摘 要 采用滴涂法和电沉积法制备了氧化石墨烯/铁氰化铈（CeFe（CN）�6）纳米复合膜修饰玻碳电极。用扫描电镜对氧化石墨烯和氧化石墨烯/CeFe（CN）�6纳米复合膜进行了表征。分别用循环伏安法和差分脉冲伏安法研究了扑热息痛和咖啡因在修饰电极上的电化学行为。结果表明，在0.1 mol/L醋酸盐缓冲溶液（pH 5.0）中，扑热息痛和咖啡因在此修饰电极上具有良好的电化学行为，扑热息痛和咖啡因分别在1.0×10 
中国论文网 http://www.xzbu.com/8/view-1702649.htm
　　�Symbolm@@ 7～6.0×�10 
　　�Symbolm@@ 5 mol/L 和1.0×10 
　　�Symbolm@@ 6～1.3×10 
　　�Symbolm@@ 4 mol/L浓度范围内与电化学响应信号呈良好的线性关系，相关系数分别为�0.990和0.992；信噪比为3时，扑热息痛和咖啡因检出限分别为5.0×10 
　　�Symbolm@@ 8 mol/L和5.2×10 
　　�Symbolm@@ 7 mol/L。将本方法用于人尿样品分析，回收率为96.1%～105.4%。 
　　关键词 差分脉冲伏安法； 氧化石墨烯； 铁氰化铈； 扑热息痛； 咖啡因 
　　 2011-05-25收稿；2011-10-18接受 
　　本文系河南省高校科技创新人才基金项目（No.省略 
　　1 引 言 
　　扑热息痛是一种被广泛使用的退热和止痛药物[1]。咖啡因是一种生物碱，能刺激中枢神经系统、利尿和促进胃液分泌以及止痛[2]。扑热息痛和咖啡因常被共同作为某种止痛药物的有效成分。然而，过量的摄入扑热息痛或者咖啡因会对人体造成伤害。目前，测定扑热息痛和咖啡因的常用分析方法主要有高效液相色谱法[3]和滴定法[4]等。这些方法所需仪器昂贵，或样品处理过程耗时。电化学分析法[5]具有灵敏度高、仪器简单、分析成本低等优点，已被广泛应用于生物活性分子的灵敏测定。 
　　石墨烯是近年备受关注的新型二维平面纳米材料。它由一薄层包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，其厚度仅为0.35 nm。石墨烯的特殊结构使它具有许多独特的性质，如良好的导电性能和优良的机械性能、比表面积大、合成方法简单、所用原料价格低、易于修饰等。目前，石墨烯已在化学、电子、信息、能源、材料和生物医药等领域得到广泛应用[6～9]。 
　　铈的化合物具有好的导电性能和催化性能，已被广泛用于催化剂和电化学传感器等。本实验将氧化石墨烯和铁氰化铈（CeFe（CN）�6）结合，制备了氧化石墨烯/CeFe（CN）�6纳米复合膜修饰玻碳电极，研究了扑热息痛和咖啡因在修饰电极上的电化学行为。氧化石墨烯/CeFe（CN）�6纳米复合膜兼具�CeFe（CN）�6 好的催化性能和氧化石墨烯优良的导电性能。本研究结果表明，此电极对于扑热息痛和咖啡因的氧化反应具有良好的电催化性能，显著提高了分析方法的灵敏度。2 实验部分 
　　2.1 仪器与试剂 
　　CHI660A电化学工作站（上海辰华仪器公司）；超越系列自尊型X型精密电子天平（梅特勒-托利多仪器上海有限公司）；pHS-3C精密pH计（上海雷磁仪器厂）；UC-300超声波清洗器（宁波科生仪器厂）；三电极体系：氧化石墨烯/CeFe（CN）�6纳米复合膜修饰玻碳电极为工作电极（d＝3 mm），饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，铂丝电极为对电极。 
　　石墨粉（高纯，上海试剂厂）；肼、氨水（分析纯，上海试剂厂）；扑热息痛、咖啡因（分析纯，Sigma公司）。醋酸盐缓冲溶液（ABS）由0.1 mol/L醋酸和醋酸钠配制而成。其它试剂均为分析纯，实验用水均为二次蒸馏水。 
　　2.2 氧化石墨烯的制备 
　　氧化石墨烯（GO）根据文献[10]采用Hummers和Offeman法制备。在冰浴条件下，5 g 石墨粉缓慢加至浓H�2SO₄（87.5 mL）和浓HNO₃ （45 mL）的混合溶液中，再将55 g KClO₃ 缓慢加入到上述混合物中，在室温下搅拌80 h，所得产物倒入水中并过滤，在80 °C干燥后即得GO。由GO的扫描电镜图（图1a）可见石墨烯典型的褶皱片层结构。 
　　2.3 修饰电极的制备 
　　将1 mg GO加至1 mL水中，超声分散20 min，得到1 g/L浅黑色的GO悬浮液。玻碳电极（有效直径3 mm）依次用0.3和0.05 
　　�SymbolmA@ m氧化铝粉在麂皮上抛光至呈镜面，再依次在无水乙醇和水中超声清洗3 min， 
　　Fig．1 SEM image of graphene oxide （GO）/GCE （a） and graphene oxide-cerium hexacyanoferrate modified glassy carbon electrode （CHF/GO/GCE） （b） 
