Điện cực than gƣơng có ƣu điểm nổi trội hơn điện cực giọt thủy ngân treo là khoảng quét thế rộng, điện cực đơn giản và không độc hại. Tuy nhiên, xét về mặt độ lặp lại và độ nhạy thì không một điện cực nào có thể so sánh đƣợc bằng điện cực giọt thủy ngân treo. Để nghiên cứu tính chất von-ampe của nifedipin, chúng tôi đã khảo sát và đo tín hiệu trên một số điện cực khác nhau nhƣ điện cực than mềm, điện cực HgO tự chế taọ, điện cực nano các bon và điện cực than gƣơng. Tuy nhiên trên các điện cực rắn đó thì độ nhạy kém nên khả năng ứng dụng phân tích mẫu sẽ khó khăn. Riêng có điện cực than gƣơng thì kết quả nghiên cứu ổn định, lặp lại, đảm bảo độ đúng và độ chính xác, có khả năng ứng dụng phân tích đƣợc mẫu thực tế. Do vậy, trong phần này chúng tôi chỉ trình bày một số tính chất điện hóa cơ bản của nifedipin trên điện cực than gƣơng bằng phƣơng pháp von-ampe vòng và von-ampe hòa tan xung vi phân.
3.2.1. Nghiên cứu tính chất điện hóa của nifedipin bằng phƣơng pháp CV
Hình 3.34A cho thấy, khi quét thế từ -1,5V đến +1,5V và ngƣợc lại, trên đƣờng phân cực anot có một píc quan sát đƣợc tại thế đỉnh píc Ep = 0,96V với cƣờng độ dòng là 8,33 x10-7A, trên đƣờng phân cực trở lại catot có một píc quan sát đƣợc tại thế đỉnh píc Ep= -0,845V với cƣờng độ dòng là 8,7x10-7A.
Hình 3.34B cho thấy, khi quét thế từ +1,5V đến -1,5V trên đƣờng phân cực catot thì thế đỉnh píc Ep = -0,84V, cƣờng độ dòng hòa tan Ip = -13,4 x10-7A, trên đƣờng phân cực anot thì thế đỉnh píc Ep = 0,93V, cƣờng độ dòng Ip = 6,54 x10-7A.
64 1.00 0.00 -1.00 U (V) -10.0u -7.50u -5.00u -2.50u 0 2.50u 5.00u I (A ) (A) 1.00 U (V)0.00 -1.00 -4.00u -2.00u 0 2.00u 4.00u I (A ) (B) Hình 3.34. Đƣờng CV của nifedipin
A) Thế bắt đầu quét và thế kết thúc -1,5V; B) Thế bắt đầu quét và thế kết thúc +1,5V
ĐKTN: nifedipine là 10-4M, pH= 4,0, ν = 100mV/s; khoảng quét thế ± 1,5V
Tại pH = 2,0 thì tính chất oxi hóa và tính chất khử của nifedipin xảy ra trên điện cực than gƣơng là tƣơng tự với pH = 4,0.
Tại pH = 8,0 môi trƣờng kiềm thì tín hiệu cƣờng độ dòng píc khử và píc oxi hóa trên đƣờng CV quan sát đƣợc thấp hơn nhiều so với môi trƣờng có pH < 7,0. Nhƣ vậy, trong môi trƣờng kiềm thì quá trình khử cũng nhƣ oxi hóa sẽ khó hơn trong môi trƣờng axít.
Từ các đƣờng CV có thể rút ra kết luận: Nifedipin bị oxi hóa và bị khử trên điện cực than gƣơng. Sự oxi hóa và khử đó đƣợc biểu diễn bởi các phƣơng trình sau [37, 97, 106, 109].
- Nifedipin bị oxi hóa cho một píc anot (píc oxi hóa): Dihydropyridine = Pyridine + 2e- + 2H+. Nifedipin thể hiện là chất khử.
- Nifedipin bị khử cho một píc catot (píc khử): ArNO2 + 4e + 4H+ = ArNHOH + H2O. Nifedipin thể hiện là chất oxi hóa.
