秦建芳， 孙 鸿， 姜秀平， 秦英恋， 康 婧， 杨海英*

(运城学院应用化学系，山西运城 044000)

对乙酰氨基酚(ACOP)俗称扑热息痛，它是一种常见的解热镇痛药，用于治疗普通的感冒发烧、神经痛、偏头痛以及四肢酸痛。ACOP在推荐剂量下是安全的，但在大剂量时会引起肝脏中毒。因此，严格控制对ACOP的摄入量非常必要[1 - 4]。ACOP的检测方法很多，有滴定法[5,6]、分光光度法[7,8]、高效液相色谱法[9,10]、化学发光法[11]。然而，这些方法存在明显的缺点，如测试时间较长、有毒的试剂使用、繁琐的预处理过程、昂贵的仪器设备等[12]。电化学方法因其成本低、响应速度快、灵敏度高、适合于微型化和现场检测等特点，引起研究者的广泛关注[13,14]。

多壁碳纳米管(MWCNTs)具有独特的几何结构、良好的机械强度、优异的导电能力和较强的催化性能[15]。离子液体(IL)是一类由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的一种新型的绿色溶剂，具有多种独特的物理化学性质，如电化学窗口宽、离子导电性强、良好的溶解性和生物相容性[16]。聚苯胺(PANI)具有制备简单、稳定性好、导电性高等特点，在电子器件和传感器中广泛使用，已经成为倍受关注的一类导电聚合物[17]。本文构建了MWCNTs/IL/PANI/Au电化学传感器，建立了一种测定药品中ACOP的新方法，并对催化机理进行了研究。通过扫描电镜对复合材料进行形貌表征。电化学分析表明该方法测定ACOP的线性范围宽，检出限低，对实际药品中对乙酰氨基酚含量进行测定，该方法和与国家药典方法结果一致。

1 实验部分

1.1 实验仪器与药品

电化学工作站(上海辰华仪器公司，CHI 660)；扫描电子显微镜(日本日立公司，S4800)；Au电极(武汉高仕睿联公司，2 mm)。

对乙酰氨基酚(ACOP)标准品购于阿拉丁官网。ACOP标准溶溶液：称取一定量的ACOP标准品，用水乙醇配制成1.0×10-3mol/L储备溶液，使用时稀释至所需浓度。离子液体(IL)1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PF6)，多壁碳纳米管(MWCNTs)。苯胺、KCl、NaOH、H3BO3、K3[Fe(CN)6]、K4[Fe(CN)6]、H3PO4、HAc、H2SO4、乙醇均为分析纯。实验用水为超纯水。

1.2 电化学传感器的制备

将Au电极用0.03 μm Al2O3粉末打磨成镜面，用水冲洗干净后，吹干。将1 mg/mL的MWCNTs分散液和0.2%的IL混合，配制成体积比为1∶1的悬浮液，超声振荡30 min后，取8 μL MWCNTs/IL悬浮液滴涂在Au电极上，晾干后冲洗，吹干，制得MWCNTs/IL/Au。将制备好的MWCNTs/IL/Au置于含有7.0 mmol/L苯胺的0.25 mol/L H2SO4中，设置电位范围为-0.2～0.9 V，扫速100 mV/s，使用循环伏安法电聚合20个周期，取出后用稀H2SO4冲洗电极以除去未聚合的苯胺，吹干后制得MWCNTs/IL/PANI/Au。作为对照，用同样的方法分别制备MWCNTs/PANI/Au、IL/PANI/Au。