　　用红外灯烘干。用微量进样器取20 
　　�SymbolmA@ L GO悬浮液，滴加在玻碳电极表面，在空气中放干，即制得GO修饰玻碳电极（GO/GCE）。将电极置于含有�5 mmol/L Ce（NO₃）₃， 5 mmol/L K₃Fe（CN）�6和0.5 mol/L KCl的溶液中，在 
　　�Symbolm@@ 0.2～0.8 V范围内循环伏安扫描40圈，用水冲洗干净, 晾干, 即可得到氧化石墨烯/CeFe（CN）�6修饰玻碳电极（CHF/GO/GCE）。从CHF/GO/GCE的扫描电镜图（图1b）可见，CeFe（CN）�6颗粒成功地沉积在GO上。电化学测定前，修饰电极先在�10 mL �0.1 mol/L ABS缓冲液（pH 5.0）中通过循环伏安扫描直至循环伏安曲线稳定，所有实验均在室温下进行。 
　　3 结果与讨论 
　　3.1 扑热息痛和咖啡因在修饰电极上的电化学行为 
　　用循环伏安法考察了不同修饰电极在0.1 mol/L ABS缓冲液（pH 5.0）中的电化学行为（图2）。扑热息痛和咖啡因的浓度分别为50和200 
　　�SymbolmA@ mol/L。在裸玻碳电极上于0.71和1.62 V附近出现两个氧化峰，分别对应着扑热息痛和咖啡因（图2a）。如图2b所示，当电极上修饰CeFe（CN）�6后，扑热息痛和咖啡因的氧化峰比裸玻碳电极明显增强，峰高比裸玻碳电极提高了约1/2。这是因为CeFe（CN）�6具有良好的导电性能，能有效促进扑热息痛和咖啡因的氧化峰电流在电极上的传递，提高了检测灵敏度。 图2 不同修饰电极的循环伏安图 
　　Fig．2 Cyclic voltammograms of （a） GCE, （b） CHF/GCE, （c） GO/GCE, （d） CHF/GO/GCE in 0.1 mol/L �acetate buffer solution （ABS） （pH 5.0） with a scan rate of 100 mV/s当在玻碳电极修饰上氧化石墨烯后，扑热息痛和咖啡因的氧化峰得到了进一步增强（图2c）。扑热息痛和咖啡因在GO/GCE上的峰高比裸玻碳电极提高超过了�2倍。这是因为在GO/GCE上，氧化石墨烯对扑热息痛和咖啡因的氧化具有催化作用，同时其良好的导电能力促进了电子传递速度。此外，氧化石墨烯边缘有大量的如羧基或羟基等极性基团，容易吸附扑热息痛和咖啡因，起到富集作用。同时，氧化石墨烯大的比表面积也能够增大其对扑热息痛和咖啡因的吸附能力。在CHF/GO/GCE上，由于氧化石墨烯和CeFe（CN）�6的共同作用，扑热息痛和咖啡因的氧化峰高于上述3种电极，显著提高了检测灵敏度。 

　　3.2 电化学阻抗谱 
　　电化学阻抗谱（EIS）能够通过测定电极表面阻抗的变化表征修饰过程。图3是修饰电极在不同阶段的电化学阻抗谱图，曲线在低频部分的半圆的直径代表电子传递阻抗R��ct。如图3a所示，裸玻碳电极具有较大的阻抗。当电极修饰了GO后，阻抗变小（图3b），说明GO具有较好的导电能力。当CHF进一步电沉积到电极表面后（图3c），R��ct进一步减小。这说明CHF/GO复合膜具有良好的导电性，有效促进了电极表面电子转移速率。 
　　3.3 扫速的影响 
　　在20～600 mV/s范围内研究了扫速对扑热息痛电化学氧化的影响（图4）。从图4可见，随着扫速的增大，扑热息痛的氧化峰电流随之增大，峰电位略微正移。峰电流与扫速呈良好的线性关系，线性方程为I�p= 
　　�Symbolm@@ 0.024v 
　　�Symbolm@@ 11.79， R＝0.993。这说明扑热息痛在CHF/GO/GCE表面是一个吸附控制过程。 
　　 图3 不同电极的阻抗谱图 
　　Fig．3 Electrochemical impedance spectra of the �electrodes in 10 mmol/L ABS （2.5 mmol/L Fe（CN）3 
　　�Symbolm@@ /4 
　　�Symbolm@@ �6＋0.1 mol/L KCl, pH 7.4） （a） bare GCE; （b） GO/GCE, （c） CHF/GO/GCE. The frequency range is between 1 and 10000 Hz with signal amplitude of 5 mV 
　　 图4 扫速对扑热息痛氧化峰的影响 
　　Fig．4 Cyclic voltammetric response of the CHF/GO/GCE to acetaminophen in 0.1 mol/L ABS （pH 5.0） at various scan rates （a－k）: 20, 50, 80, 120, 150, 180, 200, 300, 400, 500, 600 mV/s, respectively 
