0.764V)。P峰电流值与MTX浓度在1.0×10-~1.0×10~mol/L范围内呈良好的线性关系；其检出限可达5.6×1010 mol/L。本研究优化了测定米托蒽醌的最佳实验条件，建立了可灵敏测定米托蒽醌的新方法；同时对米托蒽醌在金电极上的电化学行为进行了较为详细的研究。 关键词 金电极，反应机理，伏安法，米托蒽醌 1 言 米托蒽醌Mitoxantrone，MTX)属于蒽环类抗癌药物，主要用于治疗乳腺癌和白血病.其细胞毒性与其它蒽类抗癌药物相比有所降低，但仍然会引起骨髓抑制及心脏毒性等。目前测定米托蒽醌的方法很多，主要有高效液相色谱法2，31、分光光度法4流动注射化学发光法1、共振瑞利散射法16和电化学方法7~101.~等，这些方法的建立为米托蒽醌的测定提供了一定手段，但由于这些方法有的灵敏度不高，有的前处理繁琐或仪器价格昂贵，难以推广。因而有必要寻找一种有效、快速且廉价的检测方法。本研究对米托蒽醌在金电极上的电化学行为进行了研究，建立了一种可灵敏的测定MTX的新方法。结果表明，本方法不仅操作简单、重现好，而且线性范围宽、灵敏度高，可用于药物分析中米托蒽醌的测定。 2 实验部分 2. 1 仪器和试剂 LK98BⅡ微机电化学分析系统(天津兰力科化电子高技术有限公司)；CQ-50超声洗涤器(上海超声仪器厂)；pHS-3C型酸度计(上海伟业仪器厂)。三电极系统：金电极(d=1mm)为工作电极；铂丝电极为辅助电极；Ag/AgC1电极为参比电极。米托蒽醌购于上海医药工业研究所，配制成11.00x104mol/L的储备溶液，4℃避光保存，使用时逐级稀释；其它试剂均为分析纯。实验用水为二次蒸馏水。 2.2 实验方法 2.2.1 金电极的处理 将金电极用AlO粉抛光，在无水乙醇、丙酮和纯水中分别超声洗涤5min，并重复3次，然后进行电化学活化处理(即在0.‘5mol/L H， SOA中于 -0.3~1.5V电位范围内进行循环伏安(CV)扫描)，直到获得稳定的循环伏安响应。 2.2.2 循环伏安(CV)实验 先将金电极在B-R缓冲溶液中进行多次循环伏安扫描(扫描范围为-0.5~1.6V)直至获得稳定的循环伏安曲线，然后加入适量米托蒽醌标准溶液，搅拌1min，通氮除氧2min后放入电极，等待4min，在-0.5~1.6V电位范围内以 80mV/s的扫描速率进行循环伏安扫描。每次测定完后，将电极用二次蒸馏水冲洗，并在空白底液中循环伏安扫描至电流稳定，以除去吸附在电极表面的物质，达到活化电极的目的。 3 结果与讨论 3.1 米托蒽醌循环伏安行为 图1为1.0 ×10°mol/L米托蒽醌在 pH=1.5的B-R缓冲溶液中的 CV曲线。由图1可见，在 ( 2008-03-18收稿；2008-07-30接受 ) ( 本文系山西省自然科学基金 (No. 20001057)资助项目 ) ( * E mail： guomd@ dns s xnu edu cn ) -0.5~1.6V扫描范围内，MTX在金电极上产生了一个灵敏的氧化峰P(峰电位为1.087V)和两个灵敏的还原峰P(峰电位为0.817V)、P(峰电位为0.764V)。 3.1.1 可逆性 由图1可得，在此实验中，Ep-Ep=270mV， Ep- Ep： =323 mV，其△E远大于可逆过程AE(通常为55~65mV)；峰电流的比值lin和 ip/ing也不等于1，且在扫描过程中产生了一个氧化峰和两个还原峰。由此可知米托蒽醌在金电极上的反应为不可逆过程。 3.1.2 吸附性 图2a和b分别为P峰电流与扫速v和v的关系图。由图2可知，P峰电流随着扫描 图1 米托蒽醌在金电极上的循环伏安图 Fig 1CCyclic voltammogram of mitoxantrone (MTX) atgold electrode in pH=1. 5 B-R buffer solution MTX： 1. 0 ×10-6mol/L，v=80 mV/s pH 1.5. 速率的增大而逐渐增大。当MTX浓度为 5.0×10mol/L时，P峰电流i与扫速v呈线性关系；当MTX浓度为3.0 ×10mol/L时，峰电流i与扫速v呈线性关系。说明MTX在金电极上的吸附和扩散控制与溶液浓度有关，浓度较低时电极过程主要受吸附控制；而浓度较高时，电极过程主要受扩散控制。 图22扫速(a)和扫速的平方根(b)对峰电流的影响(pH1.5BR缓冲溶液) Fig 2 Effects of scan rate (a) and square root of scan rate(b) on peak current in B-R buffer(pH 1. 5)v=80mV/s， MTX： 3.0 ×10-mol/L. 3.1.3 电极反应电子数的测定 图3表示了P、P、P峰电位E(V)与扫速的对数 lg[v/(V/s)]的关系。从图3可见，随扫描速率的增大P(氧化峰)峰电位正移，P(还原峰)、P(还原峰)峰电位负移。 P(氧化峰)在扫描速率为10~200mV/s范围内，E-lg[v/(V/s)]的相关方程为 E=0.0249 lgv+1.116(r=0. 9539，n=9)，从曲线的斜率[0.5×2.303RT×(anF)]，可得 an=1.18，取a=0.5，可计算得 n≈2；由此可知，MTX在金电极上发生了两电子交换的氧化反应。