65
3.2.2. Nghiên cứu tính chất điện hóa của nifedipin bằng DP-AdSV
3.2.2.1. Tính oxi hóa, tính khử của nifedipin trên GCE nifedipin trên GCE
Ghi đƣờng von-ampe hòa tan xung vi phân của nifedipin 10-4M theo chiều catot (đƣờng 1 ghi từ 0,0V đến -1,5V) và anot (đƣờng 2 ghi từ 0,0V đến +1,5V) thì kết quả cho thấy, cùng các điều kiện nhƣ nhau thì píc oxi hóa của nifedipin cao hơn píc khử của nifedipin. Cụ thể, píc oxi hóa tại thế đỉnh píc Epo = +0,916V, cƣờng độ dòng píc oxi hóa là 4,57.10-7M và píc khử tại thế đỉnh píc Epr = -0,786V, cƣờng độ dòng píc khử là 3,53 .10-7M. Tuy vậy, cả hai kỹ thuật ghi này đều có thể lựa chọn để xác định hàm lƣợng nifedipin trong mẫu thuốc.
Hình 3.35: Đƣờng SV của nifedipin
ĐKTN: nifedipin 10-4M, pH = 4,0;
ν = 12,5mV/s, 1) quét catot từ 0V ÷ -1,5V; 2) quét anot từ 0V ÷ +1,5V
3.2.2.2. Ảnh hưởng của thế tích lũy đến đường von-ampe hòa tan anot (ASV)
Để nghiên cứu tính chất hấp phụ của nifedipin trên điện cực than gƣơng có hay không, chúng tôi đã tiến hành khảo sát ảnh hƣởng của thế tích lũy. Kết quả đƣợc trình bày trên hình 3.36.
66
Hình 3.36: Sự phụ thuộc Ip vào Eacc
ĐKTN: nồng độ nifedipin 10-5M, tacc = 30s, pH = 4, ν = 12,5mV/s, Eacc =-1,0V ÷ 1,1V
Qua kết quả khảo sát sự phụ thuộc cƣờng độ dòng píc hòa tan vào thế tích lũy cho thấy: Với thế tích lũy trong khoảng +0,2V đến +0,5V thì cƣờng độ dòng cao hơn so với kết quả đo cƣờng độ dòng khi không có quá trình tích lũy. Tuy nhiên, khả năng hấp phụ nifedipin trên điện cực than gƣơng không lớn bởi vì khi tăng thời gian tích lũy thì cƣờng độ dòng tăng không đáng kể.
3.2.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH
pH là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến tính chất điện hóa xảy ra trên bề mặt điện cực, chính vì vậy chúng tôi đã ghi đƣờng von-ampe hòa tan anot trong môi trƣờng có pH thay đổi từ 3,0 đến 11,0.
67
Từ kết quả khảo sát ảnh hƣởng của pH đến píc oxi hóa cho thấy, khi pH tăng thì thế đỉnh píc dịch chuyển sang phía âm (nhỏ hơn), sự chuyển dịch đó khá là tuyến tính với việc tăng pH, phƣơng trình biểu diễn mối tƣơng quan giữa pH và thế đỉnh píc là pH = 1,01 - 0,04.Ep
với hệ số tƣơng quan R = 0,99. Cƣờng độ dòng píc hòa tan phụ thuộc vào pH (hình 3.38), tại pH = 4,0 thì cƣờng độ dòng cao nhất, khi pH ≥ 8,0 thì cƣờng độ dòng giảm khá mạnh, kết quả này phù hợp với kết quả khảo sát đƣờng von-ampe vòng. Trong các kết quả tiếp theo, chúng tôi chọn pH = 4,0 để nghiên cứu. 0.40 0.60 0.80 1.00 U (V) 160n 180n 200n 220n 240n 260n I (A ) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3.37. Đƣờng ASV tại các giá trị pH khác nhau
ĐKTN: nồng độ nifedipin 10-5M, tacc
= 30s, ν = 12,5mV/s, Eacc = 0,5V,
pH = 3,0 ÷ 7,0
68
3.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của tốc độ quét thế (ν)
Bảng 3.3: Kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ quét thế đến píc oxi hóa
(ĐKTN: nồng độ nifedipin 10-5M, tacc = 30s, Eacc = 0,5V, pH = 4,0; ν = 5,0 ÷100mV/s)
STT Tốc độ quét thế (mV/s) Ep(V) Ip (nA) 1 5,0 0,829 84,7 2 12,5 0,832 126 3 25,0 0,857 159 4 50,0 0,860 205 5 75,0 0,859 215 6 100,0 0,860 228
Qua kết quả khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ quét thế cho thấy, khi tốc độ quét thế tăng thì cƣờng độ dòng tăng. Với kỹ thuật hòa tan xung vi phân khi tốc độ quét thế lớn hơn 50mV/s thì tín hiệu cƣờng độ dòng đã bị biến dạng (píc sắc nhọn, không trơn). Chính vì vậy, chọn tốc độ quét thế là 25,0 mV/s.