2 结果与讨论

2.1 苯胺聚合

在苯胺的电聚合过程中，苯胺的浓度、聚合时间均影响聚苯胺涂层的厚度。单体浓度越高，聚合时间越长，聚苯胺涂层越厚。本文保持苯胺浓度不变，通过改变扫描圈数来改变苯胺的聚合时间。使用循环伏安法在Au电极表面合成PANI，如图1所示。0.2 V的氧化峰是PANI从还原态到中性态(鲜绿色盐)的转变。在0.4 V左右出现小的不明显氧化峰，是由于得到呈树枝状结构的PANI。0.75 V的氧化峰与苯胺的聚合反应有关[18 - 20]，由于苯胺的电聚合是一个自催化过程，随着扫描周期的增加，两个主峰的峰值增加，氧化和还原峰电流随之增大。PANI涂层的厚度与循环伏安扫描周期数呈正比。扫描圈数少则涂层薄，活性基团少，测定灵敏度低；扫描圈数太多则涂层太厚，电子传递阻力增加，背景电流变大。本实验选择循环伏安扫描20个周期。

图1 苯胺电聚合20个周期的循环伏安图(电位范围-0.2～0.9 V，扫描速率100 mV/s)Fig.1 Cyclic voltammograms of aniline coating measured during its deposition up to 20 cycles with a scan rate of 100 mV/s from -0.2 to 0.9 V

2.2 扫描电镜表征

采用扫描电镜(SEM)对不同电极的表面形貌进行表征，结果如图2所示。裸Au电极呈均匀光滑的表面(图2a)；在Au电极表面有IL的存在时,MWCNTs吸附在电极表面，相互之间有一定的缠绕(图2b)；MWCNTs独特的纳米结构提高了电极的比表面积(图2c)；呈颗粒状的PANI相互聚集在一起(图2d)；当存在MWCNTs和IL时,PANI呈多孔和分枝的三维网状结构(图2e)，增加了电极的比表面积，加速了电子转移速率，提高了材料的导电性。涂层的颜色为深绿色，暴露在空气中几天也不会变化。ACOP在MWCNTs/IL/PANI/Au上的电化学反应可能为ACOP先被氧化成对亚氨基苯醌，随后对亚氨基苯醌又被还原成ACOP[21]。

图2 不同电极的扫描电镜(SEM)图Fig.2 SEM images of the different electrodesa.Au；b.IL/Au;c.MWimages CNTs/Au;d.PANI/Au;e.MWCNTs/IL/PANI/Au.

2.3 电极的电化学表征

不同电极在5 mmol/L[Fe(CN)6]3-/4-(含0.1 mol/L KCl)溶液中的循环伏安曲线见图3。探针离子在不同电极上的氧化还原峰电流大小顺序为：MWCNTs/IL/PANI/Au>PANI/IL/Au>MWCNTs/PANI/Au>MWCNTs/IL/Au≈Au。循环伏安曲线的变化说明MWCNTs/IL/PANI复合膜成功修饰在电极表面，氧化峰电流明显的增加说明其具有很好的电催化性能。根据Randles-Sevcik方程[22]：ipa=2.69×105n3/2AD1/2v1/2c。式中c为浓度(mol/L),A为电活性表面积(cm2)，ipa为阳极峰值电流(μA)，v为扫描速率(mV/s)，D为扩散系数(cm2/s)，n为转移电子数。Au、MWCNTs/IL/Au、MWCNTs/PANI/Au、PANI/IL/Au和MWCNTs/IL/PANI/Au的电活性面积分别为0.76、0.78、1.24、1.62和2.45 cm2。MWCNTs/IL/PANI复合膜具有最大的电活性面积，因此它的电化学活性强于其它的修饰膜。

图3 不同电极在[Fe(CN)6]3-/4-中的循环伏安图Fig.3 Cyclic voltammograms of the different electrodes in [Fe(CN)6]3-/4-a.Au；b.MWCNTs/IL/Au;c.MWCNTs/PANI/Au;d.PANI/IL/Au;e.MWCNTs/IL/PANI/Au.