P(还原峰)在5~200mV/s范围的E-lgv相关方程为 E= - 0. 04931g[v/(V/s)]+0.7628(r=0.9934，n=11)，由曲线的斜率[0.5×2.303RT×(anF)]，可得 anz =0 59，取 a=05，可计算求得 n≈1；推断P峰为1电子不可逆过程。P(还原峰)在所研究的电位范围内，E-lgv的相关方程为E=-0. 0393 lg[v/(V/s)]+0. 6206(r=0.9875，n=11)，由曲线的斜率可计算得 ang =0 75，取 a=05， 图3 扫速对峰电位的影响(pH1.5B-R缓冲溶液) Fig 3 Effectof scan rate on peak current in pH 1.5B-Rbuffer solution MTX： 3.0 ×106mol/L. ，/n≈1，推断P为1电子不可逆的还原峰。 3. 1.4 pH对峰电位、峰电流的影响 图4a和b分别表示 pH对峰电位和峰电流的影响。由图4可看出，在 pH 1.37~2.08范围内，P、P、P峰电流随着 pH增大均呈线性减小；在 pH2.08~7.78范围内，溶液的酸度对P、P，峰电流的影响不大，而P峰在pH大于3.26时几乎为0， pH小于1.37时，随着 pH减小P峰电流也有下降趋势。表明米托蒽醌在酸性溶液中更易发生电化学反应，但 pH过小时不利于P峰的研究。由图4可知，在 pH 1.37~2.08范围内，随着 pH的增大，P峰电位正移，而P、P 还原峰电位负移，表明P、P、P峰电极反应中均有质子参与。分别计算图4b中 E-pH直线的斜率，代入公式 dEp/dpH=0.059x/n(式中x为质子数，n为电子数)，可求得 x(P)~2，x(P)~1，x(P)≈1. 图4 pH值对的峰电流(a)和峰电位(b)的影响 Fig 4 Effect of pH on peak current (a) and peak potential (b) v=80mV/s， MTX浓度 (concentration)： 1.0×10-6mol/L。 3.2 电极反应机理探讨 米托蒽醌(1，4二羟基-5，8双[[2-[(2羟基乙基)氨基]乙基]氨基]-9，10葱醌)为蒽醌衍生类化合物，其活性基团主要应为1和4位上的羟基。 在阳极扫描时，P峰对应的部位为MTX分子中1和4位羟基的氧化，电极反应为： 在阴极扫描过程中，还原分两步进行，最终形成P峰与P峰，电极反应可表示为： 因P氧化峰峰形较好，灵敏度较高，在实际应用中以P峰为研究对象。 3.3 米托蒽醌检测条件的优化 3.3.1 测定介质的选择 研究了米托托醌分别在HC1、HSO、HCD和 NaOH溶液和不同缓冲溶液(如磷酸盐缓冲溶液、HAcNaAc缓冲溶液以及B-R缓冲溶液)中的电化学行为，发现米托蒽醌在强碱性溶液中虽有氧化峰出现，但溶液不稳定，放置10min 后溶液的蓝色几乎消失；而在B-R缓冲溶液中氧化峰形最好，峰电流最高。并根据3.1.4节的结果，选用浓度为0.2mol/L， pH 1.5B-R溶液作为底液。 3.3.2 扫描速率的选择 米托蒽醌氧化峰在电极上的吸附和扩散行为受浓度和扫描速率的影响，当扫描速率增大导致充电电流增大，不利于峰电流的测定。为了获得较好的信噪比，选择扫描速率为80mV/s. 3.3.3 预富集时间的选择 在1.0 X10°mol/L米托蒽醌中研究了预富集时间对峰电流的影响，结果发现峰电流在4min内呈线性关系，米托蒽醌的氧化峰电流逐渐增大，然后随着预富集时间的延长逐渐偏离线性。本实验选的预富集时间为4min。 3.4 线性范围、检出限和重现性 实验表明，米托蒽醌的氧化峰电流与其浓度在1.0×10~1.0× 10°mol/L、1.0 ×108~1.0 ×10mol/L、1.0 ×107~1.0 ×10mol/L范围内均呈良好的线性关系，线性方程程相关系数分别为y=1.2421x+05639， r=0 9906；；y=1.6952x +10 3， r=0.9998：y=3.7636x+23.575.5，r=09994。检出限可达5.6 ×10 mol/L；对1.0 ×10'mol/L的米托蒽醌平行 在MTX浓度为1.0 ×10mol/L的样品溶液中，研究了一些常见离子和有机物对米托蒽醌测定的影响。结果表明，1.0X10°mol/L Zn 、Fe*、Pb*、cu尿酸对实验几乎不干扰；而 10 mmol/L雌三醇(E3)对米托蒽醌的测定有一定的干扰。 3.6 样品分析 取盐酸米托蒽醌针剂(四川升和制药有限公司，标示量：2mg/支)，加二次蒸馏水稀释至线性范围内浓度.在上述最佳分析条件下，测量其含量，并做回收率实验，测定结果见表1，结果令人满意。 