基于Au/MWCNTs修飾電極的叔丁基羥基茴香醚檢測

金華麗 白 天

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，鄭州 450001)

抗氧化劑叔丁基羥基茴香醚(BHA)，可阻止和延緩油脂和含油食品氧化酸敗，提高食用油脂和含油食品穩(wěn)定性，延長其貨架期，所以作為食品添加劑在食品中應(yīng)用廣泛[1]。但近年來，經(jīng)動物試驗(yàn)研究表明，BHA存在一定安全性隱患，過量添加對人體健康有害[1－2]。因此，其在食品中應(yīng)用及其添加量日益受到人們關(guān)注，精確、快速測定油脂及含油食品中BHA對油脂穩(wěn)定性和安全性極為必要。傳統(tǒng)的檢測方法如氣相色譜和高效液相色譜，雖然精確度高，但處理樣品復(fù)雜，耗時而且也需要專業(yè)人員操作[3－5]。電化學(xué)檢測由于可以避免上述不足而受到廣泛關(guān)注。

納米金(Au)具有良好的穩(wěn)定性、小尺寸和表面效應(yīng)、高催化活性以及獨(dú)特的生物親和性能夠增加電極的導(dǎo)電性，促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移，被廣泛應(yīng)用在電化學(xué)傳感器中[6－7]。多壁碳納米管(MWCNTs)具有獨(dú)特的導(dǎo)電性，良好的機(jī)械強(qiáng)度，大的比表面積，強(qiáng)的物理吸附能力，在電化學(xué)傳感器中常用來作為有效的催化載體[8－9]。結(jié)合上述兩種材料的優(yōu)越性，本試驗(yàn)制備Au/MWCNTs納米復(fù)合物修飾硼摻雜金剛石電極(BDD)，研究了 BHA在 Au/MWCNTs－BDD電極上的電化學(xué)行為，以期實(shí)現(xiàn)BHA的快速、經(jīng)濟(jì)、高靈敏檢測。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

CHI－660D電化學(xué)工作站:上海辰華儀器有限公司；BS210S型分析天平:北京賽多利斯天平有限公司；KQ－100E型超聲波清洗器:昆山市超聲儀器有限公司；KT100 Ag/AgCl(飽和 KCl)電極、KT115鉑電極:南京科土電極部。電化學(xué)實(shí)驗(yàn)用三電極系統(tǒng)，裸BDD電極和納米材料修飾的BDD電極為工作電極，鉑絲電極為對電極，Ag/AgCl(飽和 KCl)為參比電極電極。采用差示脈沖伏安(DPV)對叔丁基羥基茴香醚(BHA)進(jìn)行檢測，所用電極及實(shí)驗(yàn)條件如表1所示，所測BHA電化學(xué)試驗(yàn)都是在攪拌震蕩條件下完成。

叔丁基羥基茴香醚(BHA):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，純度≥99.0%；高氯酸:天津市鑫源化工有限公司，純度為70～72%；無水乙醇:天津市天力化學(xué)試劑有限公司。大豆油:福臨門一級大豆油，中糧食品營銷有限公司。

表1 測定叔丁基羥基茴香醚的方法及條件

1.2 修飾電極的制備

利用硼氫化鈉還原法制備納米Au顆粒。根據(jù)文獻(xiàn)[10]制備Au/MWCNTs復(fù)合物。將4.0 mg Au/MWCNTs復(fù)合物置于10 mL蒸餾水中超聲分散1 h，得到黑色懸濁液。BDD電極經(jīng)無水乙醇和超純水超聲清洗干凈并室溫干燥后，用移液槍取適量的Au/MWCNTs復(fù)合材料溶液滴于BDD電極的表面，并于室溫條件下干燥即可得到修飾電極。

