MCM-41修饰碳糊电极的制备及用于电化学检测头孢曲松的制作方法

本发明涉及一种测定头孢曲松的电化学传感器。

背景技术：

头孢曲松是第三代头孢菌素，对大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、产气肠杆菌、氟劳地枸橼酸杆菌、吲哚阳性变形杆菌、普鲁威登菌属和沙雷菌属的MIC90介于0.12～0.25mg/L之间。阴沟肠杆菌、不动杆菌属和铜绿假单胞菌对该药的敏感性差。对流感嗜血杆菌、淋病奈瑟菌和脑膜炎奈瑟菌有较强抗菌作用，对溶血性链球菌和肺炎球菌亦有良好作用，对金黄色葡萄球菌的MIC为2～4mg/L。耐甲氧西林葡萄球菌和肠球菌对该药耐药，多数脆弱拟杆菌对该药耐药。由此可见检测体内头孢曲松的水平对合理用药具有十分重要的意义。电分析化学由于具有灵敏度高、选择性好、响应时间短、所需仪器设备价格低廉等优点而广泛用于药物的直接电化学检测。开发出高灵敏度，测定头孢曲松的电化学传感器引起了人们的研究兴趣。

无机介孔材料具有较高的比表面积、大的孔体积、规则有序的孔道和均一的孔径等特点以外，还在材料的柔韧度以及亲/憎水性方面具有可调节性，同时可以衍生出新的活性中心。这种独特的电子特性将使它有望成为新型传感器器件。

技术实现要素：

本发明就是针对上述问题提供一种MCM-41介孔分子筛掺杂的碳糊电极用于头孢曲松的高灵敏度、高选择性测定。

本发明所述的MCM-41介孔分子筛的制备：1.2 g的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于50 mL去离子水、25%的氨水调节pH至10.2，滴加5 mL 正硅酸乙酯(TEOS)，搅拌6h，过滤得全硅MCM-41分子筛原粉；250℃烘焙2 h， 600℃下焙烧4 h，得到全硅MCM-41介孔分子筛。最终测定MCM-41介孔分子筛的表征谱线。

本发明所述的MCM-41介孔分子筛掺杂碳糊电极的制备：石墨粉、MCM-41介孔分子筛按90：10研磨混合均匀，加5～6滴硅油进一步研磨，将研磨好的石墨粉末装进8cm的玻璃管中，插入导电铜丝。

本发明的特点在于通过制备MCM-41介孔分子筛掺杂的碳糊电极检测头孢曲松。MCM-41介孔分子筛一方面有序孔道可以吸附头孢曲松，增强电信号，因此以MCM-41介孔分子筛掺杂的碳糊电极测定头孢曲松具有高的灵敏度。

附图说明

图1为MCM-41介孔分子筛的小角XRD衍射图；

图2为不同电极下头孢曲松的循环伏安曲线(1：工作电极为裸碳糊电极2：工作电极为MCM-41修饰电极3：空白对照)；

图3为不同头孢曲松溶液浓度的差分脉冲伏安曲线。

具体实施方式

实施例1：MCM-41介孔分子筛的制备

用氨水作为碱源调节pH，水热法合成的步骤如下（原料配比按下表）：用天平称取1.20 g CTAB于100 mL三口烧瓶中，加入50 mL蒸馏水，60 ^oC水浴加热，磁力搅拌至CTAB溶解。搅拌条件下加入25%的氨水调节pH至10.2，混匀后，缓慢滴加5 mL TEOS，逐渐生成白色沉淀。继续搅拌6 h后取出，在循环水式多用真空泵上抽滤，并不断用热蒸馏水冲洗，得全硅MCM-41分子筛原粉。室温下干燥后，将所得半成品放入瓷坩埚，置于马弗炉中先以250 ^oC烘焙2 h，然后在600 ^oC下焙烧4 h，取出，冷却，得到全硅MCM-41介孔分子筛。

