曙紅修飾電極對特丁基對苯二酚的靈敏檢測

唐 婧，鄭勝彪，汪 偉，張 炎，宋常春

(安徽科技學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 鳳陽 233100)

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曙紅修飾電極對特丁基對苯二酚的靈敏檢測

唐 婧*，鄭勝彪，汪 偉，張 炎，宋常春

(安徽科技學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 鳳陽 233100)

采用循環(huán)伏安法(CV)制備了曙紅修飾玻碳電極(eosin Y/GCE)，電化學(xué)交流阻抗法對修飾電極表面進(jìn)行了表征，研究了特丁基對苯二酚(TBHQ)在該修飾電極上的電化學(xué)行為，建立了循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法(DPV)測定TBHQ的新方法。研究表明，修飾電極對TBHQ的氧化還原具有較好的電催化活性，在eosin Y/GCE上的氧化還原峰電位差從297 mV降至85 mV。在20～400 mV·s-1范圍內(nèi),其氧化還原峰電流與掃速的平方根呈良好的線性關(guān)系,表明TBHQ在eosin Y/GCE上的電極反應(yīng)受擴(kuò)散控制。在0.10 mol·L-1磷酸鹽緩沖溶液(pH 6.5) 中，掃速為100 mV·s-1時，此修飾電極的DPV響應(yīng)與TBHQ濃度在 1～200 μmol·L-1范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，檢出限(S/N=3)為0.1 μmol·L-1。此修飾電極具有良好的選擇性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，應(yīng)用于油品中TBHQ的測定，回收率達(dá)95.0%～102.5%。該電極有望應(yīng)用于多種食品中抗氧化劑的檢測。

曙紅；特丁基對苯二酚；循環(huán)伏安法；差分脈沖伏安法；食品添加劑

酚類抗氧化劑由于抗氧化效果好，被廣泛應(yīng)用于食品添加劑。特丁基對苯二酚(TBHQ)是一種重要的酚類抗氧化劑，常用于食用油脂、油炸食品、干魚制品、餅干、方便面、速煮米、干果罐頭、腌制肉制品、烘炒堅(jiān)果食品等[1]。食用過量的抗氧化劑TBHQ對人體健康有巨大的危害[2]。長期大量食用(作為食品或食油的添加劑)有導(dǎo)致畸形、癌癥的危險，而目前許多無良經(jīng)營者為了超長期保持食物不變質(zhì)，常超標(biāo)準(zhǔn)、無標(biāo)準(zhǔn)(國家禁用食品中)濫用抗氧化劑。因此發(fā)展一種快速、方便和靈敏的分析方法檢測TBHQ十分必要。

目前，TBHQ的測定方法有高效液相色譜法[3-5]、紫外-可見分光光度法[6]、濁點(diǎn)萃取和反相高效液相色譜法[7]、高效液相色譜-飛行時間質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC-TOF-MS)[8]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)[9]等，這些方法需要復(fù)雜的操作步驟，耗時，設(shè)備昂貴。與上述傳統(tǒng)方法相比，電化學(xué)方法具有精度高、快速、操作簡單、成本低、靈敏度高和選擇性好等優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于食品中多種抗氧化劑的分析[10-13]。如碳納米管[14]、納米金[15]等新材料常用于電極的修飾以改善測定TBHQ的靈敏度。近年來，經(jīng)有機(jī)分子修飾的電極因具有穩(wěn)定性強(qiáng)、重現(xiàn)性好、活性位點(diǎn)多等特點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。有機(jī)分子與電極表面有更強(qiáng)的粘附性[16-17]。已有報道將曙紅[18]、結(jié)晶紫[19]、孔雀石綠[20]和勞氏紫[21]等有機(jī)染料作為電極修飾材料用于同時檢測鄰苯二酚和對苯二酚?；诖?，本研究將染料曙紅循環(huán)伏安沉積到玻碳電極上，通過電化學(xué)交流阻抗考察了電極的電化學(xué)性能，再以循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法研究了TBHQ在曙紅修飾電極上的電化學(xué)行為，建立了測定TBHQ的新方法。本方法用于大豆油中抗氧化劑TBHQ的測定，結(jié)果滿意。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

循環(huán)伏安(CV)和差分脈沖伏安(DPV)實(shí)驗(yàn)在 CHI-660C 型電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司)上完成，電化學(xué)交流阻抗(EIS)在普林斯頓PARSTAT4000電化學(xué)工作站(Ametek，美國)上完成。采用三電極系統(tǒng)：表面修飾的玻碳電極(GCE)為工作電極，鉑絲為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極。緩沖溶液的酸度測量采用pHS-3C 型酸度計(jì)(上海雷磁儀器有限公司)。