1.3 植物油樣品的處理及測定

稱取2 g植物油樣品于100 mL棕色容量瓶中，用0.1 mol/L的高氯酸/乙醇溶液稀釋到最終刻度。于40～50℃超聲30 min后，在攪拌震蕩下每次移取3 mL樣品溶液于電解池中進(jìn)行測定。每個油樣做三次平行實(shí)驗(yàn)，計(jì)算其平均值，并將其作為最終測定結(jié)果。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來自于CHI－660D電化學(xué)工作站的測試結(jié)果，通過保存txt格式，在origin7.5中作圖完成。

2 結(jié)果和討論

2.1 Au/MWCNTs修飾電極的電化學(xué)表征

圖1所示為BDD和Au/MWCNTs－BDD電極在含 10 mmol/L[Fe(CN)6]3－/4－的 0.1 mol/L KCl溶液中的交流阻抗曲線。實(shí)驗(yàn)頻率范圍為105Hz到0.1 Hz，開路電壓下交流振幅為10 mV。根據(jù)半圓部分的直徑大小可以得出電子傳遞的快慢[11]。相對于BDD電極，Au/MWCNTs－BDD電極的半徑減小，這表明電極表面的Au/MWCNTs具有增加反應(yīng)位點(diǎn)、減小界面阻力、加快電子轉(zhuǎn)移的作用，有利于電化學(xué)反應(yīng)的檢測。

圖1 裸BDD和Au/MWCNTs－BDD電極的交流阻抗圖

2.2 BHA在BDD和Au/MWCNTs－BDD電極上的差示脈沖伏安(DPV)響應(yīng)

圖2為含1×10－4mol/L BHA的乙醇體積比為10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液分別在BDD和Au/MWCNTs－BDD電極上的 DPV掃描結(jié)果。Au/MWCNTs－BDD電極上的氧化峰電流是2.036μA，相對于BDD電極上的1.096μA，提高了85.77%。Au/MWCNTs－BDD電極的氧化峰電位為0.6 V，裸BDD電極的氧化峰電位為0.704 V，修飾電極電位負(fù)移0.104 V。這些結(jié)果說明Au/MWCNTs的存在對BHA產(chǎn)生電催化作用，促進(jìn)了電極表面的電子轉(zhuǎn)移。

圖2 1×10－4mol/LBHA在 BDD和 Au/MWCNTs－BDD電極上的DPV曲線

2.3 最佳支持電解質(zhì)溶液的確定

根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[12，13]，選擇高氯酸溶液為支持電解質(zhì)溶液。圖3所示為含1×10－4mol/L BHA的乙醇體積比為10%、20%、30%、40%、50%的0.1 mol/L的高氯酸溶液在BDD上的DPV測定結(jié)果。當(dāng)溶液中乙醇的體積比從10%增大到50%的過程中，BHA的氧化峰電流逐漸減小，原因可能為隨著乙醇量的增加，支持電解質(zhì)溶液的量變少，導(dǎo)電率降低。經(jīng)過對比表明:乙醇體積比為10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液在相同的實(shí)驗(yàn)條件下的峰電流較高。因此，選擇乙醇體積比為10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液為最佳支持電解質(zhì)溶液，用于進(jìn)一步的研究。

圖3 不同支持電解質(zhì)溶液對峰電流的影響

2.4 Au/MWCNTs－BDD電極最佳修飾材料量的選擇

圖4為含1×10－4mol/L BHA的乙醇體積比為10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液分別在不同修飾量的Au/MWCNTs－BDD電極上的DPV測定結(jié)果。當(dāng)BDD電極上修飾材料的量從5μL增大到25μL的過程中，BHA的氧化峰電流先增加，峰電流增大與Au/MWCNTs的電化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，說明 Au/MWCNTs促進(jìn)了反應(yīng)過程中的電子轉(zhuǎn)移；在修飾量為10μL時達(dá)到最大值后逐漸減小，這是由于修飾材料的厚度增大后，反而阻礙了電子的轉(zhuǎn)移過程。因此，修飾量為10μL為最佳修飾量。

