石墨烯修飾電極上油橄欖酒中羥基酪醇類多酚檢測(cè)研究

李惠茗，郭兆元，葉 科，李 超，張惠怡，劉坤平，，茍小軍

(1.成都大學(xué)生物工程學(xué)院，四川 成都 610106;2.成都大學(xué)藥食同源植物資源開(kāi)發(fā)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610106)

石墨烯修飾電極上油橄欖酒中羥基酪醇類多酚檢測(cè)研究

李惠茗1，郭兆元1，葉 科1，李 超1，張惠怡1，劉坤平1，2，茍小軍2

(1.成都大學(xué)生物工程學(xué)院，四川 成都 610106;2.成都大學(xué)藥食同源植物資源開(kāi)發(fā)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610106)

采用化學(xué)還原法，制備了功能化的石墨烯及純石墨烯，構(gòu)建了雙層石墨烯修飾電極用于橄欖酒中羥基酪醇類雙酚物質(zhì)的靈敏檢測(cè)，修飾電極對(duì)羥基酪醇類雙酚物質(zhì)的吸附及石墨烯的高導(dǎo)電性使其表現(xiàn)出良好的電化學(xué)活性.電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究表明，羥基酪醇類雙酚物質(zhì)在該修飾電極表面經(jīng)歷了一個(gè)受擴(kuò)散控制的準(zhǔn)可逆過(guò)程.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在最優(yōu)試驗(yàn)條件下，鄰苯二酚的還原峰電流與其濃度在1×10－7～5×10－5mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)實(shí)際樣品橄欖酒中羥基酪醇的靈敏快速檢測(cè).

石墨烯;羥基酪醇;橄欖酒;電化學(xué)

0 引言

橄欖酒是一種新型、健康的保健飲品，具有抗氧化、清熱解毒與利咽化痰等作用［1］.橄欖酒中抗氧化生物活性成分主要是羥基酪醇母體結(jié)構(gòu)的小分子二酚類化合物，如橄欖苦苷、羥基酪醇、黃酮類、木酚素類和咖啡酰苯乙醇苷類等［2］.因此，對(duì)羥基酪醇多酚類物質(zhì)的準(zhǔn)確靈敏檢測(cè)極為關(guān)鍵.目前，羥基酪醇多酚類物質(zhì)檢測(cè)的方法主要為HPLC法［3］.但是，HPLC檢測(cè)方法比較耗時(shí)，所用試劑、儀器比較昂貴，流動(dòng)相消耗大且有毒性.而新型的電化學(xué)傳感檢測(cè)方法不需要昂貴的儀器，具有靈敏度高、選擇性好、操作簡(jiǎn)便以及分析成本低等優(yōu)點(diǎn)，已用于多種物質(zhì)的靈敏檢測(cè).羥基酪醇的結(jié)構(gòu)中具有鄰苯二酚的骨架結(jié)構(gòu)，而在得到2個(gè)電子后變?yōu)轷浇Y(jié)構(gòu)，具有一定的電化學(xué)活性［4］.因此，利用電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)羥基酪醇多酚類物質(zhì)的電化學(xué)靈敏檢測(cè)具有良好的應(yīng)用前景.石墨烯是一種新型的二維納米材料，具有大比表面積、傳遞速率快及導(dǎo)電性好等優(yōu)異物理化學(xué)性質(zhì)，目前已廣泛應(yīng)用于制備修飾電極實(shí)現(xiàn)多種物質(zhì)的電化學(xué)檢測(cè)［5］.但將石墨烯修飾電極用于檢測(cè)橄欖酒中的羥基酪醇還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道.對(duì)此，本研究首先制備了高導(dǎo)電性的功能化石墨烯納米材料與新型的雙層石墨烯修飾電極，以鄰苯二酚為標(biāo)準(zhǔn)品，通過(guò)電化學(xué)測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)了橄欖酒中羥基酪醇類多酚物質(zhì)的的快速、高靈敏檢測(cè).

1 材料與方法

1.1 試 劑

實(shí)驗(yàn)所用的鄰苯二酚，氨水和水合肼購(gòu)自成都長(zhǎng)征試劑公司，Nafion(5%)購(gòu)自 Sigma-Aldrich公司，鄰苯二酚儲(chǔ)備液(1.0×10－3mol/L)于4℃冰箱中保存?zhèn)溆?，橄欖酒?gòu)自四川天源油橄欖有限公司，實(shí)驗(yàn)用超純水均取自MilliQ純水系統(tǒng).

1.2 測(cè)試方法

實(shí)驗(yàn)中，電化學(xué)測(cè)試均在CHI832C電化學(xué)工作站(上海辰華)上進(jìn)行.采用傳統(tǒng)的三電極體系，石墨烯修飾玻碳電極(GCE)為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑絲電極為對(duì)電極.