特丁基對苯二酚(TBHQ，分析純，上海阿拉丁公司)溶于超純水中，配成1.0×10-3mol·L-1標(biāo)準(zhǔn)溶液；曙紅(水溶)購于上海阿拉丁公司；其余所用試劑均為分析純(上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；大豆油購于當(dāng)?shù)厥袌?。磷酸鹽緩沖溶液(PBS，pH 5.5～8.5)：用0.10 mol·L-1H3PO4，NaH2PO4，Na2HPO4，Na3PO4溶液配制，在酸度計(jì)上校準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)用水均為超純水(電導(dǎo)率≥18.3 MΩ·cm)。

1.2 曙紅修飾電極的制備

依次用 1.0，0.3，0.05 μm的氧化鋁粉對玻碳電極(Φ=3 mm)表面進(jìn)行拋光，分別在無水乙醇、水中超聲10 min，玻碳電極洗凈后放入0.1 mol·L-1硫酸溶液中，以GCE為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑絲電極為對電極，于-0.4～1.6 V電位范圍內(nèi)，以100 mV·s-1掃描速率循環(huán)掃描20圈，得到預(yù)處理電極。將此電極置于1.0×10-3mol·L-1曙紅溶液(PBS 7.0)中進(jìn)行電沉積[18]，于-1.6～1.5 V電位范圍內(nèi)，以 100 mV·s-1循環(huán)掃描12圈，取出用水淋洗電極表面以除去多余的曙紅溶液，即制得 eosin Y/GCE 修飾電極。

圖1 曙紅電沉積過程的循環(huán)伏安曲線Fig.1 CV curves during the electrodeposition of eosin Y onto GCE at a scan rate of 100 mV·s-1

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在10 mL容量瓶中，加入適量TBHQ標(biāo)準(zhǔn)溶液，用PBS 溶液定容，倒入電解池中，以eosin Y/GCE為工作電極，Ag/AgCl 電極為參比電極，鉑絲為對電極，在最佳條件下，采用CV和DPV進(jìn)行掃描，記錄峰電位和峰電流。掃描結(jié)束后，將修飾電極在空白底液中掃至無峰，即可進(jìn)行再次測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 曙紅的電沉積

圖2 曙紅的氧化還原反應(yīng)Fig.2 Redox reactions of eosin Y

圖3 不同電極的電化學(xué)交流阻抗圖Fig.3 Nyquist plots of different electrodesa.GCE,b.eosin Y/GCE;[Fe(CN)6]3-/4- (1 ∶1，5 mmol·L-1) containing 0.1 mol·L-1 KCl

圖4 0.1 mmol·L-1 TBHQ在GCE(a)和eosin Y/GCE(b)上的循環(huán)伏安曲線Fig.4 Cyclic voltammograms of 0.1 mmol·L-1 TBHQ at GCE(a) and eosin Y/GCE(b) scan rate:100 mV·s-1，PBS(pH 6.5)

2.2 修飾電極的表征

采用電化學(xué)交流阻抗(EIS)對eosin Y/GCE修飾電極進(jìn)行表征。在交流阻抗中，電極過程由電荷傳遞和擴(kuò)散共同控制時，其Nyquist圖由高頻區(qū)的一個半圓和低頻區(qū)的一條直線構(gòu)成，高頻區(qū)由電極反應(yīng)的動力學(xué)(電荷傳遞過程)控制，低頻區(qū)由電極反應(yīng)的反應(yīng)物或產(chǎn)物的擴(kuò)散控制。半圓部分相當(dāng)于電荷傳遞電阻Rct，GCE和eosin Y/GCE修飾電極在[Fe(CN)6]3-/4-(1 ∶1，5 mmol·L-1)的0.1 mol·L-1KCl電解質(zhì)中的EIS圖見圖3。由圖3可見，GCE的阻抗約為1 200 Ω，eosin Y/GCE的阻抗約600 Ω，修飾電極阻抗明顯減小，表明其電化學(xué)活性增強(qiáng)，電沉積膜有效地促進(jìn)了電化學(xué)反應(yīng)，目標(biāo)分子和電極之間的電子傳遞明顯增強(qiáng)。

2.3 TBHQ在電極表面的循環(huán)伏安特性

圖4為0.1 mmol·L-1TBHQ在GCE和eosin Y/GCE上的循環(huán)伏安曲線。在GCE上，TBHQ分別在0.092 V和-0.205 V出現(xiàn)氧化峰和還原峰，而eosin Y/GCE修飾電極上分別在-0.045 V和-0.130 V出現(xiàn)1對氧化還原峰，峰電位差ΔE從297 mV減至85 mV，表明TBHQ在修飾電極上的電化學(xué)可逆性大大提高。而且相對于裸電極，TBHQ的電流明顯增強(qiáng)，表明此電極對于TBHQ有較高的催化活性。