表11盐酸米托蒽醌针剂含量的测定 Tablel1 Detemm ination ofMTX 加入Added 测量值 Found 回收率 (umol/L) (umol/L) Recovery (%) 0.01 0.966 96.4 0.50 0.486 97.2 1.00 0993 99.3 ( References ) ( You QiDong(尤启东). M edicine Chem istry(药物化学). Beijing(北京)： Chemical Industry Press (化学工业出版社) ， 2003： 531 ) ( 2 Law SL， Jang TF. J. Chronatogr A， 1994，670(3)： 2 34~238 ) ( 3 Lin K T， Rivard G E， Leclerc JM . J . Chromatog r A ， 1989，465(2)： 7 5~86 ) ( 4 Zhou Ze-Qing(周泽清)， Wu Chao-Yuan (伍朝员)， Zhang L ing-Kui(张林魁)，LiNan(李 楠).( Chinese Joumal of Pham aceutical Ana lysis(药物分析杂志) ， 1997，17(6)：403~405 ) ( 5 He Shu-Hua(何树华)， He De-Yong(何德勇)， Zhan g Zhu-Jun(章竹君). Joumal ofNanjing Nom al University (Natural.Science Edition)(南京师范大学学报(自然科学版))，2006，31(5)：108~110 ) ( 6 Wang Fen(王 芬)， L iu Zhong-Fang(刘忠芳)， L iu Shao-Pu(刘绍璞)， Hu XiaoLi(胡小莉). Chem. J J C hinese Uni- versities (高等学校化学学报)，2006， 27(8)： 1 459~1461 ) ( 7 Guo ManDong(郭满栋). Joumal ofAnalytical Science(分析科学学报)，1995， 11 ( 2)： 46~48 ) ( 8 HuJinBo (胡劲波)， LiQiLong(李启隆). .( Chem ical Jouma l of Chin e se Universities (高等学校化学学报)， 20 0 1， 22(3)：380~384 ) ( 9 Hu JinBo(胡劲波)， LiQ i Long(李启隆). Joumal ofB e jing Nom al University (Natural Science Edition) (北京师范大学学报(自然科学版))，2003，39(2)：226~229 ) ( 10 Qu Wan-Yun(瞿万云)， Yan g Chun-Hai(杨春海)， Zhang ShengHui(张升晖). Wuhan University Joumal(Science Edi-tion)((武汉大学学报(理学版))，2006，52(4)：439~443 ) Electrochem istry Investigation ofM itoxan trone at Bare GoldElectrode and Its Electroanalysis Applica tion WU Wu-Ai， YIN Zhi-Fen， WEIJing-Rui， GUO ManDong (D eptam ent ofChem istry， ShanxiNom alUniversity， L infen 041004) AbstractMitoxantrone (MTX) was investigated in B-R buffer solution (pH=1.5) on bare gold electrode bycyclic voltammetry(CV). One sensitive oxidation peak P (potential 1. 087 V)， two sensitive reduction peaksP (potential 0. 817V) and P (potentia1 0.764V)， were obtained in the expermentsSThe results show thaP is the oxidation peak ofMXT and P and P are the reduction peaks ofMXT The P peak currentwas line-arly related with MTX concentration from 1. 0 ×10’mol/L to 1. 0×10mol/L and a detection limit of5. 6 X1010 mol/L was obtainedA siple， rapid and reliable direct electrochem ical analysis method fordetemm ination ofMTX was establishedlThe response mechanism was discussed Keywords Gold electrode， reaction mechanism， voltammetry， mitoxantrone ( (Received 8 March 2008； accep ted 30 July 2008) ) ◎China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved http：//www.cnki.net