实施例2：裸电极的制备

用天平称量1.0 g石墨粉放入玛瑙研钵中进行研磨，研磨过程中尽可能的朝着一个方向进行，当看到石墨粉不再是细小的粉状的时候滴加5～6滴硅油，继续进行研磨，再次研磨的时候也要尽可能的朝着一个方向进行，同时要避免石墨粉由于用力过大，带出研钵之外。当发现研钵中的石墨粉呈现良好的片状的时候，停止研磨，将研磨好的石墨粉末装进内径五毫米，长8 cm的玻璃管中，用细玻璃棒进行压实，插入铜丝，利用称量纸将电极的另一头打磨光亮，待用。

实施例3：MCM-41介孔分子筛修饰电极的制备

用天平秤取0.10 g MCM-41介孔分子筛白色粉末、0.90 g石墨粉置于玛瑙研钵中，充分研磨待看不到白色粉末后，逐滴加入6滴硅油，混匀后继续研磨，待研磨均匀充分后，装入玻璃管中，用玻璃棒压实。截取一段铜丝，用砂纸打磨掉表面污垢及氧化物至铜丝表面光亮，在1cm处缠上绝缘胶带，使之恰好插入玻璃管的一端，铜丝插入碳粉内，胶带与碳粉表面相接。做好电极后，贴标签待用。

实施例4：磷酸-NaOH 缓冲溶液的配制

配制1 mol/L H₃PO₄溶液：用移液管量取17.10 mL的分析纯磷酸于500 mL容量瓶中，加二次蒸馏水至刻度线定容，摇匀待用；

配制 1 mol/L NaOH溶液：用托盘天平秤取20.0 g氢氧化钠固体于小烧杯中，加适量二次蒸馏水，搅拌使其溶解，放置冷却，用玻璃棒引流转移至500 mL容量瓶中，二次蒸馏水定容后摇匀待用；

1 mol/L H₃PO₄ 溶液与1 mol/L NaOH 溶液按不同体积比例混合，利用pH计测定溶液的pH，配制一系列不同pH值的H₃PO₄-NaOH缓冲溶液。

实施例5：头孢曲松溶液的配制

根据缓冲溶液pH的选择得知pH=3.0的时候，头孢曲松钠的电化学信号最好，因此在配制以下溶液时用pH=3.0的磷酸盐缓冲溶液配制。以此来保证在最优化的pH条件下进行获得较好的电化学信号，也可以消除干扰。在配制以及稀释得到一系列的头孢曲松钠溶液之前先配制500 mL的pH=3.0的磷酸盐缓冲溶液，方便配制一系列的头孢曲松钠溶液；

根据计算得知需要称量头孢曲松钠的量于小烧杯中，用分析天平称取，在玻璃棒搅拌的情况下，用磷酸盐缓冲溶液使其溶解，在玻璃棒的引流下，将溶液移入100 mL的容量瓶中，用磷酸盐缓冲溶液将小烧杯和玻璃棒洗涤多次，所得溶液全部移入100 mL容量瓶中，加pH=3.0的磷酸盐缓冲溶液至刻度线定容，摇匀，贴上标签待用。即得浓度为1×10^-3mol/L的头孢曲松钠溶液；

用移液管取浓度为1×10^-3mol/L的头孢曲松钠溶液5.0 mL于50 mL的容量瓶中，加磷酸盐缓冲溶液至刻度线定容，摇匀，贴上标签待用。即得浓度为1×10^-4mol/L的头孢曲松钠溶液；

用移液管取浓度为1×10^-3mol/L的头孢曲松钠溶液2.5 mL于50 mL的容量瓶中，加磷酸盐缓冲溶液至刻度线定容，摇匀，贴上标签待用。即得浓度为5×10^-5mol/L的头孢曲松钠溶液；

