聚結(jié)晶紫-石墨烯復合膜修飾電極測定食品中的辛硫磷*

陳美鳳，馬心英

(菏澤學院化學化工系，山東菏澤，274015)

辛硫磷是有機磷農(nóng)藥的一種，是高毒農(nóng)藥較為理想的替代品種。但隨著辛硫磷在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的大量使用，容易在食品中殘留，危害人們的健康［1－2］。所以找到一種快速而靈敏方法來檢測辛硫磷殘留非常必要。目前測定辛硫磷的方法主要有氣相色譜及其聯(lián)用法［3］與高效液相色譜法［4－5］等，但是辛硫磷在高溫下不穩(wěn)定，需要復雜的預處理過程與大量的有機溶劑，專門的操作人員，不適合于在線監(jiān)測。為克服色譜方法的不足，本文探討了測定辛硫磷的新方法。由于辛硫磷結(jié)構(gòu)中含有電化學活性的官能團(不飽和鍵，如圖1)，因此建立了電化學修飾電極直接測定辛硫磷的方法。

圖1 辛硫磷的化學結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical structure of phoxim

石墨烯是一種二維碳納米新材料，由于其優(yōu)良的物理化學性質(zhì)，自從2004年以來受到廣泛關(guān)注［6］，已經(jīng)被用于化學傳感器的制作［7－8］，具有高的靈敏性。結(jié)晶紫化合物是含有豐富π電子的有機化合物，通過電化學聚合到涂有石墨烯的電極上，由此制備了聚結(jié)晶紫-石墨烯復合膜修飾電極，該電極具有良好的電化學催化活性。本文建立了測定辛硫磷的簡便、快速、靈敏的新方法。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

CHI-660C電化學分析系統(tǒng)(上海辰華儀器有限公司);KH-100DB型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);石英亞沸高純水蒸餾器SYZ-550(金坊市白塔石英玻儀廠)。

石墨烯，自制［9］;辛硫磷，購自阿拉丁(分析標準品，99%)?；ㄉc菜花樣品，均臨時購自菏澤市農(nóng)貿(mào)市場，5℃下暫時保存。其他所用到的試劑均為分析純。

1.2 樣品制備

分別取25.0 g花生米與新鮮菜花各2份，研碎，加入100 mL無水乙醚與2 g無水硫酸鎂(吸水)混合，磁力攪拌2 h，旋轉(zhuǎn)蒸干，再用20 mL乙醇溶解，用pH 4.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液定容至100 mL，制成樣品溶液。各取2份，每份20 mL，5℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 聚結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極的制備

將玻碳電極(GCE)(Φ=3 mm)在濕潤的金相砂紙上磨光，然后用中性氧化鋁(0.05 μm)懸乳液在鹿皮上拋光成鏡面，依次用體積分數(shù)50%硝酸、乙醇、二次水超聲清洗(3 min/次)，每次均用蒸餾水沖洗，紅外燈下干燥后將5μL石墨烯滴涂到玻碳電極上，紅外燈下干燥。

將石墨烯修飾電極浸泡在由12 mL pH 4.0的0.2 mol/L的磷酸鹽緩沖溶液，6 mL 0.05 mol/L的硝酸鉀溶液，2 mL 1×10－3mol/L結(jié)晶紫水溶液的修飾液中，以石墨烯修飾電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲為對電極，在－1.6～2.0 V電位內(nèi)靜止狀態(tài)下，以120 mV/s循環(huán)掃描12周后取出，用二次水淋洗，即制得聚結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極。

1.4 辛硫磷的電化學測定方法

在電解池中加入一定量的3.35×10－3mol/L辛硫磷標準溶液、15 mL pH 4.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液與5 mL無水乙醇，以裸電極或修飾電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲為對電極，在適當?shù)碾娢环秶鷥?nèi)以一定的掃描速率掃描，記錄循環(huán)伏安或線性伏安圖，可將修飾電極置于空白的混合液中循環(huán)掃描至無峰備用。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極的表征

