对乙酰氨基酚在聚中性红修饰电极上的电化学行为

尚永辉，薛景文，张 恒，史宸歌，温绍仪，高 妮，谢 斌

（咸阳师范学院 化学与化工学院，陕西 咸阳 712000）

对乙酰氨基酚（英文名Acetaminophen，简写AC）又名扑热息痛，化学名N-（4-羟基苯基）乙酰胺，是临床上常见的一种酚类镇痛剂和解热剂，可用于退烧和缓解疼痛等[1]，广泛应用于治疗感冒发热、关节痛、神经痛、头痛及术后痛等症状，是诸多感冒药和止痛药的主要成分[2]，正常剂量的对乙酰氨基酚对人体健康几乎没有毒副作用，但过量服用对乙酰氨基酚将会对人体造成伤害，轻则出现面色苍白、食欲缺乏、恶心、呕吐、胃痛、腹泻、多汗等症状，重则导致患者肝、肾功能衰竭，更为严重时甚至会引起死亡[3]。国外已将对乙酰氨基酚血药浓度作为急诊中毒患者常规检测项目之一[4]。因此，建立准确、快速地对乙酰氨基酚检测方法十分必要。目前AC的测定方法有主要有电化学法[5-7]、色谱法[8-10]、化学发光法[11]、比率荧光法[12]等。

中性红（NR）是一种良好的电子媒介体，一般可以通过电引发电聚合法生成聚中性红（PNR）以高聚物的形式电沉积在电极表面制备出导电性良好的氧化还原薄膜，从而改善电极性能[13-14]，已有文献采用聚中性红修饰电极成功检测了多巴胺[15]、雌三醇[16]等物质。

本文采用聚中性红修饰电极研究了对乙酰氨基酚的电化学行为，探索了对乙酰氨基酚在聚中性红修饰玻碳电极上的最佳响应条件。在此基础上建立了测定对乙酰氨基酚的电化学新方法，并进一步探究了药物分子的电极反应机理。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：CHI660C 电化学工作站（上海辰华仪器有限公司）。三电极体系统：参比电极为饱和甘汞电极、辅助电极为铂丝电极、工作电极为聚中性红修饰玻碳电极，玻碳电极（Φ=3 mm）购自上海楚兮实业有限公司。

1.00×10-3mol/L中性红溶液，准确称取0.014 4 g的中性红（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）用二次去离子水溶解并转移至50 mL 的容量瓶并定容，摇匀，备用。

1.00×10-3mol/L 对乙酰氨基酚溶液，准确称取0.0151 g 的中性红（标准品，国药集团化学试剂有限公司）用二次去离子水溶解并转移至100 mL的容量瓶并定容，摇匀，备用。

4 ℃冰箱保存，备用。

1.2 实验方法

1.2.1 聚中性红修饰玻碳电极的制备

（1）裸电极的处理：把裸玻碳电极分别用1.0、0.3、0.05 μm 的三氧化二铝粉末打磨至表面成镜面，用蒸馏水清洗，再在乙醇∶丙酮∶水=1∶1∶1 中用超声仪超声4 min，用纯净水冲洗干净，自然晾干备用。

（2）聚中性红修饰玻碳电极（PNR/GCE）的制备：把处理后的玻碳电极放入含0.50 mol/L硝酸钠、0.50 mmol/L 中性红的PBS（pH=7.0）中，在-1.4～1.8 V、1.0～-1.0 V范围内以0.1 V/s的扫描速率分别连续扫描循环伏安曲线10圈，晾干，制得聚中性红修饰玻碳电极，修饰好的电极表面呈淡黄色。

（3）电极的活化：把修饰电极在-1.4～1.8V 之间扫描30圈，缓冲溶液为酸性，由此来将修饰电极进行活化。

1.2.2 电化学测定

准确移取pH为9.16的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液3.00 mL于比色管中，加入一定量的对乙酰氨基酚溶液，用蒸馏水定容至10 mL刻线，摇匀，以三电极系统测定体系的循环伏安曲线和差分脉冲伏安曲线。

2 结果与讨论

2.1 AC在PNR/GCE修饰电极上的电化学行为

取1.00 mL 1.00×10-3mol/L 的AC 溶液，加入pH为9.16 的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液3.00 mL 定容到10 mL，摇匀，分别采用玻碳裸电极以及PNR/GCE修饰玻碳电极为工作电极按实验方法测定循环伏安曲线，如图1所示。

图1 对乙酰氨基酚在裸电极(1)和修饰电极(2)上的循环伏安曲线（CAC=1.00×10-4 mol/L）

由图1可知，AC在玻碳裸电极及PNR/GCE修饰玻碳电极均有较为明显的电化学信号，AC 在PNR/GCE 修饰电极上的还原峰、氧化法电流信号分别是裸电极上的4.17倍和8.25倍，AC在裸电极上峰电位差为0.299 V，在修饰电极上的电位差为0.049 V，表明PNR/GCE对AC的电化学行为具有良好的催化效果，据此有望建立AC电化学测定新方法。

2.2 pH值对AC电化学行为的影响

本节实验考察了不同pH 值的BR 缓冲体系对AC循环伏安曲线（图2（a））、差分脉冲曲线（图2（b））的影响。

图2 pH值对AC电化学信号的影响(CAC=1.00×10-4 mol/L)

