研究
,卷:9(1)
双氯芬酸(DCF)在纤维素修饰碳糊电极(CPE)上的增强直接氧化及其dehoogiscdosporium的生物降解性
- *通信:
- 马克西姆Pontie法国昂热大学GEIHP EA 3142生物学在健康PBH, IRIS, CHU, 4 Rue Larrey, 49933 Angers Cedex 01,法国电话:0244688361;电子邮件: (电子邮件保护)
收到:08年2月,2018;接受:2018年3月1日;发表:2018年3月5日
引用:李文杰,李志强,李志强,等。对乙酰氨基酚分子印迹对苯二胺玻璃碳
药物片剂控制电极。电化学学报。2018;9(1):112。
摘要
制备了一种新型的纤维素纤维修饰的双氯芬酸电分析碳糊电极,并对其进行了优化,并用于丝状真菌降解DCF的动力学参数测定。比较了改性CPE与未改性CPE的电化学响应。本研究通过循环伏安法和线性扫描伏安法对纤维素纤维改性CPE进行了优化,包括纤维素纤维的存在/不存在、积累时间(250 s)和初始电位(- 0.4 V/Ag/AgCl)。有趣的是,在这些条件下,通过线性甜伏安法观察到的检测极限被发现为低为0.020 μ mol L-1。然后用该电极跟踪DCF的降解。我们的研究结果表明物种S. dehoogii属于Scedosporium属,在生长温度和DCF代谢能力方面表现出最佳资产。更准确地说,在DCF初始浓度为1.65±0.05 mg L-1、温度为25℃的条件下,S. dehoogii对DCF的降解动力学为1级,动力学常数k为0.012 d -1半,时间为57.8 d。这项研究为未来的发展提供了坚实的概念证明真菌用于DCF生物修复的废水处理,它对标准的基于细菌的生物工艺是难处理的。
关键字
MIP-GCE;P-Phenylenediamine;对乙酰氨基酚;平板电脑;简历/ SWV
简介
对乙酰氨基酚(paracetamol, n -乙酰-4-氨基苯酚),一种常见的镇痛和消炎药,用于人类和动物,据报道,它是法国河流中浓度最高的药物化合物[1]而且它被认为是使用最广泛的语言之一药物在世界上。考虑到该分子及其代谢产物在环境中的危险影响[1,2需要制定敏感和可靠的方法来控制和从排放的污水中去除其。这种药物的大规模治疗应用产生了开发快速、简单和准确的方法用于废水处理厂的测定的需求。根据最近的报道,各种技术已被用于在各种介质中测定对乙酰氨基酚[3.-14]以及在药物制剂和人血浆中[13,14].电化学分析是一种灵敏测定微量元素的优良技术药物以及药物样品和生物液体中的相关化合物。如今,电化学技术在药物分析领域的流行是由于其简单,高灵敏度,低成本高及分析时间较短[14].电化学技术已被广泛探索用于对乙酰氨基酚的传感,由于其电活性性质,如在其他地方报道的GCE [3.,12-16,集中研究了n -乙酰基-对苯醌亚胺/对乙酰氨基酚氧化还原体系电极过程的伏安机理。
最近,分子印迹技术聚合物(MIPs)作为传感器的一种识别元件,已经引起了广泛的关注[15,17-21].分子印迹是制备材料的最强大的工具之一,可以在干扰物存在的情况下可逆和选择性地结合分析物[15,18,19].MIPs是一种合成高分子材料,具有与模板分子在形状、大小和官能团上互补的特定识别位点,涉及基于分子识别的相互作用机制。分子印迹技术是通过非共价作用或可逆共价作用将功能单体定位在模板分子周围,然后进行聚合和模板移除。电聚合改性设计MIP的主要优点传感器表面是指它能够涂覆非常小或不规则形状的表面[4,21-24].这是一个非常简单的修改,非常容易处理,而且具有内在的鲁棒性,低成本和长寿命取决于媒体的复杂性。今天,开发一种适合的技术仍然是一个巨大的挑战,该技术遵循具有良好特异性识别和简单检测的单体电聚合的MIP方法,快速检测对乙酰氨基酚,最近也报道了以下分子:对硝基苯酚[25]、齐墩果酸[26),多巴胺[19]、链霉素[27最近有报道称,一种口服降糖药专门用于治疗2型糖尿病二甲双胍[15].
