基于聚[Cu(Chr)2Cl]Cl修饰铅笔石墨电极的电化学传感器用于药物和牛奶样品中诺氟沙星的高灵敏检测

《Sensing and Bio-Sensing Research》：Synthesis, characterization, and application of poly [Cu(Chr) 2Cl]Cl/PGE based electrochemical sensor for the determination of Norfloxacin in pharmaceuticals and Milk samples

本刊推荐：为解决诺氟沙星(Nor)滥用导致的细菌耐药性问题，研究人员开展了基于铜(II)-白杨素复合物([Cu(Chr)2Cl]Cl)修饰铅笔石墨电极(PGE)的电化学传感器研究。该传感器通过电位动态电聚合法制备，在1-100 μM范围内呈现良好线性关系，检测限达0.096 μM，对药物样品的回收率为93.7-109.9%，牛奶样品为81.8-91.13%。该方法在咖啡因和扑热息痛存在下仍保持高选择性，为复杂基质中Nor检测提供了新方案。

　　

在当今抗生素滥用日益严重的背景下，氟喹诺酮类药物的残留监测已成为全球关注的公共卫生问题。诺氟沙星(Norfloxacin, Nor)作为常用氟喹诺酮类药物，其不合理使用和未代谢排放可能导致细菌耐药性蔓延，进而使现有治疗方案失效。传统检测方法如高效液相色谱法(HPLC)和紫外-可见光谱法(UV-Vis)虽可靠性高，但存在设备昂贵、操作复杂等局限，难以满足现场快速检测需求。

针对这一挑战，来自巴希尔达尔大学的研究团队在《Sensing and Bio-Sensing Research》发表创新性研究，开发了一种新型电化学传感器。该研究首次合成了铜(II)-白杨素配合物([Cu(Chr)₂Cl]Cl)，并通过电位动态电聚合法成功修饰铅笔石墨电极(PGE)，建立了吸附溶出方波伏安法(AdS-SWV)用于诺氟沙星的高灵敏检测。

研究方法主要包括：采用电位动态电聚合法在-0.4至+1.8 V电位窗口内进行12圈扫描，将[Cu(Chr)₂Cl]Cl单体电聚合于PGE表面；通过循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、数字光学显微镜和接触角测量等技术对修饰电极进行表征；使用吸附溶出方波伏安法(AdS-SWV)在优化参数（积累时间15 s，积累电位600 mV，步电位15 mV，振幅30 mV，频率20 Hz）下检测诺氟沙星；以埃塞俄比亚当地采购的两种药品品牌（Nofxin和Gyrablock）和市售牛奶作为实际样品进行方法验证。

3.1. 物理化学表征

配合物为黄绿色，可溶于乙腈和二甲基亚砜，元素分析显示铜含量7.79%、氯含量8.83%，与理论计算值吻合，证实配合物组成为[Cu(Chr)₂Cl]Cl。

3.2. 光谱表征

紫外-可见光谱显示白杨素的π→π（291→260 nm）和n→π（312→315 nm）跃迁在配合物形成后发生位移，铜盐在551 nm和569 nm的特征峰消失，表明配位后几何构型改变。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)在423 cm^-1和397 cm^-1处出现新的Cu-OH和Cu-O=C振动峰，酚羟基C-O伸缩振动从1165 cm^-1移至1171 cm^-1，证实了配位作用。

3.3. 电位窗口优化

通过比较不同电位窗口（0.0-1.8 V至-1.6-1.8 V）下500 μM Nor的电流响应，确定-0.4至+1.8 V为最佳电聚合窗口，该窗口下获得的修饰电极产生最高阳极峰电流。

3.4. 膜厚度优化

考察4-20扫描圈数对传感器性能的影响，发现12圈扫描时修饰电极对500 μM Nor的电流响应最大，表明此条件下形成的聚合物膜具有最佳传感性能。

3.5. 聚[Cu(Chr)₂Cl]Cl/PGE的合成

电聚合过程中出现多个氧化还原峰，表明聚合物膜在电极表面成功生长。在0.5 M H₂SO₄中稳定化后，修饰电极的峰电流比裸电极提高40倍以上，证实其电化学活性显著增强。

3.6. 合成电极的表征

3.6.1. 循环伏安法表征

在10.0 mM [Fe(CN)₆]^3-/4-探针溶液中，修饰电极的阳极峰电流是裸电极的2倍，峰电位负移96.84 mV。根据Randles-Sevcik方程计算的有效电活性面积从裸电极的0.23 cm²增加至修饰电极的0.43 cm²，证实修饰后电极表面积增大。

