环丙沙星-Mn(II)纳米复合物修饰碳糊离子选择性指示电极电位法测定马波沙星、环丙沙星与氧氟沙星

《Measurement: Sensors》：Nano-Modified Carbon Paste Nanosensor as an Ion-Selective Indicator Electrode for Potentiometric Determination of Marbofloxacin, Ciprofloxacin, and Ofloxacin

　　

研究人员开发了一种以环丙沙星-Mn(II)纳米复合物（ciprofloxacin–Mn(II) nanocomplex）修饰的新型碳糊电极（carbon paste electrode, CPE）纳米传感器，用作离子选择性指示电极（ion-selective indicator electrode），用于电位法测定马波沙星（marbofloxacin）、环丙沙星（ciprofloxacin）和氧氟沙星（ofloxacin）。检测限（limit of detection, LOD）约为4–6 μg·mL^-1。该传感器响应极为迅速（1–2 s），并具有长期操作稳定性（约10周）。在片剂、滴眼液和溶液中均获得高于98%的回收率。与高效液相色谱法（high-performance liquid chromatography, HPLC）相比，本方法结果相当，但更便宜、更快速且更环保。

论文解读：基于环丙沙星-Mn(II)纳米复合物修饰碳糊电极的电位滴定法测定氟喹诺酮类抗生素

氟喹诺酮类抗生素是一类广谱抗菌药物，在人类和兽医临床中应用广泛，其可靠测定对药物质量控制、治疗监测和法规遵从至关重要。目前常用的分析方法如高效液相色谱（HPLC）、液相色谱-质谱联用（LC-MS）、毛细管电泳和分光光度法虽具有较高灵敏度与选择性，但通常需要昂贵的仪器、繁琐的样品前处理和熟练的操作人员，限制了其在常规质控实验室的推广。电位分析法具有操作简单、运行成本低、响应快速和样品预处理少等优点，特别适用于含有可电离基团的药物。氟喹诺酮类药物分子同时含有羧基和碱性氮原子，呈两性特征，在强碱滴定过程中会经历明确的质子化-去质子化反应，因此可采用电位酸碱滴定进行测定。然而，滴定终点检测的准确性高度依赖指示电极的灵敏度与稳定性。碳糊电极（CPE）因成本低、制备简便、表面可更新和电位窗口宽而被广泛用于电分析，近年来通过纳米材料修饰进一步提升其性能成为研究热点。本研究旨在开发一种以环丙沙星-Mn(II)纳米复合物为电活性修饰剂的纳米修饰碳糊电极，作为离子选择性指示电极用于氟喹诺酮类抗生素的电位滴定测定。

研究人员首先通过环丙沙星与Mn(II)离子的配位反应合成了Mn-环丙沙星纳米复合物，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）对其结构进行了表征，证实其具有纳米尺度和结晶特征。随后将该纳米复合物与石墨粉和石蜡油混合制备成修饰碳糊电极，以饱和甘汞电极（SCE）为参比电极，在0.01 mol L^-1 NaOH滴定体系中对马波沙星、环丙沙星和氧氟沙星进行电位酸碱滴定测定。研究还考察了溶液pH、动态响应时间、电极寿命和常见辅料干扰对电位响应的影响，并将所建方法应用于多种商业药物制剂的分析，与英国药典（BP）HPLC参考方法进行了统计比较。

关键方法包括：纳米复合物的合成采用环丙沙星与MnCl₂在pH 3.0±0.2条件下的配位反应；结构表征采用FTIR、XRD和TEM；电极制备采用石墨粉、纳米复合物与石蜡油混合研磨；电位滴定以标准化0.01 mol L^-1 NaOH为滴定剂；样本来源包括市售片剂、滴眼液、注射液等药物制剂，以及Sigma-Aldrich提供的标准品。