　　3.4 支持电解质的影响 
　　在电化学分析中，支持电解质不仅影响电极的电化学性能，而且还会影响分析物的电化学响应。本实验分别考察了扑热息痛和咖啡因在不同的支持电解质中的伏安行为，包括pH 4.0～9.0的磷酸盐缓冲液、pH 3.0～7.0的醋酸盐缓冲液、BR缓冲溶液、柠檬酸盐、HCl、H�2SO₄、NaOH、KCl等溶液（浓度均为�0.1 mol/L）。实验表明，在pH 5.0的醋酸盐缓冲液中，扑热息痛和咖啡因的氧化峰电流最大，峰形最好，背景电流相对较低。因此本实验选择0.1 mol/L 醋酸盐缓冲液（pH 5.0）作为最佳支持电解质。 
　　3.5 氧化石墨烯悬浮液用量的影响 
　　制备氧化石墨烯修饰玻碳电极的过程中，氧化石墨烯悬浮液的用量对扑热息痛和咖啡因的氧化峰电流有较大影响。实验表明，当氧化石墨烯悬浮液的用量从2 
　　�SymbolmA@ L逐渐增加到20 
　　�SymbolmA@ L时，扑热息痛和咖啡因的氧化峰电流显著增加；在悬浮液用量从20 
　　�SymbolmA@ L增加到25 
　　�SymbolmA@ L的过程中，峰电流变化不明显，几乎维持固定值。进一步提高氧化石墨烯的用量，会导致峰电流下降。因此选用20 
　　�SymbolmA@ L氧化石墨烯悬浮液制备修饰电极。 
　　 图5 不同浓度扑热息痛和咖啡因的差分脉冲伏安图 
　　Fig．5 Differential pulse voltammograms for simul �taneous determination of acetaminophen and caffeine in �0.1 mol/L ABS at CHF/GO/GCE with acetaminophen and caffeine concentration ranging from 0.1－60 
　　�SymbolmA@ mol/L （from a to f: 0.1, 1, 2, 15, 30 and 60 
　　�SymbolmA@ mol/L）and 1－130 
　　�SymbolmA@ mol/L （from a to f: 1, 2, 6, 20, 100 and 130 
　　�SymbolmA@ mol/L） 
　　3.6 同时测定扑热息痛和咖啡因 
　　分别移取不同浓度的扑热息痛和咖啡因溶液，在上述选定的最佳实验条件下，测定扑热息痛和咖啡因的氧化峰电流。如图5所示, 随着扑热息痛和咖啡因浓度的增大,相应的氧化峰电流也逐渐增大。在0.1～60 
　　�SymbolmA@ mol/L浓度范围内，扑热息痛的峰电流与其浓度呈良好的线性关系, 线性方程为I（ 
　　�SymbolmA@ A）＝� 
　　�Symbolm@@ 2.913 
　　�Symbolm@@ 0.300C（ 
　　�SymbolmA@ mol/L）, 相关系数为0.990; 信噪比等于3时，检出限为0.05 
　　�SymbolmA@ mol/L。在1～130 
　　�SymbolmA@ mol/L浓度范围内，咖啡因的氧化峰电流与其浓度呈良好的线性关系,线性方程为I（ 
　　�SymbolmA@ A）＝ 
　　�Symbolm@@ 2.442 
　　�Symbolm@@ 0.127C（� 
　　�SymbolmA@ mol/L）, 相关系数为0.992; 信噪比等于3时，检出限为0.52 
　　�SymbolmA@ mol/L。 
　　3.7 电极的重现性和稳定性 
　　在优化条件下，考察了CHF/GO/GCE的重现性和稳定性。对100 
　　�SymbolmA@ mol/L的扑热息痛和咖啡因的混合溶液连续测定8次，扑热息痛和咖啡因的峰电流的相对标准偏差RSD分别为2.1%和2.5%。对上述混合溶液连续扫描30圈，扑热息痛和咖啡因的峰电流的RSD分别为2.4%和2.1%。这说明制备的电极具有较好的稳定性。用同样的方法分别制备了6根CHF/GO/GCE，测定同一份100 
　　�SymbolmA@ mol/L的混合溶液，扑热息痛和咖啡因的RSD分别为4.2%和3.9%。这表明所制备的电极以及制备方法具有较好的重现性。 
　　考察了CHF/GO/GCE的使用寿命。将此电极保存在干燥的空气中，用此电极每3 d测定同一�100 
　　�SymbolmA@ mol/L的扑热息痛和咖啡因的混合溶液1次，然后在空白缓冲溶液中经循环伏安扫描活化后存放在空气中，15 d后扑热息痛和咖啡因的氧化峰电流仅下降4.6%，表明此修饰电极具有良好的稳定性和较长的使用寿命。 
　　3.8 干扰实验和加入回收实验 
　　在选定的实验条件下，考察了其它干扰物对扑热息痛和咖啡因测定的影响。混合溶液中扑热息痛和咖啡因的浓度分别为10和50 
　　�SymbolmA@ mol/L。实验表明，0.2 mol/L的Na.＋， Ca2＋， Mg2＋， K.＋， Al3＋， Mn2＋， Cl. 