圖2是結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極的掃描電鏡圖。由圖2可見結(jié)晶紫通過電化學聚合到了石墨烯膜上，由此表明結(jié)晶紫-石墨烯復合膜修飾電極已經(jīng)成功制備。

圖2 結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極的掃描電鏡圖Fig.2 SEM of poly(methyl violet)-graphene electrode

2.2 聚合條件的選擇

圖3為石墨烯修飾電極在結(jié)晶紫溶液中在－1.6～2.0 V電位內(nèi)，以120 mV/s循環(huán)掃描12周聚合過程的循環(huán)伏安圖，可以看出結(jié)晶紫在石墨烯修飾電極上進行了明顯的氧化還原反應，分別在1.5 V和－0.6 V左右出現(xiàn)了峰電流，試驗中對其電化學聚合條件進行了討論。

圖3 結(jié)晶紫在石墨烯修飾電極上的聚合循環(huán)伏安曲線Fig.3 Cyclic voltammograms of methyl violet on the graphene modified electrode

固定起始電位為－2.0 V，改變終止電位進行試驗，結(jié)果表明:高電位等于2.0 V時，測定辛硫磷還原峰電流最大，所以選用聚合正電位為2.0 V。固定終止電位為2.0 V，改變起始電位進行試驗。結(jié)果表明，起始電位在－1.6 V時，響應電流最大，故試驗選用聚合電位為－1.6～2.0 V。當掃描速率為120 mV/s時，所制備的修飾電極對辛硫磷的響應峰電流最高，聚合時選用掃描速率120 mV/s。當聚合12周后，測定辛硫磷還原峰電流達到最大，隨著掃描周數(shù)增加，峰電流基本不變，故試驗選擇聚合掃描次數(shù)為12周。另外結(jié)晶紫的濃度對聚合過程有較大的影響，濃度越大，所用聚合時間越短，但太高，電流響應減慢，本試驗選用結(jié)晶紫修飾液用量為2 mL 1×10－3mol/L。

辛硫磷不溶于水，本試驗選擇加入無水乙醇，試驗中改變無水乙醇與緩沖溶液的比例。結(jié)果表明，當無水乙醇與緩沖溶液的比例為1∶5時，效果最佳，所以選擇無水乙醇與緩沖溶液的比例為1∶5。

2.3 辛硫磷在聚結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極上的電化學行為

圖4為8.0×10－6mol/L辛硫磷，在磷酸鹽緩沖溶液中(pH=4.0)，在裸電極(1)、石墨烯修飾電極(2)與聚結(jié)晶紫修飾電極(3)以及聚結(jié)晶紫-石墨烯復合膜修飾電極(4)上的循環(huán)伏安曲線。由圖4可見，在聚結(jié)晶紫-石墨烯復合膜修飾電極上還原峰電流最大，說明聚結(jié)晶紫-石墨烯能很好地催化辛硫磷的還原反應。由于在此電位區(qū)間上只有還原峰，表明辛硫磷在聚結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極上電極反應為不可逆過程。

圖4 8.0×10－6mol/L的辛硫磷在在磷酸鹽緩沖溶液中(pH=4.0)的循環(huán)伏安曲線掃速100 mV/sFig.4 Cyclic voltammograms of phoxim(8.0×10－6mol/L)at the bare electrode(1)，the graphene modified electrode(2)，the methyl violet modified electrode(3)and poly(methyl violet)-graphene electrode(pH 4.0).Scan rate is 100 mV/s.

2.4 介質(zhì)的影響

考察了介質(zhì)對辛硫磷在聚結(jié)晶紫-石墨烯復合膜修飾電極上電化學響應的影響。首先改變不同類型的介質(zhì)，如檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液(pH 2.2～7.0)，BR緩沖溶液(pH 2.56～7.54)與乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH 2.6～5.8)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖溶液對辛硫磷在結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極上電化學響應最大，峰形最好，因此選定檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液作為測定辛硫磷的介質(zhì)。以檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液為底液，改變pH值分別進行試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，pH 4.0時達到最大值，結(jié)果見圖5及插圖所示。所以pH 4.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液作為介質(zhì)。

圖5 8.0×10－6mol/L辛硫磷在不同pH的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液的循環(huán)伏安曲線，插圖為還原峰值與pH值的關(guān)系Fig.5 Cyclic voltammograms of phoxim(8.0×10－6mol/L)in the citric acid-phosphate buffer(2.2～7.0).Insert is the plot of the reduction peak potential of phoxim versus pH value.