Tan等报道了首个用于对乙酰氨基酚的非电聚合MIP。[28该方法基于一种用于人体血清和尿液中大块声波传感器的仿生识别材料。第一个用于扑热息痛的电聚合MIP是碳纤维由邻苯二胺(OPDA) +苯胺电共聚修饰的微电极,由Gomes-Caballero等报道。[29].SWV法检出限为212 μg/L (1.5 μM)。Ozcan等报道了第二种MIP对乙酰氨基酚传感器[4]基于聚吡啶修饰铅笔石墨电极,研究了DPV在119 μg/L (790 nmol/L)下的LOD,线性范围为5 ~ 4.5 mmol/L。最近,王等人。20.]报道了一种基于光敏性的MIP聚合物经过几个复杂的细化步骤后,胶束在+2 V的GCE上电沉积,用于商业片剂中对乙酰氨基酚的测定。LOD为150 μg/L, DPV在0.1 ~ 8 mmol/L范围内线性范围较宽。最近彭等人[21]报道了一种基于邻苯二胺薄膜电聚合在多壁碳纳米管修饰GCE上的印迹MIP,通过线性扫描伏安法(LSV),其线性浓度范围响应在200 nmol之间。/L ~ 40 μmol。LOD为50 nmol。/L (30 μg/L)表1.
电极 | 修饰符 | 检测限(μM) | 灵敏度 (μA mM-1 cm-2) |
线性范围 (毫米) |
检测 方法 |
Ref。 |
---|---|---|---|---|---|---|
铂族元素 | 聚吡咯 | 0.79 | - | 0.005 - -0.50 1.25 - -4.5 |
第一项 | [4] |
全球教育运动 | 光敏聚合物胶束 | 1.0 | - | 0.01 - 8.0 | 第一项 | [20] |
全球教育运动/ MWCNT | o-phenylenediamine | 0.5 | - | 2×10-4 - 4×10-2 | LSV | [21] |
发动机工厂 | 邻苯二胺和苯胺 | 1.5 | 180 | 6.5×10−3 - 2 | SWV | [29] |
全球教育运动 | p-phenylenediamine | 0.21 | - | 6.6×10−4—3.3 | CV + SWV | 这项工作 |
表1。不同电化学MIP的效率比较传感器用于对乙酰氨基酚的分析。
本论文的目的是建立一种基于电聚合对苯二胺(PPDA)的MIP,用于对乙酰氨基酚的直接定量低成本分析,对干扰物有较高的选择性,并对实际样品进行验证。
为了实现我们的目标,本研究设计了一个非常简单的实验程序,在pH=7.4、离子强度为0.1 mol/L的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中电聚合PPDA制备MIP
i)使用SWV作为非常敏感的工具来证明MIP中存在对乙酰氨基酚
ii)使用CV促进对乙酰氨基酚的完全去除,以实现MIP的细化
iii)比较NIP、MIP和未改性GCE的性能,它们的浓度线性范围宽,LOD证明MIP对苯酚干扰分子的选择性
Iv)测定商业化片剂中的对乙酰氨基酚
实验
玻璃碳电极(GCE)的制备
循环伏安法(CV)和方波伏安法(SWV)测量使用电化学分析仪PG580 (Uniscan Instruments, UK)连接到个人计算机。电化学软件为购买于英国Uniscan Instruments公司的UiEchem 3.27版本。采用了三个电极结构,包括玻璃碳电极(GCE)(面积=0.0706 cm2,生物分析公司,英国)作为工作电极,饱和甘汞参比电极(SCE)和铂丝对电极。
在100ml玻璃伏安池中进行了室温下的电化学实验。通过自制预处理,GCE表面更新分为三个步骤:第一步是15分钟的抛光操作,Al2O3颗粒平均尺寸为1μm,然后在超纯水中大量漂洗,并暴露在超声波(48 kHz)下5分钟。第二步是15分钟的抛光操作,Al2O3颗粒平均尺寸为0.05 μm,然后在超纯水(48 kHz)中浸泡5分钟。第三步是在pH为7.4,离子强度为0.1 mol/L的磷酸盐缓冲溶液中,在0 2V/SCE到+1.2V/SCE的电位范围内,以100 mV/s的电位扫描速率进行10个循环CV的电化学预处理。