2.4 沉積圈數(shù)的影響

電沉積過程中，沉積電位區(qū)間、沉積圈數(shù)、溶液濃度均對TBHQ的檢測有較大影響，在最佳沉積電位-1.6～1.5 V區(qū)間內(nèi)，考察了沉積圈數(shù)對實(shí)驗(yàn)的影響。結(jié)果顯示，在沉積12圈時，TBHQ的峰電位差最小，且電流最大。沉積12圈后，沉積膜的電化學(xué)活性反而下降。這是因?yàn)槟さ暮穸燃哟笫沟秒娮柙龃?，電極表面電子傳遞困難，表明太薄或太厚的膜都不利于實(shí)驗(yàn)。

2.5 底液酸度的影響

圖6 eosin Y/GCE對不同濃度TBHQ響應(yīng)的 DPV曲線Fig.6 DPV curves of eosin Y/GCE responding to different concentrations of TBHQ inset：plot of response current vs.TBHQ concentration；concentration(a-h):1.0,5.0,20,40,80,100,150,200(×10-6 mol·L-1)

由于TBHQ的電化學(xué)反應(yīng)有質(zhì)子參與，電解質(zhì)的酸度變化會影響TBHQ的電化學(xué)氧化。實(shí)驗(yàn)選取PBS作為電解液，于掃描速率 100 mV·s-1條件下，在pH 5.5～8.5范圍內(nèi)改變?nèi)芤核岫龋捎醚h(huán)伏安法分別對含0.1 mmol·L-1TBHQ 的電解液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，隨著 pH 值增加，TBHQ的峰電位均負(fù)移，峰電位與底液 pH 值呈良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程為E(V)=0.209 9-0.046 9 pH，r=0.997 6。斜率為-46.9 mV·s-1，接近-59.0 mV·s-1，說明TBHQ的氧化有質(zhì)子參與，且為等電子等質(zhì)子反應(yīng)。從圖5可見，在 pH 6.5 時，TBHQ 峰電流達(dá)最大，可能是在較高的pH值下，TBHQ質(zhì)子化轉(zhuǎn)變?yōu)殛庪x子，而電極表面的曙紅帶負(fù)電，分析物和電極之間有靜電斥力從而導(dǎo)致低的吸附容量和電流。故實(shí)驗(yàn)選擇pH 6.5的PBS控制底液的酸度。

2.6 掃速對TBHQ電化學(xué)行為的影響

在20～400 mV·s-1范圍內(nèi)，采用CV法考察了不同掃速對0.1 mmol·L-1TBHQ溶液峰電流及峰電位的影響。結(jié)果顯示，隨著掃速的增加，TBHQ的氧化峰電流不斷增大，峰電位正移，當(dāng)掃描速率過高時，峰形變寬，且背景電流增大；掃描速率為100 mV·s-1時，信噪比較好，故本實(shí)驗(yàn)選用掃速為100 mV·s-1。隨著掃速的增加，TBHQ的氧化還原峰電流與掃速的平方根呈線性關(guān)系，其線性回歸方程為：Ipc(μA)=1.340 0v1/2-1.923 5(r=0.999 9);Ipa(μA) =-0.946 5v1/2+0.506 4(r=0.999 1)，表明TBHQ在eosin Y/GCE電極上的電化學(xué)反應(yīng)過程主要受擴(kuò)散控制。

2.7 線性范圍與檢出限

在優(yōu)化條件下，eosin Y/GCE修飾電極對不同濃度TBHQ的DPV響應(yīng)曲線如圖6所示，響應(yīng)電流值與TBHQ濃度在1～200 μmol·L-1范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系(圖6插圖)，回歸方程為Ipa(μA) =-0.075 1c(μmol·L-1)-1.661 8，r=0.995 2，檢出限(S/N=3)為0.1 μmol·L-1。

2.8 電極的穩(wěn)定性與干擾實(shí)驗(yàn)

在相同條件下，采用同一批次制備的4支eosin Y/GCE 修飾電極分別測定0.1 mmol·L-1TBHQ的DPV 響應(yīng)信號。4支電極對TBHQ電流響應(yīng)值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.2%，表明此修飾電極的制備重現(xiàn)性良好。將eosin Y/GCE 在室溫下放置2周，相同條件下再次測定時，峰電位幾乎無變化，峰電流下降了8%，表明其具有良好的穩(wěn)定性。