3.2.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ
0.60 0.80U (V) 1.00 1.20 125n 150n 175n 200n 225n 250n I (A ) (A) 0.60 0.80U (V) 1.00 1.20 200n 400n 600n 800n I (A ) (B)
Hình 3.39: Đƣờng ASV của nifedipin phụ thuộc vào nồng độ
ĐKTN: tacc = 30s, , Eacc = 0,5V, pH = 4,0; ν = 25,0 mV/s, A) nifedipin 10-6M ÷ 10-5M;
69
Hình 3.40 : Sự phụ thuộc Ip vào nồng độ nifedipin 10-6M -50.10-6M
ĐKTN như ở hình 3.39
Trong khoảng nồng độ từ 10-6M đến 5.10-5M thì cƣờng độ dòng píc hòa tan anot phụ thuộc tuyến tính vào nồng độ, nhƣ vậy phƣơng pháp von-ampe hòa tan anot có thể áp dụng để xác định hàm lƣợng nifedipin trong mẫu thuốc.
3.2.3. Nghiên cứu các đặc tính điện hóa bằng phƣơng pháp phổ tổng trở
Phƣơng pháp đo phổ tổng trở điện hóa (EIS) là phƣơng pháp đã đƣợc áp dụng để nghiên cứu các quá trình xảy ra trên điện cực nhằm giải thích các quá trình tƣơng tác, hấp phụ và các phản ứng xảy ra trên bề mặt điện cực.
Nội dung của phƣơng pháp là áp một dao động nhỏ của điện thế hoặc dòng điện lên hệ thống đƣợc nghiên cứu, vì biên độ của dao động nhỏ nên có thể tuyến tính hóa các phƣơng trình.
Tín hiệu đáp ứng thƣờng có dạng hình sin và lệch pha với dao động áp đặt. Đo sự lệch pha và tổng trở của hệ thống điều hòa cho phép phân tích các quá trình khuếch tán, động học lớp kép, phản ứng hóa học ... vào quá trình điện cực. Tiến trình và thiết bị đo phổ tổng trở đƣợc trình bày trong phần 2.2.5.
Phép đo phổ tổng trở đƣợc tiến hành trong khoảng thế từ -1,3V đến +1,1V, bƣớc thế là 0,3V, tần số từ 100 kHz đến 100 mHz. Đo đƣợc các giá trị thực nghiệm, trên cơ sở các giá trị đó mô phỏng đƣợc sơ đồ mạch điện cho các giá trị đó sao cho giá trị mô phỏng trùng với các giá trị thực nghiệm. Trên hình biểu diễn tổng trở trên
70
mặt phẳng phức (đồ thị Nyquist) thì giữa giá trị thực nghiệm và giá trị mô phỏng gần trùng khít với nhau. Do vậy, các giá trị nhận đƣợc từ sơ đồ mô phỏng của mạch là đúng, đáng tin cậy.