试剂
对乙酰氨基酚从奥尔德里奇购买,为分析级粉末。以0.1 mol/L PBS (pH 7.4)为支撑电解质(PBS精化所用盐为Labosi (OSI, France)采购的分析级Na2HPO4和NaH2PO4,接收时使用)。从5 g/L的浓缩溶液在PBS中制备浓度为0.0001 mg/L至500 mg/L的对乙酰氨基酚溶液。去离子水采用Elga Labwater超级水体系(Purelab-UV-UF, Elga,法国)(pH 6.5,电导率< 1 μS/cm, TOC < 0.1mg/L)制备。对苯二胺单体(图1)购自Sigma(批次n°115K1318),分析级,收到即使用。多巴胺(3-羟酪胺),dopac(3,4-二羟基苯乙酸)和PAP(4-氨基苯酚)作为分析级粉末从Aldrich购买。Doliprane®500片由赛诺菲安万特(法国)采购,交付批次为n°5768,并于2014年2月进行详细阐述。
程序
GCE在100毫升电化学电池中浸泡在含有所需浓度的对乙酰氨基酚的PBS中。对对乙酰氨基酚测定的SWV参数进行了优化(结果未显示),采用类似的方法,如前所述[30.].得到了脉冲高度50 mV,频率50 Hz,扫描增量10 mV的优化参数。
在预处理后的GCE表面电沉积聚ppda薄膜。聚PPDA的电化学沉积是在2 mmol/L PPDA脱氧的PBS溶液中通过10次重复的电位扫描在0.0到+0.8 V/SCE之间(电位扫描速率:100 mV/s)实现的,并返回到0.0 V/SCE,这是一个成熟的沉积过程,如先前报道[22-24,31,32].在2 mmol/L PPDA + 2 mmol/L对乙酰氨基酚的存在下,采用相同的程序制备MIP。但在MIP/NIP细化过程中,我们自愿将上限电位限制在+0.8 V/SCE,以限制二聚体和/或多酚在GCE上形成的风险,如最近报道的[33,34]也限制了反应性物质的形成物种比如OH°或中间产物出现在更高的氧化势下。为了提取模板,CV在0 V/SCE到+0.8 V/SCE之间扫描300次,然后返回到0.0 V/SCE,在PBS中潜在扫描速率为100 mV/s。确保模板从电极上完全去除,直到没有注意到SWV响应。LOD的计算方法为空白测量的标准偏差(在不含对乙酰氨基酚的情况下)除以对乙酰氨基酚浓度与SWV电流之间的校准图斜率的三倍。
对购买的商业片剂进行了检查,以估计对乙酰氨基酚的含量。将片剂细磨成粉,溶解在PBS中,每1升PBS 1片。该溶液在电化学电池内用MP - GCE直接分析。对3片进行相似分析,并计算RSD。然后在样品中加入已知适当量的扑热息痛进行实验,使用标准添加法定量每种浓度测试分析物的所有SWV运行量。
场发射枪扫描电子显微镜观察
采用FEGSEM对未改性预处理的NIP/MIP、模板改性后的NIP/MIP和MIP gce进行表面形貌分析。使用的仪器是JEOL型JSM-6301F (SCIAM,昂热大学,法国)。所获得的图像来自3kev - 5kev下的二次电子,放大倍率在25至20000之间。gce在电化学使用后用超纯水冲洗,在干燥器室中干燥一晚,然后引入FEGSEM室进行分析,无需进一步处理。
结果
夹/ MIP精化
一个典型的例子,循环伏安沉积的聚ppda涂层显示在图2.在无模板的情况下,分别进行10次电聚合(图2一个)及模板(图2 b).图2结果表明,在0.3 V/SCE时,电流强度迅速下降,对应于poly-PPDA的超薄膜生长。Lakard等人详细描述。[32]第一步沉积机理是单体PPDA吸附在电极表面。然后这个单体被氧化,失去一个电子,形成一个阳离子自由基。这一步之后是C-N键的裂解,形成一个初碳正离子,它攻击另一个PPDA分子。质子从质子化胺中排出后,一个额外的电子损失和C-N键裂解发生。因此聚ppda (C6H4-NH)n在电极表面逐渐生长。在模板存在的电聚合过程中,如果模板的结构完整地印在MIP膜上,问题就会存在。在电聚合结束时回到0.0V/SCE的方式有助于我们回到模板的初始氧化还原状态,这是因为NAPQI中对乙酰氨基酚的氧化是可逆的过程,最近有报道[14].