1.3 石墨烯及修飾電極制備

首先，通過(guò)修改的Hummers 2步氧化法制備氧化石墨烯(GOs)［6］.然后，取30 mL GOs分散液(1.0 mg/mL)于250 mL 中，加入230 μL 氨水及30 μL 水合肼，攪拌均勻后升溫至90℃反應(yīng)1 h，即得均一分散的氨基功能化石墨烯分散液(NH2-G).純石墨烯(G)采用相似的方法制備，只是不加入氨水保護(hù)劑.

在電化學(xué)測(cè)量和修飾過(guò)程開(kāi)始之前，分別用1.0 μm、0.3 μm 和 0.05 μm 的氧化鋁拋光粉對(duì)玻碳電極(GCE)進(jìn)行拋光處理.然后，依次用1∶1的HNO3、丙酮和超純水分別超聲清洗得到新鮮的GCE電極表面，并用N2吹干.電極表面滴涂5μL NH2-G溶液置于干燥器中室溫下自然晾干，再滴涂3 μL純石墨烯(G)的Nafion分散液(1 mg/mL)并自然晾干，制得Nafion-G/NH2-G/GCE修飾電極.

2 結(jié)果與討論

2.1 鄰苯二酚電化學(xué)行為

為研究鄰苯二酚在不同電極上的電化學(xué)行為，對(duì)其在不同電極上的循環(huán)伏安曲線做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示.

圖1 不同電極的循環(huán)伏安圖

由圖1可知，在裸GCE電極上，鄰苯二酚未表現(xiàn)出明顯的氧化還原峰(曲線a)，這表明鄰苯二酚在GCE上的電活性程度較低.對(duì)于Nafion-G/NH2-G/GCE修飾電極來(lái)說(shuō)，測(cè)試溶液中未添加鄰苯二酚時(shí)(曲線b)，未觀察到明顯的氧化還原峰，只是氧化和還原電流差距變大，這表明修飾了石墨烯后，電極的電子傳導(dǎo)能力變強(qiáng)了.而當(dāng)測(cè)試溶液中添加鄰苯二酚后(曲線c)，鄰苯二酚在Nafion-G/NH2-G/GCE修飾電極上于0.323 V和0.426 V處表現(xiàn)出一對(duì)穩(wěn)定的、對(duì)稱的準(zhǔn)可逆的氧化還原峰，峰峰分離度為103 mV.此與裸GCE電極相比，在該修飾電極上鄰苯二酚的電流響應(yīng)得到了極大的增強(qiáng)，這可能是由于該修飾電極對(duì)鄰苯二酚的富集作用和石墨烯的高導(dǎo)電性共同作用的結(jié)果.

為了研究鄰苯二酚在Nafion-G/NH2-G/GCE修飾電極上的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)其掃描速率與電化學(xué)行為的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2、3所示.

由圖2、3可見(jiàn)，隨掃描速率增大，鄰苯二酚的峰電位差和峰電流均逐漸增大，當(dāng)掃描速率從10 mV/s到1000 mV/s增大時(shí)，陰極電流和陽(yáng)極電流均與掃描速率的平方根呈線性關(guān)系.此表明，鄰苯二酚在該修飾電極上的電化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)受擴(kuò)散控制的準(zhǔn)可逆過(guò)程，符合 contrell方程［7］.

圖2 掃描速度的影響

圖3 峰電流與掃描速率關(guān)系圖

2.2 pH 值優(yōu)化

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，pH值會(huì)強(qiáng)烈的影響電化學(xué)測(cè)定的電化學(xué)響應(yīng)信號(hào).因此，在實(shí)驗(yàn)中對(duì)pH值進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果如圖4所示.

圖4 pH值優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

由圖4可以看出，隨著pH值的增加，鄰苯二酚的循環(huán)伏安曲線的電流值逐漸增大，當(dāng)pH值為3.0時(shí)達(dá)到最大值，然后逐步下降.因此，本研究選擇pH值3.0為最優(yōu)的pH值來(lái)進(jìn)行后續(xù)的電化學(xué)測(cè)定.

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

為了進(jìn)一步提高本研究所構(gòu)建的方法的靈敏度，采用差示脈沖法(DPV)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線及橄欖酒的測(cè)量.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為，Nafion-G/NH2-G/GCE修飾電極在含不同濃度鄰苯二酚(1 ×10－7、5 ×10－7、1 ×10－6、5 ×10－6、1 ×10－5、5 ×10－5mol/L)的 PBS 緩沖液(0.10 mol/L，pH 3.0 PBS)中，結(jié)果如圖5所示.