圖4 不同修飾量對峰電流的影響

2.5 BDD和Au/MWCNTs－BDD電極上標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

利用差示脈沖伏安法在BDD(圖5)電極和Au/MWCNTs－BDD(圖 6)電極上對不同濃度的BHA的高氯酸溶液進(jìn)行定量測定，得到不同濃度與峰電流的線性關(guān)系圖。從圖5和圖6結(jié)果可以看出，氧化峰電流隨著檢測物濃度的增大而增大，在5～200μmol/L濃度范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。BDD電極的線性方程為Ip＝0.007 49c＋0.055 07(R2＝0.999 3，Ip為 BHA的氧化峰電流，c為 BHA的濃度)，檢出限為16.72μmol/L。Au/MWCNTs－BDD電極的線性方程為Ip＝0.009 58c＋0.050 56(R2＝0.999 4，Ip為BHA的氧化峰電流，c為BHA的濃度)，得到的檢出限是5.70μmol/L。檢出限根據(jù)式子3sb/m計(jì)算，其中sb為背景信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差，m為線性方程的斜率。相比于BDD電極上的檢測，Au/MWCNTs－BDD電極具有更寬的線性范圍和更低的檢出限。

圖5 BDD電極上不同濃度的BHA和峰電流的關(guān)系

圖6 修飾電極上不同濃度的BHA和峰電流的關(guān)系

2.6 Au/MWCNTs－BDD電極對實(shí)際樣品中BHA的測定

將所建立的BHA分析方法應(yīng)用于實(shí)際樣品大豆油中BHA的測定，并與高效液相色譜方法測得值進(jìn)行比較?，F(xiàn)選用大豆油作為樣品，取大豆油2.0 g，用0.1 mol/L的高氯酸乙醇溶液定容至100 mL，按所建立的方法操作，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法測定稀釋樣品中BHA的含量及其回收率，測定結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，加標(biāo)量50.0μmol/L時，Au/MWCNTs－BDD電極測定的平均回收率為95.8%，與高效液相色譜測定結(jié)果比較的相對誤差為2.44%；加標(biāo)量75.0μmol/L時，Au/MWCNTs－BDD電極測定的平均回收率為93.1%，與高效液相色譜測定結(jié)果比較的相對誤差為4.51%。這些結(jié)果表明利用Au/MWCNTs－BDD電極在測定植物油中抗氧化劑BHA方面是可行的，且方法簡單、省時，具有一定的應(yīng)用潛力。

表2 大豆油中叔丁基羥基茴香醚的測定結(jié)果

3 結(jié)論

3.1 對電極進(jìn)行交流阻抗表征的結(jié)果表明，電極表面的Au/MWCNTs具有增加反應(yīng)位點(diǎn)、減小界面阻力、加快電子轉(zhuǎn)移的作用，有利于電化學(xué)反應(yīng)的檢測。

3.2 在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，在5～200μmol/L范圍內(nèi)，BDD電極上得到的線性方程為Ip＝0.007 49c＋0.055 07(R2＝0.999 3)，檢出限為 16.72μmol/L；Au/MWCNTs－BDD電 極 的 線 性 方 程 為Ip＝0.009 58c＋0.050 56(R2＝0.999 4)，檢出限是5.70 μmol/L。說明 Au/MWCNTs－BDD電極具有更高的靈敏度和更低的檢出限。

3.3 在選定的試驗(yàn)條件下，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法測定植物油樣品中BHA的含量及回收率，結(jié)果表明:加標(biāo)量50.0μmol/L時，Au/MWCNTs－BDD電極測定的平均回收率為95.8%，與高效液相色譜測定結(jié)果比較的相對誤差為2.44%；加標(biāo)量75.0μmol/L時，Au/MWCNTs－BDD電極測定的平均回收率為93.1%，與高效液相色譜測定結(jié)果比較的相對誤差為4.51%。

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