如其他地方报道的聚邻苯二胺(聚opda)涂层[20.],在+0.9 V/SCE的固定电位下,用石英晶体微量天平(QCM)在500秒内测量的质量变化显示,在前120秒内,质量吸收有规律地增加,随后略有稳定。这些实验允许估计表面覆盖度为9 μg/cm2。最近Cot等人[24],以100 mV/s的潜在扫描速率,在5.6 μm的硅酸盐衬底上沉积了10次扫描。这两个现象可以解释为,绝缘聚- ppda或聚- opda薄膜通常是均匀的,非常致密,粘附在电极表面,并且足够厚,直到电极表面被完全覆盖。然后电流减小到最小,因为单体不能再穿透薄膜了。但在对乙酰氨基酚存在的情况下,聚ppda的N-H基团与对乙酰氨基酚的-OH和-NH基团相互作用,从而形成模板分子通过氢键和π-π相互作用而具有高亲和力和选择性的结合位点,正如最近描述的对硝基酚(PNP)分子与壳聚糖/苯基三甲氧基硅烷材料MIP涂层[25].
MIP薄膜在GCE上的详细阐述
图3恢复了所阐述的完全去除GCE上MIP涂层中对乙酰氨基酚的实验程序。我们测试了2种不同的方法,如下所示图3(i)在PBS中浸泡一晚,(ii)在0 V/SCE至0.8 V/SCE的PBS溶液中循环100次,潜在扫描速率为100 mV/s。正如图中所示图3由于CV循环比纯CV循环能更快地达到较低的峰值强度,因此采用第二种方法为最佳扩散在一个晚上。我们测试了其他循环次数,50,200和300次(结果未显示),从这些次数开始,我们决定采用300次循环,因为SWV使薄膜中对乙酰氨基酚的氧化峰完全消失。其余的实验中,MIP中对乙酰氨基酚去除所采用的程序是在0 V/SCE到+0.8V/SCE之间以100 mV/s的潜在扫描速率进行300次循环。
图3:MIP的SWV: - a - 1带模板,2- PBS溶液中1晚后,3- PBS溶液中0 ~ +0.8 V/SCE循环100次后;- b - 3 see - a -;4 .插入对乙酰氨基酚5分钟后,用100 μg/L的对乙酰氨基酚溶液接触PBSLD乐动体育官网
此外,我们再次测试了在MIP内插入对乙酰氨基酚的可能性,我们仅在5分钟后就成功了(图3 b,曲线4)接触浓度为100μLD乐动体育官网g/L的对乙酰氨基酚PBS。事实上,我们观察到电流增益约为150%。电化学去除和吸附是帮助聚ppda涂层获得MIP与待分析溶液之间对乙酰氨基酚交换的良好过程。
FEGSEM未修改和修改GCE的2d图像
如在图4GCE后的形态聚合物沉积与抛光后的未改性GCE明显不同。聚pdda的均匀膜的存在显示了一个表面覆盖的团聚体(白洞,见MIP图像)。此外,最初的条纹由于抛光过程在裸露的未修改的GCE已经完全消失。此外,具有模板表面的MIP与NIP不同。NIP表面出现较致密。此外,最终的MIP与NIP和有模板的MIP有很大差异。的消除模板的改变改变了修饰后的GCE表面的形态,对乙酰氨基酚分子的有利环境的出现非常好地设计了,正如对硝基苯酚在其他地方非常清楚地描述的那样[25].