2.4 催化机理

MWCNTs具有较大的比表面积，IL有良好的导电性，两者使电极表面的反应位点增多，同时PANI中有较多的-NH2，与ACOP中的酚-OH中的氢原子形成氢键，活化了羟基，削弱O-H键的键能，使电子通过N-H…O氢键传递。MWCNTs、IL与导电聚合物PANI的协同作用，提高了复合膜的电催化性能。

2.5 对乙酰氨基酚在不同电极上的电化学行为

图4为6.98 μmol/L ACOP在pH=4.0的B-R缓冲溶液中的差分脉冲伏安(DPV)图。ACOP在裸Au电极上没有响应(曲线a)，在MWCNTs/IL/Au和MWCNTs/PANI/Au上产生较弱的氧化峰，说明ACOP在这两种电极上电子转移速率很慢(曲线b、c)。在IL/PANI/Au上的氧化峰电位正移，峰电流增加(曲线d)，在MWCNTs/IL/PANI/Au上峰电流进一步增加(曲线e)。说明ACOP的电化学反应在MWCNTs/IL/PANI修饰膜上被显著的提高了。三者的协同作用，增加了电极的电活性面积，有效的增加了电子转移速率，提高了复合膜的电催化性能，提高了整个界面的导电性[23 - 25]。有望实现对ACOP的灵敏检测。

图4 6.98 μmol/L对乙酰氨基酚在不同电极上于pH=4.0 B-R缓冲液中的差分脉冲伏安(DPV)图Fig.4 DPVs of 6.98 μmol/L acetaminophen on the different electrodes in B-R buffer (pH=4.0)a.Au;b.MWCNTs/IL/Au;c.MWCNTs/PANI/Au;d.IL/PANI/Au;e.MWCNTs/IL/PANI/Au.

2.6 实验条件优化

图5 pH值对峰电流的影响Fig.5 Effect of pH values on peak current

2.6.2 静置时间的影响不同的静置时间，ACOP在pH=4.0的B-R缓冲溶液的电化学行为如图6所示。随着静置时间的增加，峰电流逐渐增加，当达到4 min时，峰电流变化趋于平缓。说明在4 min时修饰电极表面吸附的ACOP已经趋于饱和。因此，4 min为最佳的静置时间。

图6 静置时间对峰电流的影响Fig.6 Effect of resting time on peak current

2.7 电化学检测对乙酰氨基酚的性能

在最佳条件下，利用DPV法考察了该电化学传感器对ACOP的响应(图7)。随着对ACOP浓度的增大，峰电流增加，且ACOP浓度在6.98×10-6～6.80×10-4mol/L范围内与峰电流呈良好线性关系，线性方程：Ip=2.134c-6.289(R2=0.9919)。检出限(3σ/K)为2.35×10-6mol/L。

图7 不同浓度的对乙酰氨基酚在MWCNTs/PANI/IL/Au上的DPV图Fig.7 DPVs of different concentrations of acetaminophen on MWCNTs/PANI/IL/Aua.6.98×10-6 mol/L;b.1.61×10-5 mol/L;c.2.95×10-5 mol/L;d.7.17×10-5 mol/L;e.1.15×10-4 mol/L;f.2.83×10-4 mol/L;g.4.85×10-4 mol/L;h.6.80×10-4 mol/L.

2.8 重复性、稳定性和抗干扰性实验

2.9 实际样品中对乙酰氨基酚的检测

取一定量感冒灵胶囊(三九集团)，用纯水溶解稀释后制成实际样品溶液，利用该方法测定，并与国家药典方法进行对照(表1)。结果显示，两者测定结果基本相符，回收率在95.8%～100.6%之间，说明该方法没有系统误差，可用于药品中对ACOP的测定。

表1 实际样品中对乙酰氨基酚的测定Table 1 Determination of acetaminophen in actual samples

3 结论

采用MWCNTs/PANI/IL/Au修饰电极，建立了对乙酰氨基酚新的检测方法。研究了对乙酰氨基酚在该电极上的电化学行为，MWCNTs、IL与导电聚合物PANI的协同作用，提高了复合膜的电催化性能。对溶液pH值、静置时间等实验条件进行优化。利用该电极对药品中对乙酰氨基酚进行测定，测定结果与国家标准方法相符，回收率在96.5%～100.6%之间。该传感器稳定性好、选择性强、灵敏度高、检出限低，有望用于药品中对乙酰氨基酚的检测。