圖5 DPV響應(yīng)及線性關(guān)系

由圖5可知，在最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)條件下，DPV峰電流的對(duì)數(shù)值與鄰苯二酚濃度的對(duì)數(shù)值在1×10－7～5×10－5mol/L的濃度范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，其線性方程為，

2.4 橄欖酒中羥基酪醇類雙酚的測(cè)定

為了檢驗(yàn)本研究所構(gòu)建的方法對(duì)橄欖酒中的羥基酪醇的檢測(cè)能力，在實(shí)驗(yàn)中，取0.5 mL橄欖酒樣品加入到4.5 mL緩沖溶液中(pH值3.0)進(jìn)行DPV測(cè)試，并與HPLC方法進(jìn)行了對(duì)比，測(cè)定結(jié)果如表1所示.

表1 橄欖酒中羥基酪醇類雙酚的測(cè)定

由表1可知，與HPLC方法相比，本研究所構(gòu)建的方法的3次測(cè)定結(jié)果的回收率在90%～110%以內(nèi)波動(dòng)，完全可以滿足實(shí)際樣品測(cè)定的需求.

3 結(jié)論

本研究構(gòu)建了一個(gè)基于雙層石墨烯修飾電極的簡(jiǎn)單靈敏的方法用于測(cè)定橄欖酒中的羥基酪醇.羥基酪醇在本檢測(cè)方法中表現(xiàn)出良好的電化學(xué)活性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)際樣品橄欖酒中羥基酪醇的靈敏快速檢測(cè).本研究為拓寬石墨烯在食品分析上的應(yīng)用提供了一個(gè)潛在的平臺(tái).

［1］蔡民生，項(xiàng)龍川.橄欖酒的研制［J］.釀酒科技，1990，11(2):27－28.

［2］黨建章，侯金星，黃志斌，等.鹽酸水解橄欖苦苷粗提物制備羥基酪醇［J］.中藥材，2011，34(6):984 －986.

［3］葉建中，王成章，陳虹霞，等.油橄欖葉中羥基酪醇含量及提取工藝研究［J］.林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2011，31(1):63 －67.

［4］華亮，吳霞琴，王榮.碳納米管和聚電解質(zhì)修飾玻碳電極的電化學(xué)行為及對(duì)蘆丁的檢測(cè)［J］.電化學(xué)，2011，17(3):283－287.

［5］Miyazawa K.Synthesis and properties of fullerene nanowhiskers and fullerene nanotubes［J］.Nanosci Nanotechnol，2009，9(1):41 －50.

［6］袁小亞.石墨烯的制備研究進(jìn)展［J］.無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2011，26(6):561 －570.

［7］岳瑩，梁卿，郭勇，等.介孔碳納米纖維修飾電極用于黃酮類化合物蘆丁的電化學(xué)測(cè)定［J］.分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2012，31(8):915 －921.

Hydroxytyrosol Polyphenol Detection in Olive Wine Based on Graphene Modified Electrode

LI Huiming1，GUO Zhaoyuan1，YE Ke1，LI Chao1，ZHANG Huiyi1，LIU Kunping1，2，GOU Xiaojun2
(1.School of Bioengineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China;2.The Key Laboratory of Medicinal and Edible Plants Resources Exploitation of Higher Education Institutes of Sichuan Province，Chengdu University，Chengdu 610106，China)

This paper uses the chemical reduction method to prepare the functionalized graphene and pure graphene.The bi-layer graphene modified electrode is constructed for sensitivie detection of hydroxytyrosol polyphenol in olive wine.Due to the adsorption of hydroxytyrosol polyphenol on the modified electrode surface and high electric conductivity of the graphene，the hydroxytyrosol polyphenol exhibits good electroche-mical activity.The study of the electrode reaction kinetics indicates that the hydroxytyrosol polyphenol has undergone a diffusion-controlled quasi-reversible process on the modified electrode surface.Under the optimized experimental condition，the reduction peak current of catechol shows a good linear relationship with its concentration from 1 ×10－7to 5 ×10－5mol/L，which can be used for rapid detection of hydroxytyrosol polyphenol in real olive wine sample.

graphene;hydroxytyrosol;olive wine;electrochemistry

O657.1;TS262.7

A

1004－5422(2015)01－0005－03

2015－01－20.

四川省中醫(yī)藥管理局中醫(yī)藥科學(xué)技術(shù)研究專項(xiàng)(2014F002)、四川省教育廳自然科學(xué)基金(13ZB0344)資助項(xiàng)目.

李惠茗(1975—)，女，高級(jí)工程師，從事分析化學(xué)研究.