3.6.2. 电化学阻抗谱

Nyquist图显示修饰电极的电荷转移电阻(R_ct)为166.8 Ω，显著低于裸电极的511.2 Ω，异相电子转移速率常数从2.26×10^-7提高至3.71×10^-7，表明电子传输速率加快。

3.6.3. 紫外-可见光谱、接触角和数字光学显微镜表征

以氟掺杂氧化锡(FTO)为基底时，修饰后的FTO出现新的吸收带，接触角从26.4°增加至29.9°，显微镜图像显示表面从光滑变为粗糙，均证实聚合物膜的成功沉积。

3.6.4. Nor的电化学性质

在500 μM Nor溶液中，修饰电极的阳极峰电流提高3倍，峰电位从1.18 V负移至1.06 V。通过Laviron方程计算电子转移数为1.59（接近2），表明Nor在电极表面发生双电子不可逆氧化反应。

3.7. 扫描速率对Nor氧化峰的影响

扫描速率从15增至300 mV/s时，阳极峰电流与扫描速率呈线性关系（R²=0.99779），且logI与logv图的斜率为0.88，接近理论值1，证实Nor的氧化过程受吸附控制。

3.8. pH影响

在pH 4.5-7.5范围内考察Nor的氧化行为，pH 5.5时电流响应最大。E_p与pH的线性关系斜率为0.097 V/pH，接近理论值0.0885，表明氧化过程涉及3个质子和2个电子。

3.9. 积累时间和积累电位

优化吸附溶出方波伏安法的积累时间（2-30 s）和积累电位（350-750 mV），确定最佳条件为积累时间15 s、积累电位600 mV。

3.10. 吸附溶出方波伏安法参数优化

系统优化步电位（4-25 mV）、振幅（10-45 mV）和频率（5-40 Hz），确定最佳参数为步电位15 mV、振幅30 mV、频率20 Hz。

3.11. Nor的吸附溶出方波伏安法响应

在优化条件下，修饰电极对200 μM Nor的峰电流为-79.57 μA，是裸电极的2.5倍，峰电位负移24.9 mV，显示显著的电催化增强效应。

3.12. 方法校准

在1.0-100 μM浓度范围内，吸附溶出方波伏安法呈现良好线性（R²>0.99），灵敏度为-0.511 μA/μM，检测限0.096 μM。相比紫外-可见光谱法（线性范围1-80 μM，灵敏度0.031 Abs/μM），电化学方法的灵敏度提高16倍。

4. 实际样品分析

4.1. 药品样品分析

对Nofxin和Gyrablock两种品牌药品进行加标回收实验，吸附溶出方波伏安法的回收率分别为93.7-99.3%和96.6-109.9%，而紫外-可见光谱法的回收率超出可接受范围，表明电化学方法更适合药品中Nor的定量分析。

4.2. 牛奶样品分析

牛奶样品经乙腈沉淀蛋白、离心过滤后检测，吸附溶出方波伏安法在未加标样品中未检测到Nor信号，加标回收率为81.8-91.13%，证明方法能有效消除基质干扰。

4.3. 选择性研究

在咖啡因和扑热息痛存在下，修饰电极对Nor的响应保持稳定，而紫外-可见光谱法受严重干扰，证实电化学方法具有优异选择性。

4.4. 方法重复性和重现性

同一修饰电极5次测量的相对标准偏差(RSD)为0.8%，不同电极间的RSD为2.4%，表明方法具有良好精密度。

4.5. 与文献方法比较

与已报道的基于玻碳电极(GCE)的方法相比，本研究开发的铅笔石墨电极传感器具有更宽的线性范围（1-100 μM）和相当的检测限，且成本更低、操作更简便。

5. 结论

本研究成功开发了聚[Cu(Chr)₂Cl]Cl修饰铅笔石墨电极传感器，实现了药物和牛奶样品中诺氟沙星的高灵敏、高选择性检测。该方法具有成本低、操作简便、环境友好等优势，特别适用于资源有限地区的抗生素残留监测，为遏制细菌耐药性传播提供了有效技术手段。修饰电极良好的重复性、重现性和抗干扰能力，表明其在复杂基质样品分析中具有广阔应用前景。