用移液管取浓度为1×10^-4mol/L的头孢曲松钠溶液5.0 mL于50 mL的容量瓶中，加磷酸盐缓冲溶液至刻度线定容，摇匀，贴上标签待用。即得浓度为1×10^-5mol/L的头孢曲松钠溶液；

用移液管取浓度为5×10^-5mol/L的头孢曲松钠溶液5.0 mL于50 mL的容量瓶中，加磷酸盐缓冲溶液至刻度线定容，摇匀，贴上标签待用。即得浓度为5×10^-6mol/L的头孢曲松钠溶液；

用移液管取浓度为1×10^-5mol/L的头孢曲松钠溶液5.0 mL于50 mL的容量瓶中，加磷酸盐缓冲溶液至刻度线定容，摇匀，贴上标签待用。即得浓度为1×10^-6mol/L的头孢曲松钠溶液；

用移液管取浓度为5×10^-6mol/L的头孢曲松钠溶液5.0 mL于50 mL的容量瓶中，加磷酸盐缓冲溶液至刻度线定容，摇匀，贴上标签待用。即得浓度为5×10^-7mol/L的头孢曲松钠溶液；

用移液管取浓度为1×10^-6mol/L的头孢曲松钠溶液5.0 mL于50 mL的容量瓶中，加磷酸盐缓冲溶液至刻度线定容，摇匀，贴上标签待用。即得浓度为1×10^-7mol/L的头孢曲松钠溶液；

实施例6：头孢曲松在不同修饰电极上的电化学响应

取19 mL磷酸盐缓冲溶液于小烧杯中，加入1 mL的1×10^-4 mol/L头孢曲松钠溶液。以裸碳糊电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂电极为对电极，进行循环伏安扫描。电位范围0.2～1.0V，扫描速度0.1V/s。得到的循环伏安图如附图2中的曲线1。将工作电极换为MCM-41修饰的化学电极，同样的分析方法得到曲线2；

实验过程中设空白对照：工作电极为MCM-41修饰的碳糊电极，保持其他的不变，对20mL pH=3.0磷酸盐缓冲溶液（不含头曲松钠溶液）进行循环伏安扫描，得到的循环伏安图为曲线3；

由上图可以看出，在工作电极为裸碳糊电极时，头孢曲松钠的氧化峰出现在0.900V处。工作电极为MCM-41修饰电极时，头孢曲松钠的氧化峰出现在0.885V，与曲线1相比，峰电位负移了0.015V，并且峰电流显著增加。没有加头孢曲松钠溶液的循环伏安曲线3，没有出现明显的氧化峰。各个循环伏安图中没有出现还原峰，因此表明头孢曲松钠在工作电极上发生了不可逆的电化学氧化过程。

实施例7：测定不同浓度头孢曲松的电化学响应

本实验通过差分脉冲伏安法考察了不同浓度的头孢曲松钠溶液在MCM-41修饰电极的电化学行为(附图3)。头孢曲松钠浓度：1×10^-7、5×10^-7、1×10^-6、5×10^-6、1×10^-5、5×10^-5、1×10^-4、1×10^-3mol/L。工作电极采用MCM-41修饰碳糊电极为，参比电极采用饱和甘汞电极，辅助电极采用铂电极，三电极体系，峰电位为0.3～1.0V，扫速设为300mV/s，电位增量设为0.004V，振幅设为0.03V，脉冲宽度设为0.05V。头孢曲松钠浓度与峰电流的线性关系如附图3所示；

实验结果表明，MCM-41修饰碳糊电极做工作电极时，在1×10^-7mol/L到1×10^-3mol/L浓度范围内，随着头孢曲松钠溶液浓度的增加，峰电位增加，氧化峰电流也逐渐增大，峰电流与头孢曲松钠浓度间存在良好的线性关系：I＝0.2055+0.3926C(R＝0.9901)，因此，利用本实验所制的MCM-41修饰电极，可以快速定量的检测头孢曲松钠的浓度。