SWV模板插入插图在MIP
我们尝试了几次用CV技术来证明poly-PPDA薄膜中存在对乙酰氨基酚,但观察到的信号很差,在噪声下,非常受限于低该电化学方法的灵敏度。使用更敏感的技术,如SWV,有助于在+0.32 V/SCE的电位下获得非常好的峰值,如图所示图5最近使用DPV和PNP还原的工作也有类似的报道[25),二甲双胍减少(15].另一方面,在尝试时,没有观察到NIP涂层的信号,如图所示图5.
我们测定了在0.0001 mg/L至500 mg/L的浓度范围内,改性和未改性gce在PBS中对乙酰氨基酚的校准曲线。
对于MIP,我们获得了具有斜率的宽线性范围(见式(1)),LOD为30 μg/L:
我峰(+ 0.52v / sce) (μa) = 0.06。[对乙酰氨基酚](μg/L) + 2.7与R2= 0.97 (1)
对于未改性的GCE,我们获得了更高的斜率和更低的LOD (10 μg/L)(见式(2):
我峰(+ 0.42v / sce) (μa) = 0.20。[对乙酰氨基酚](μg/L) + 0.8与R2= 0.98 (2)
此外,在对乙酰氨基酚测试的所有浓度范围内,没有观察到NIP的信号。
与Gomez-Caballero等人相比,我们的MIP具有更低的LOD。[29OPDA/苯胺改性超微电极电共聚膜,LOD为220 μg/L。我们解释这些观察结果的假设是基于沉积涂层的亲水性/疏水性考虑,如其他地方报道的[33-35].事实上,外层涂层的亲水性程度有助于我们获得对乙酰氨基酚MIP的较低LOD,因为在Gomez-Cabellero等人的工作中,苯胺增加了聚合物的疏水性,然后降低了对乙酰氨基酚(一种非常亲水的分子)的亲和力。彭等人。[21]最近报道了一种基于OPDA膜电聚合在多壁碳纳米管修饰的GCE上的印迹对乙酰氨基酚MIP,通过线性扫描伏安法(LSV)分析,他们观察到一个非常低由于OPDA和PPDA薄膜都具有亲水性,这有利于提高OPDA和PPDA薄膜的灵敏度,LOD为30 μg/L,与本工作报道的LOD非常相似传感器发展。
观察到的未改性GCE的LOD低于mmp -GCE,我们将这一观察结果归因于poly-PDDA膜也具有膜的性质,具有纳米孔,并且传质是基于筛分排除的,而在预处理GCE上没有筛分排除。MIP涂层是一种提高电极选择性/特异性的方法,因为未经改性的电极没有选择性。
MIP对干扰的选择性
为了考察所设计的MIP-GCE的选择性,从对乙酰氨基酚附近的分子量对一系列不同的有机酚类化合物进行了测试。对对乙酰氨基酚(paracetamol)印迹聚合物- ppda膜的反应进行了研究,所用溶液分别含有分析物和干扰物分子的浓度比为1:10图6.
图6:对乙酰氨基酚150 μg/L, PNP 1.5 mg/L, dopac和多巴胺在PBS。
PNP, dopac和多巴胺在-0.8 V/SCE、+0.1 V/SCE和+0.35 V/SCE时,酚类干扰物分子在未改性的GCE上均能很好地观察到,而在+0.52 V/SCE时可以看到对乙酰氨基酚。
在MIP-GCE上,我们观察到对乙酰氨基酚的峰值强度更高(由于所述筛分屏障的作用,其电流强度下降了4倍),而所有其他干扰信号都急剧下降,并且在修改后的MIP-GCE上观察不到很好。此外,NIP在尝试时没有观察到峰值(结果未显示)。
在图6与未修饰的GCE电极相比,对乙酰氨基酚和干扰物之间的选择性得到了很好的说明。的信号比较时多巴胺相对于对乙酰氨基酚,未改性的GCE具有相同的峰强度,但多巴胺在MIP上急剧消失。我们把这种观察归结为两种排除机制——筛选排除多巴胺其表现出较高的分子量(189 g/Mol)和化学排异性,这是由于为对乙酰氨基酚设计的笼子,而不是为干扰物设计的化学/物理设计。结果表明,MIP增加了聚ppda与PBS溶液之间的对乙酰氨基酚分配系数,而对干扰物没有增加。
我们可以得出结论,在聚合膜中形成的识别位点具有通过大小和官能团分布来区分目标分子的能力。
片剂中对乙酰氨基酚含量的测定
为了调查MIP传感器在现实世界中的应用,该传感器被用于确定一种药物中的对乙酰氨基酚,这种药物非常常被患者使用,并被称为Doliprane®500 (表2).