2.5 掃描速率與攪拌時間的影響

改變掃描速率進行實驗，結(jié)果表明隨著掃描速度的增大，辛硫磷的還原峰電流逐漸增大，還原峰電位發(fā)生負移(圖6)，掃速在40～240 mV/s之間，還原峰電流隨掃描速率的增加線性增大(圖6插圖)，線性方程為:ipc(A)=1.2×10－6+4.9×10－8v(mV/s)，r=0.996 2，表明辛硫磷在聚結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極上的電極過程為吸附過程。當掃描速度為100 mV/s時，辛硫磷的還原峰峰形最好，因此選擇試驗選擇測定掃描速度為100 mV/s。

改變攪拌富集時間即從20 s逐漸增大至220 s時，每20 s記錄掃描循環(huán)伏安圖，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當富集時間從20 s逐漸增加，還原峰電流逐漸增加，當富集時間繼續(xù)增加到180 s趨于穩(wěn)定，因此選擇攪拌富集時間為180 s。

2.6 標準曲線與檢測限

圖6 8.0×10－6mol/L辛硫磷在不同掃速下的循環(huán)伏安曲線(pH 4.0)，F(xiàn)ig.6 Cyclic voltammograms of phoxim(8.0×10－6mol/L)(pH4.0)at

在pH=4.0的檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖溶液的介質(zhì)中，采用線性伏安法對辛硫磷標準溶液系列進行測定(圖7)，結(jié)果表明，辛硫磷在聚結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極上的還原峰電流與其濃度在8.0×10－8～2.0×10－5mol/L范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系(圖7，插圖)，其回歸方程分別為:ipc(A)=1.97c+7.56×10－6，相關(guān)系數(shù)為0.997 0，檢出限為4.0×10－8mol/L。

圖7 辛硫磷在在聚結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極上不同濃度下的線性伏安曲線Fig.7 LSVs of different concentrations of phoxim in pH 4.0 citric acid-phosphate buffer.

2.7 重現(xiàn)性與穩(wěn)定性

對于聚結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極測定辛硫磷的重復性與穩(wěn)定性進行了試驗。利用同一支電極，對8.0×10－6mol/L辛硫磷重復測定6次，測定值間的相對標準偏差為4.56%，表明修飾電極重現(xiàn)性較好。對于測定結(jié)束后，將修飾電極置于15 mL的0.2 mol/L磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液(pH 4.0)與5 mL無水乙醇組成的混合液中循環(huán)掃描至無峰，置于空白混合液中7 d，對于辛硫磷進行再次測定，測定值為第一次測定值的98.7%，表明修飾電極穩(wěn)定性較好。

2.8 干擾試驗

試驗討論了一些可能的共存物質(zhì)對8.0×10－6mol/L辛硫磷測定的影響。試驗表明，當相對誤差為±5% 時，1000 倍的 Na+，Zn2+，F(xiàn)e3+，Ca2+，K+，Mg2+，谷氨酸、葡萄糖、抗壞血酸、硫脲、尿素;100倍的對硫磷、甲胺磷對辛硫磷還原峰電流無明顯影響，因此不干擾測定。

2.9 實際樣品分析

按試驗方法對花生米和菜花樣品進行測定，樣品中辛硫磷的殘留量低于檢出限，同時進行加標回收試驗，結(jié)果見表1。

表1 樣品分析結(jié)果Tab 1 Determination of phoxim in food

3 結(jié)論

聚結(jié)晶紫-石墨烯修飾電極對辛硫磷還原具有顯著的催化作用，可選擇性對辛硫磷進行測定，試驗中用于實際樣品分析，結(jié)果滿意。

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