2.9 樣品分析

將所建立的分析方法應(yīng)用于實(shí)際大豆油樣品中TBHQ的測定，并與高效液相色譜方法測得值進(jìn)行比較。準(zhǔn)確稱取5.0 g大豆油樣品置于100 mL具塞錐形瓶中，再加入5.0 mL無水甲醇混合物劇烈搖振30 min后，將混合物轉(zhuǎn)移至10 mL離心試管中，以3 000 r/min的速度離心10 min，將提取物(上層清液)轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中。殘留物用上述方法再提取兩次，定容。取上述樣品溶液1.0 mL進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，所測食用油中均含有TBHQ，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法測定其回收率，并與高效液相色譜法相比較，測定結(jié)果如表1所示。由表1可知，對于食用油中TBHQ檢測，用eosin Y/GCE的分析方法與高效液相色譜法測定結(jié)果一致，此法的加標(biāo)回收率為95.0%～102.5%。結(jié)果顯示，利用eosin Y/GCE電極測定大豆油中TBHQ是可行的，且方法簡單、省時，具有一定的應(yīng)用潛力。

表1 大豆油中TBHQ的加標(biāo)回收結(jié)果(n=5)

Table 1 Recoveried result of TBHQ from soybean oil samples with the standard addition method(n=5)

MethodSampleDetected(μmol/L)Spiked(μmol/L)Found(μmol/L)Recovery(%)DPV1?12040158±03950211240153±05102538940128±07975HPLC112140163±06105211440152±0495039040133±081075

*all soybean oil samples were purchased from markets in Fengyang city

3 結(jié) 論

本文利用曙紅修飾玻碳電極，通過循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法研究了TBHQ在該修飾電極上的電化學(xué)行為，成功構(gòu)建了檢測TBHQ的電化學(xué)傳感器。該修飾電極對TBHQ的檢測范圍為1～200 μmol·L-1，檢出限為 0.1 μmol·L-1。電極具有很好的靈敏度和選擇性，已成功用于實(shí)際樣品大豆油的檢測，其測定回收率為95.0%～102.5%。該修飾電極制備簡單、操作方便、靈敏度高，有望應(yīng)用于更多食品(如油炸食品、干魚制品、餅干、方便面等)中TBHQ含量的測定。

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Sensitive Determination of Tertiary Butyl Hydroquinone at Eosin Y Film Modified Glassy Carbon Electrode

TANG Jing*，ZHENG Sheng-biao,WANG Wei,ZHANG Yan,SONG Chang-chun

(College of Chemistry and Material Engineering,Anhui Science and Technology University,Fengyang 233100,China)

By using cyclic voltammetry,eosin Y film was electrodeposited on the surface of glassy carbon electrode(GCE) to obtain the modified electrode(denoted as eosin Y/GCE). The electrochemical properties of eosin Y/GCE were studied by electrochemical impedance spectroscopy.The electrocatalysis capability of eosin Y/GCE to tertiary butyl hydroquinone(TBHQ) was investigated by cyclic voltammetry(CV) and differential pulse voltammetry(DPV) .Compared with the bare GCE,eosin Y/GCE exhibited outstanding electrocatalytic activity and reversibility towards the oxidation of TBHQ.The oxidation and reduction peak separation was decreased from 297 mV to 85 mV for TBHQ at eosin Y/GCE.Influence of different scan rates(20-400 mV·s-1) on redox of TBHQ was further examined at the eosin Y/GCE.The oxidation and reduction peak currents were linear to the square root of scan rate,indicating that the diffusion controlled process of TBHQ occurred at the eosin Y/GCE surface.Under the optimal conditions,the DPV response of the modified electrode was linear to TBHQ concentration in the range of 1-200 μmol·L-1with a detection limit of 0.1 μmol·L-1.Moreover,eosin Y/GCE exhibited excellent selectivity,reproducibility and long-term stability,and was successfully applied in the determination of TBHQ in soybean oil samples with recoveries of 95.0%-102.5%.This modified electrode could be used as a promising sensing platform for the determination of different antioxidants in food samples.

eosin Y;tertiary butyl hydroquinone;cyclic voltammetry(CV);differential pulse voltammetry(DPV)；food additives

2015-08-20；

2015-10-21

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃(108792015002)；安徽科技學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科(AKZDXK2015A01)；安徽科技學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目(ZRC2014438)

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.03.010

O657.1；TS103.843

A

1004-4957(2016)03-0317-05

*通訊作者：唐 婧，碩士，講師，研究方向：修飾電極和電分析化學(xué)，Tel:0550-2225981，E-mail:yayajing@shu.edu.cn