研究结果如下：

3.1 纳米复合物的表征：FTIR光谱观察到环丙沙星与Mn(II)配位后羰基和羧酸根相关吸收峰发生位移，XRD图谱显示在2θ≈11.7°、16.5°、18.6°、23.3°、25.2°、27.8°和29.1°处出现尖锐衍射峰，平均晶粒尺寸处于纳米范围；TEM显示颗粒呈准球形，尺寸约20–80 nm。元素分析和质谱（m/z=812.4）支持1:2金属-配体化学计量（MnC₃₈H₅₅O₆F₂N₈）。以上结果表明纳米复合物成功合成并适合作为电极修饰剂。

3.2 环丙沙星、马波沙星与氧氟沙星的电位滴定测量：在1.0×10^-4–1.0×10^-2 mol L^-1浓度范围内，三种药物均获得清晰、可重复的电位突跃，ΔE/ΔV为150–300 mV，回收率接近100%。环丙沙星、马波沙星和氧氟沙星的线性回归方程分别为y=22.113x+0.609（R2=0.9882）、y=30.564x+0.855（R2=0.9918）和y=32.920x+1.132（R2=0.9865），表明电极适用于定量电位滴定。

4.1 电位性能的优化：溶液pH在3.0–8.0范围内电极电位保持稳定，故确定此区间为最佳工作pH范围。动态响应测试显示电极在每次加液后1–2 s内即达到稳定电位，且可重复；电极使用寿命约为10周。

4.2 对照实验与特异性评估：与未修饰碳糊电极相比，Mn-环丙沙星纳米复合物修饰电极的电位突跃显著增大（285 mV vs. 55 mV），终点清晰度和响应稳定性明显改善；不含Mn的环丙沙星修饰电极电位突跃仅120 mV。对苯甲酸和抗坏血酸等非氟喹诺酮羧酸的响应较弱（ΔE/ΔV ≤65 mV），表明电极的电位行为并不仅由酸性官能团决定。

4.3 辅料干扰的影响：在1000倍过量阿拉伯胶、柠檬酸镁、淀粉、乳糖和葡萄糖存在下，相对误差均小于5%（n=6），表明方法对复杂药物基质具有良好适用性。

4.4 分析性能总结：三种药物的检测限（LOD）为1.53–1.61 μg·mL^-1，定量限（LOQ）为5.05–5.31 μg·mL^-1，RSD小于2%，响应时间1–2 s，操作稳定性约10周。

4.5 与已报道方法的比较：与文献报道的电化学方法相比，本方法虽检测限略高，但具有制备简便、响应快速、成本低、稳定性好和多药物适用性等实际优势。

5.1 药物制剂测定：对市售环丙沙星、马波沙星和氧氟沙星的片剂、滴眼液、溶液及注射液进行测定，回收率在98.0%–102.0%之间，RSD低于2.0%。与英国药典HPLC方法的统计比较表明，配对Student's t检验的计算t值均小于临界值（t=3.18, 95%置信水平），证明两方法无显著差异。

5.2 方法验证与统计评估：线性范围1.0×10^-4–1.0×10^-2 mol L^-1，R2=0.9865–0.9918；重复性、中间精密度和不同电极间的RSD均小于2%；平均回收率接近100%。

讨论部分指出，对照实验证实Mn-环丙沙星纳米复合物的作用在于增强电位滴定终点的清晰度与重复性，而非充当直接的分子识别元件。pH优化和辅料干扰实验验证了方法的适用范围和抗干扰能力。性能比较体现了该方法在常规药物质量控制中的实用性。研究结论可翻译为：研究人员成功开发了一种作为离子选择性指示电极的纳米修饰碳糊纳米传感器，用于氟喹诺酮类抗生素的电位测定。所掺入的Mn-环丙沙星纳米复合物作为电活性纳米修饰剂，在酸碱滴定中提供稳定、可重复的电位终点检测，而非作为直接的分子识别元件。FTIR、XRD和TEM表征证实了纳米复合物的成功形成及其纳米尺度结构特征。该方法回收率超过98%，精密度良好，电极稳定时间为1–2 s，操作稳定性满意，并已成功应用于环丙沙星、马波沙星和氧氟沙星药物制剂的测定。总体上，该纳米传感器兼具制备简单、成本低、试剂消耗少、分析快速和环境友好等特点，是常规药物质量控制中测定结构相关氟喹诺酮类抗生素的实用可靠替代方案。