Hình 3.41: Đồ thị Nyquist của nifedipin tại các thế -0,7V đến 0,5V (Z’ là phần thực của tổng trở, Z’’ là phần ảo của tổng trở)
Sơ đồ mạch điện tƣơng đƣơng trong khoảng thế từ - 0,7V đến 0,5V đƣợc biểu diễn trên hình 3.42. Rct Rad W Rs Cad Cdl
Hình 3.42. Sơ đồ mạch điện tƣơng đƣơng của điện cực: Rs: điện trở dung dịch, Cdl: điện dung lớp kép, Cad: điện dung hấp phụ, Rad: điện trở hấp phụ,
Rct: điện trở chuyển điện tích, W: điện trở khuếch tán (σ)
Sơ đồ mạch điện gồm có 2 mạch đƣợc nối tiếp với nhau, mạch 1 gồm có điện dung lớp kép và điện trở chuyển điện tích song song với nhau, mạch 2 gồm điện dung hấp phụ ghép song song với điện trở hấp phụ và điện trở khuếch tán. Quá trình hấp phụ bị ảnh hƣởng bởi điện dung hấp phụ và điện trở khuếch tán. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
71
Khi tổng trở đƣợc đo tại các thế -1,3V, 0,8V, 1,1V thì đồ thị Nyquist và sơ đồ mạch điện tƣơng đƣơng nhƣ sau:
Hình 3.43: Đồ thị Nyquist của nifedipin tại thế -1,3V; 0,8V; 1,1V (Z’ là phần thực của tổng trở, Z’’ là phần ảo của tổng trở)
Rad W Cad Rs Rct Cdl
Hình 3.44: Sơ đồ mạch điện tƣơng đƣơng tại thế -1,3V; 0,8V; 1,1V Theo sơ đồ mô phỏng đƣợc thì sơ đồ gồm 2 mạch đƣợc ghép nối song song với nhau: mạch 1 gồm có điện dung lớp kép nối song song với điện trở chuyển điện tích; mạch 2 gồm điện trở hấp phụ nối tiếp với điện trở khuếch tán và đƣợc ghép nối song song với điện dung hấp phụ. Nhƣ vậy, quá trình hấp phụ sẽ bị ảnh hƣởng bởi các thành phần trong mạch 2, đồng thời cũng bị ảnh hƣởng bởi các thành phần ở mạch 1. Các kết quả tính toán từ sơ đồ mô phỏng thì điện dung hấp phụ tại các thế này là nhỏ và nhƣ vậy khả năng hấp phụ nhỏ hơn các thế khác trong khoảng thế khảo sát. Các kết quả đƣợc tổng hợp trong bảng 3.4.
72
Bảng 3.4: Giá trị các thành phần trong sơ đồ mạch điện tƣơng đƣơng Thế Cdl(nF) Rct(kΩ) Cad(nF) Rad(kΩ) σ(kΩs-1/2) -1,3 25,8 26,10 25,8 22,3 1130 -0,7 8,49 3572 71,0 55,9 30 -0,4 2,32 7756 73,5 94,2 131 -0,1 4,54 4944 70,6 61,1 342 +0,2 0,56 1751 87,3 48,9 381 +0,5 4,21 1587 87,4 64,7 409 +0,8 29,20 339,00 29,2 17,9 1110 +1,1 26,80 562,00 26,8 19,5 1670
So sánh kết quả đo giữa hai phƣơng pháp cho thấy, tại thế E = 0,5V theo phƣơng pháp tổng trở thì điện dung hấp phụ cao hơn các thế khác, kết quả này cũng phù hợp với kết quả khảo sát thế hấp phụ theo phƣơng pháp von-ampe hòa tan anot. Lƣợng chất hấp phụ lên bề mặt điện cực sẽ đƣợc tính toán theo công thức m = Cad.M / z.F (công thức đƣợc trình bày phần 2.2.5), trong đó z là số electron tham gia phản ứng điện hóa, F là hằng số Faraday, m là khối lƣợng chất hấp phụ lên bề mặt điện cực, M là khối lƣợng phân tử mol nifedipin, Cad là điện dung hấp phụ và kết quả đƣợc trình bày trong bảng sau.
Bảng 3.5: Lƣợng chất nifedipin hấp phụ trên bề mặt điện cực GCE E(V) -1,3 -0,7 -0,4 -0,1 +0,2 +0,5 +0,8 +1,1 m(µg/cm2) 35,6 97,9 101,3 97,3 120,3 120,5 40,2 36,9 Lƣợng chất hấp phụ trên bề mặt điện cực cao nhất trong khoảng thế từ +0,2V đến +0,5V. Dựa vào kết quả thu đƣợc có thể biện luận đƣợc rằng, khi quét thế theo chiều anot (píc oxi hóa) có thể chọn thế hấp phụ trong khoảng từ +0,2V đến +0,5V. Tuy nhiên, do nifedipin vừa có tính chất oxi hóa vừa có tính chất khử nên trong khoảng thế từ -0,1V đến -0,7V thì lƣợng chất hấp phụ trên bề mặt điện cực than gƣơng tƣơng đối cao.
73
Nhƣ vậy, phƣơng pháp đo tổng trở đã khẳng định đƣợc tính chất hấp phụ của nifedipin trên điện cực than gƣơng, đã tính đƣợc lƣợng chất hấp phụ trên bề mặt điện cực. Các kết quả tính toán đƣợc phù hợp với kết quả nghiên cứu của phƣơng pháp von-ampe hòa tan.