Doliprane®500 | 相对标准偏差(%) | ||
质量片剂加权后粉末通常对乙酰氨基酚质量片剂 | 582±2 | 1.5 (n = 3) | |
对乙酰氨基酚重量片计算(mg) | 483±1 | ||
MIP-GCE法测定加权片中对乙酰氨基酚质量(mg) | 480±10 | 2.5 (n = 3) | |
对乙酰氨基酚初始质量片计算,MIP-GCE测定(mg) | 497±10* | ||
恢复范围(%) | 97.4 - -101.4 |
*(欧洲药品法规承认的质量值范围为500mg±15mg的误差为3%)
表2。所提出的MIP对商用平板电脑的实际适用性。
质量控制必须在世界各地进行,我们的工作提供了一种非常简单的方法来验证商业化对乙酰氨基酚片的质量控制。采用常用的内标分析方法,如图7.
我们得到了+0.6 V/SCE下观察到的峰值强度与加入对乙酰氨基酚浓度之间的方程(3):
Ip(μA) = 0.1[对乙酰氨基酚](mg/L) + 482= 0.999 (3)
所获得的结果在欧洲法规所承认的商业质量极限(3%)范围内(见表1),加样回收率在97.4% ~ 101.4%之间,表明了该方法在实际样品中的准确性和重复性。
此外,对乙酰氨基酚标准溶液与片剂溶液在SWV信号下的电位窗口附近发现了对乙酰氨基酚纯溶液的氧化电位,这表明赋形剂没有显著的干扰物种(无机阳离子,阴离子和一些有机分子)发现在商业化的药片。
结论
本研究成功地设计了一种基于PPDA电化学沉积的分子印迹聚合物的快速、简单的实验方法,通过采用0.0 V/SCE至+0.8V/SCE的最佳电极电势范围来触发本构组分的一步电沉积。
SWV以三种方式使用:(i)跟随对乙酰氨基酚在+0.52V/SCE下的直接氧化,(ii)证明poly-PDDA电沉积膜中存在对乙酰氨基酚,(iii)检查CV中发生300次循环后对乙酰氨基酚的完全去除。
此外,一个线性进化采用SWV for MIP poly-PPDA传感器测定Ep=+0.52V/SCE时响应电流与对乙酰氨基酚浓度在0.0001 ~ 500 mg/L之间的关系,检测限为30 μg/L(或200 nmol/L), S/N比为3。我们还获得了MIP对扑热息痛与多巴胺,4-氨基酚和dopac干扰分子的极好的选择性。回收率在97.4 ~ 101.4%之间,表明该方法在实际样品中的准确性和重复性。
还需要进一步的实验来研究测试后的形貌变化,特别是电解对乙酰氨基酚氧化副产物在MIP中的积累。
结论本方法可推广到其他感兴趣的电化学传感器的分析物,如鸟氨酸,具体测定各种电活性物种,在很低的条件下低成本分析。扩大其探索和评价其优点的工作正在进行中。
利益冲突
没有利益冲突。
确认
非常感谢Romain MALLET,昂热大学显微镜系(SCIAM,昂热,法国)的FEGSEM图像,以及他的耐心和创造性,使我们的GCE成功地插入到SEM腔中。作者还感谢来自愤怒大学的ARIANES 2014研究项目在2014.1年6月至9月期间对Mbokou在法国的短期实习研究访问(实验室GEPEA UMR CNRS 6144和GEIHP EA 3142)的帮助
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