　　�Symbolm@@ ， Br. 
　　�Symbolm@@ 和I. 

　　�Symbolm@@ ，0.1 mol/L的Zn2＋， Fe2＋， Fe3＋和Cd2＋，及0.01 mol/L的葡萄糖、 苯丙氨酸、丙氨酸、谷氨酸几乎不干扰扑热息痛和咖啡因的测定（峰电流改变＜5%）。 
　　健康人尿样以8000 r/min离心10 min，取上层清液为分析液。用标准加入法进行测定。实验结果见表1，回收率为96.1%～105.4%。 
　　表1 测定尿样中的扑热息痛和咖啡因 
　　Table 1 Determination of acetaminophen and caffeine in urine samples （n＝6） 
　　样品Sample加标量Added （ 
　　�SymbolmA@ mol/L）测定值Found （ 
　　�SymbolmA@ mol/L）RSD 
　　（%）回收率 
　　Recovery（%） 
　　尿样 1Urine samples 1尿样 2Urine samples 2尿样 3Urine samples 3Acetaminophen1.00.973.297.0Caffeine10.010.422.8104.2Acetaminophen10.09.803.298.0Caffeine60.061.42.1102.3 
　　Acetaminophen50.048.02.796.1Caffeine 
　　120.0126.52.2105.4 
　　 结果表明，此电化学传感器具有稳定性好、易制备、成本低和重现性好等优点。此外，所建立的分析方法具有高的灵敏度和宽的线性范围。此电极可望用于其它生物活性分子分析，具有较好的应用前景。 
　　References� 
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　　Simultaneous Determination of Acetaminophen and Caffeine 
　　Based on Graphene Oxide/Cerium Hexacyanoferrate 
　　Modified Glassy Carbon Electrode 
　　LU Xian-Chun.*, HUANG Ke-Jing, WU Zhi-Wei, HUANG Shu-Fang, XU Chun-Xuan 
　　（Department of Chemistry, Xinyang Normal University, Xinyang 464000， China） 
　　Abstract Graphene oxide was coated on glassy carbon electrode and cerium hexacyanoferrate was then electrodeposited on the modified electrode. Scanning electron microscope was used to characterize the modified electrode. The electrochemical behaviors of acetaminophen and caffeine on the modified electrode were investigated by cyclic voltammetry and differential pulse voltammetry. The experimental results showed that the electrochemical respond of acetaminophen and caffeine at the modified electrode was significantly improved in acetate buffer solutions （pH 5.0）. The concentration of acetaminophen and caffeine showed good linear relationships with the oxidation peak current in the range of �1.0×10 
　　�Symbolm@@ 7－6.0×10 
　　�Symbolm@@ 5 mol/L and 1.0×10 
　　�Symbolm@@ 6－1.3×10 
　　�Symbolm@@ 4 mol/L, with correlation coefficients of �R＝0.990 and 0.992, respectively. The limits of detection for acetaminophen and caffeine were 5.0×�10 
　　�Symbolm@@ 8 mol/L and 5.2×10 
　　�Symbolm@@ 7 mol/L （S/N＝ 3）, respectively. The developed method was used to the �determination of spiked urine samples with recoveries of 96.1%－105.4%. 
　　Keywords Differential pulse voltammetry; Graphene oxide; Cerium hexacyanoferrate; Acetaminophen; Caffeine 
　　（Received 25 May 2011; accepted 18 October 2011）