由图2（a）可知，随着体系的pH 值由1.81 向11.58逐渐增加，AC的氧化峰电位、还原峰电位均逐渐负移。以差分脉冲峰电位对pH值作图，发现两者呈良好的线性关系（图2（c）），表明AC在修饰电极表面的电极反应过程有质子参与。进一步对照峰电位Ep与pH 之间的线性方程Ep=-0.05608 pH+0.73261（r=0.9966），发现斜率接近0.0592，可判断AC在修饰电极上参与反应过程的电子数与质子数相等[5]。

实验综合考虑pH值对AC峰电流大小及峰型的影响，实验最终确定体系的最佳pH为9.16。

2.3 底液对AC电化学行为的影响

实验进一步考察了在AC分别在pH值均为9.16左右不同底液中的电化学行为，结果如图3（a）所示，不同底液AC 的氧化峰电流情况见图3（b）。由图3可知，AC 在这五组缓冲液均具有明显的电化学信号，其中在pH值为9.16的Na2CO3-NaHCO3的缓冲体系中峰电流最大，峰型最佳，实验确定以pH 值为9.16的Na2CO3-NaHCO3为最佳底液进行后期实验。

图3 底液对AC电化学行为的影响(CAC=1.00×10-4 mol/L)

2.4 扫描速率对电化学信号的影响

在最佳实验条件下，考察了扫描速率对AC循环伏安曲线的影响见图4（a）。由图发现，扫描速率从50 mV/s 逐渐增加，AC 在修饰电极上的电化学信号随之增加（图4（a）），进一步研究发现氧化峰电流值均随扫描速率（v）的增加线性变化（图4（b））为

图4 扫描速率对AC电化学行为的影响(CAC=1.00×10-4 mol/L)

其中ip的单位为μA，v的单位为V/s。该公式表明AC在修饰电极是受吸附控制的一个准可逆电化学反应过程。

此外，将阳极（Epa）峰电位值与扫描速率的对数（lnv）作图（图4（c）），发现Epa峰电位值与lnv呈线性关系：Ep（V）=0.02503lnv+0.34311（r=0.9975），斜率为-0.02503，根据文献[17]计算质子转移数n=2.36≈2，结合上文pH值对AC在电极上氧化峰电位的影响结果，可知AC在修饰电极反应过程应该是2 质子、2电子参与的反应过程。

2.5 扫描次数对电化学信号的影响

为了考察AC在电极表面的电化学稳定性，实验在最佳条件下连续扫描CV曲线20圈，结果见图5所示。由图5 发现连续20 次的AC 的CV 曲线电化学信号没有显著性改变，表明AC在修饰电极上的稳定性良好。

图5 AC在修饰电极上的稳定性(CAC=1.00×10-4 mol/L)

2.6 线性关系

移取一定量的AC标准溶液，加入3.00 mL pH为9.16 的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液，按照实验方法测定CV曲线和差分脉冲曲线见图6（a）所示，以差分脉冲信号的峰电流大小对浓度作图制作标准曲线，见图6（b）所示。由图6 发现，在最佳的实验条件下，AC浓度在8.00×10-7mol/L～5.00×10-4mol/L之间与氧化电流呈良好的线性关系，线性方程为ip=0.0272c+2.254（r=0.9961），按照3S/N计算方法检出限为2.67×10-7mol/L，该法灵敏度比较高，检出限低，线性范围宽，有望作为AC测定的新方法。

图6 对乙酰氨基酚标准曲线(内嵌图为不同浓度对乙酰氨基酚的差分脉冲伏安曲线)

2.7 模拟样品分析及回收率测定

取一片对乙酰氨基酚药片（西安利君方圆制药有限责任公司，国药准字H61022671，500 mg/片），研碎成粉末，溶解稀疏制备对乙酰氨基酚模拟样品溶液。

移取5.00 mL 的模拟样品溶液，加入3.00 mL pH=9.16 的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液，定容至10 mL。按照实验方法记录溶液差分脉冲曲线，计算样品的浓度为0.88×10-5mol/L，依次加入浓度为1.00×10-3mol/L 的对乙酰氨基酚标准溶液100 μL，搅拌均匀。按照实验方法记录差分脉冲曲线，连续5次，将差分脉冲曲线电流值带入标准线性方程计算回收率，见表1所示。

表1 对乙酰氨基酚回收率 n=5

3 结论

采用电聚合法制备了聚中性红修饰玻碳电极，研究了对乙酰氨基酚在修饰电极表面的电化学行为。结果发现，对乙酰氨基酚在修饰电极上的还原峰，氧化法电流信号分别是裸电极上的4.17 倍和8.25 倍，表明修饰电极对对乙酰氨基酚具有良好的催化效果；在pH=9.16 的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液中，对乙酰氨基酚浓度在8.00×10-7mol/L～5.00×10-4mol/L之间与氧化电流呈良好的线性关系；建立了测定对乙酰氨基酚的电化学新方法，进一步发现对乙酰氨基酚在聚中性红修饰玻碳电极上的反应是受吸附控制的2质子、2电子参与的反应过程。