Một số nhận xét rút ra đƣợc khi nghiên cứu tính chất điện hóa của nifedipin:
1. Trên điện cực HMDE: Nifedipin hấp phụ mạnh và khử trên bề mặt điện cực, quá trình khử là bất thuận nghịch.
Các điều kiện đo tối ƣu: Eacc= -0,2V, pH = 4,0; tacc = 30s (nifedipin 10-7M - 10-6M), tacc = 60s (nifedipin 10-8M - 10-7M), tacc = 120s (nifedipin 10-9M - 10-8M), nhiệt độ 250C - 350C.
Nifedipin có khả năng hấp phụ mạnh trên điện cực HMDE nên kỹ thuật đo bằng xung thƣờng (NP-AdSV) có ƣu điểm nổi trội hơn hẳn so với xung vi phân (DP-AdSV): cƣờng độ dòng píc cao hơn, thời gian tích lũy đáp ứng ít hơn và giới hạn phát hiện LOD nhỏ hơn.
2. Trên điện cực GCE: Nifedipin vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử, có hấp phụ trên bề mặt điện cực GCE. Tính chất hấp phụ đƣợc làm sáng tỏ hơn qua phổ tổng trở. Đồng thời đã tính đƣợc lƣợng chất nifedipin hấp phụ trên bề mặt điện cực bằng phƣơng pháp tổng trở.
Nhƣ vậy, nifedipin có hai nhóm chức có hoạt tính điện hóa đó là nhóm bị khử nitro và nhóm bị oxy hóa là dihydropyridin. Tuy nhiên, do tính chất đặc trƣng của từng loại điện cực khác nhau nên tính chất điện hóa của nifedipin thể hiện khác nhau. Trên điện cực giọt thủy ngân do tính chất đặc thù là khoảng thế hoạt động từ +0,4V đến -2,0V và ƣu tiên khoảng thế âm hơn nên nhóm R-NO2 bị khử thể hiện rõ ràng. Trên điện cực GCE, khoảng thế hoạt động rộng ± 2,0V nên về nguyên tắc nhiều chất có thể sử dụng đƣợc điện cực GCE nhƣng hoạt tính điện hóa của từng chất phụ thuộc vào điện cực đặc biệt là tính chất hấp phụ của chất đó. Điều đó thấy rõ rằng trên điện cực HMDE thì nifedipin hấp phụ mạnh hơn trên điện cực GCE, đặc biệt có thể xác định đƣợc lƣợng vết nifedipin bằng phƣơng pháp von-ampe hòa tan hấp phụ.
74
3.3. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN HÓA CỦA AMLODIPIN BESYLAT
Dựa vào công thức cấu tạo của amlodipin besylat cùng với tài liệu tham khảo và bằng thực nghiệm cụ thể cho thấy, amlodipin besylat không có hoạt tính điện hóa trên điện cực HMDE. Nhóm bị oxy hóa dihydropyridin xuất hiện píc oxy hóa trên điện cực than gƣơng (GCE) trong khoảng thế dƣơng (Ep = + 0,96V tại pH = 5,0), thế đó thay đổi khi pH thay đổi. Do vậy, trong phần nghiên cứu tính chất điện hóa của amlodipin besylat, điện cực làm việc đƣợc sử dụng là điện cực than gƣơng. Để nghiên cứu tính chất điện hóa của amlodipin besylat trên điện cực than gƣơng, các phƣơng pháp von-ampe vòng, phƣơng pháp von-ampe hòa tan xung vi phân và phƣơng pháp tổng trở đã đƣợc sử dụng.
3.3.1. Nghiên cứu tính chất điện hóa của amlodipin besylat bằng CV
3.3.1.1. Tính chất oxy hóa khử của amlodipin besylat
Để hiểu đƣợc quá trình điện hóa của amlodipin besylat xảy ra trên điện cực than gƣơng, phƣơng pháp von-ampe vòng đƣợc sử dụng để nghiên cứu. Các đƣờng von-ampe vòng đƣợc biểu diễn trên các hình 3.45.
-1.00 U (V)0.00 1.00 -3.00u -2.00u -1.00u 0 1.00u 2.00u 3.00u I (A ) (A) 1.00 U (V)0.00 -1.00