茶葉中兒茶酚的電化學檢測方法研究

張明麗，金華麗，姜海洋

（河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

茶葉中兒茶酚的電化學檢測方法研究

張明麗，金華麗*，姜海洋

（河南工業(yè)大學 糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

利用多孔碳修飾金剛石電極，采用循環(huán)伏安法對茶葉中兒茶酚進行了定量分析。通過對電解質溶液種類、電解質溶液pH以及多孔碳修飾量的優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，當以0.1 mol/L pH為7.5的PBS為電解質溶液、多孔碳修飾量為4 μL時，其靈敏度較高，催化活性最好。在最佳試驗條件下，兒茶酚濃度（c）在10～70 μmol/L范圍內與峰電流呈良好的線性關系，線性方程為：Y=0.027 52c－0.115 5，R2=0.998 3，相關性較好，利用繪制的標準曲線對茶葉中的兒茶酚進行檢測分析，測得茶葉中兒茶酚含量為17.39 mg/g。采用制備好的多孔碳修飾的金剛石電極對1.0×10-4mol/L兒茶酚進行連續(xù)循環(huán)伏安掃描10次，其RSD為1.83%，重復性較好，精密度較高。

金剛石電極；多孔碳；兒茶酚；循環(huán)伏安法；電化學檢測

0 前言

兒茶酚（catechol，CC）學名鄰二苯酚，在茶葉、水果以及蔬菜中廣泛存在，是酶促褐變反應的重要底物之一，在制藥和化工生產中具有廣泛的作用。茶葉中茶多酚含量豐富，茶多酚中主要是兒茶酚類物質，如鞣花酸、原兒茶酸、L-表兒茶精、兒茶醛等，因其具有抗氧化、抗心律失常、抗病毒、抗癌等生理作用[1-2]，在近幾年的研究中受到廣泛的關注并且成為評判茶葉品質的重要指標之一。因此，研究一種方便快捷的茶葉中兒茶酚的定量檢測方法對于茶葉綜合品質的評價以及人們的身體健康具有重要意義[3]。

目前，兒茶酚的測定主要運用氣相色譜法、毛細管電泳及高效液相色譜法等。這些方法雖然靈敏度高、穩(wěn)定性好但檢測費時費力、需要專業(yè)人員操作而且設備昂貴[4]，因此不適合茶葉中的兒茶酚快速有效的定量分析[5]。而電化學分析法由于具有成本低[6]、操作簡便、靈敏度高等優(yōu)點，對茶葉中兒茶酚進行定量分析具有較大的應用潛力，是兒茶酚定量快速檢測的理想方法之一。

金剛石電極具有電化學勢窗寬、物理化學穩(wěn)定性好、背景電流低、吸附性弱以及靈敏度高等優(yōu)異的電化學特性，被廣泛應用于電化學研究中[7-8]。多孔碳材料由于疏松多孔的結構特點[9]，具有較大的比表面積，能有效地促進電子在電極表面和溶液間的轉移，增強響應電流，提高電極的靈敏度。目前關于多孔碳納米材料的相關文獻雖有報道，但基于多孔碳納米材料修飾金剛石電極對CC進行檢測的相關文獻還未見報道。因此，筆者以多孔碳修飾的金剛石電極為工作電極制備傳感器，通過對電解質溶液種類及pH、多孔碳修飾量等條件的優(yōu)化，對茶葉中的CC進行定量分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

兒茶酚、甲醇：天津市科密歐化學試劑有限公司；十二水合磷酸氫二鈉、氯化鉀、85%磷酸、37%鹽酸：洛陽昊華化學試劑有限公司；磷酸二氫鈉、硼酸、鐵氰化鉀：洛陽市化學試劑廠；乙酸：開封市芳晶化學試劑有限公司；亞鐵氰化鉀：天津市光復精細化工研究所；無水乙醇：天津市天力化學試劑有限公司；茶葉：天潭龍井，購于當地超市。

1.2 主要儀器與設備

CHI-600E電化學工作站：上海辰華儀器有限公司；三電極系統(tǒng)：以金剛石電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑電極（Pt）為對電極。

1.3 試驗方法

1.3.1傳感器的制備

多孔碳納米材料根據文獻[10]制得。準確稱取多孔碳納米材料1.0 mg帶蓋玻璃瓶中，向其中加入離子水1.00 mL，在磁力攪拌器上劇烈攪拌3 h，然后超聲2 h使其分散均勻即得到1.0 mg/mL多孔碳修飾材料。將金剛石裸電極分別用無水乙醇、二次蒸餾水超聲清洗3次，每次3～5 min，然后在室溫條件下干燥，備用。

用10 μL移液槍吸取一定量的1.0 mg/mL的多孔碳修飾液滴加到金剛石電極表面，然后用潔凈干燥的燒杯罩在上面，讓其在室溫條件下自然干燥，即得多孔碳復合金剛石傳感器。

1.3.2 樣品的處理

準確稱取茶葉10.000 0 g于中藥粉碎機中進行粉碎，然后準確稱取上述茶葉粉末1.000 0 g于100 mL燒杯中，向其中加入60.00 mL 20%的甲醇溶液，轉移至恒溫水浴振蕩器中80℃條件下水浴20 min，將茶葉混合液轉移至布氏漏斗進行抽濾。將所得濾液轉移至100 mL容量瓶中用80%甲醇定容，備用。

2 結果與分析

2.1 金剛石電極的電化學表征

在10 mmol/L的K3[Fe(CN)6]溶液（含 0.1 mol/L KCl）中分別對金剛石裸電極和4 μL多孔碳修飾的金剛石電極進行交流阻抗分析，結果見圖1。

圖1 在10 mmol/L的K3[Fe（CN）6]（含0.1 mol/L KCl）中的 EIS 曲線Fig.1 Electrochemicalimpedance spectroscopy of diamond electrode（b）and diamond electrode modified with porous carbon materials（a） in 10 mmol/L K3[Fe（CN）6]solution（containing 0.1 mol/L KCl）

由圖1可知，金剛石裸電極的電阻值為490.7 Ω，多孔碳修飾的金剛石電極的電阻值為260.7 Ω，與裸電極相比電阻減小了46.87%，這說明多孔碳材料修飾在金剛石電極表面能增加電極靈敏度，有效地促進電子轉移，減小消耗。

2.2 兒茶酚在不同傳感器上的電化學行為

分別以金剛石裸電極和經4 μL多孔碳修飾的金剛石電極為工作電極，以pH 7.5的PBS緩沖溶液為支持電解質，對1.0×10-4mol/L的兒茶酚進行循環(huán)伏安掃描，結果見圖2。

圖2 兩種金剛石電極在1.0×10-4mol/L兒茶酚中的循環(huán)伏安掃描曲線Fig.2 Cyclic voltammetry of two kinds of diamond electrodes in 1.0×10-4mol/L catechol

由圖2可知，金剛石裸電極測得的氧化峰電流值Ip為6.524×10-7A，多孔碳修飾的金剛石電極測得的Ip為1.840×10-6A，修飾電極比裸電極Ip值增加1.187 6×10-6A，這表明多孔碳修飾材料有助于增加導電性，也能夠促進CC與電極之間的電子傳遞，提高電子轉移速率。

2.3 緩沖溶液的選擇

以4 μL多孔碳修飾金剛石電極制備多孔碳復合金剛石傳感器，分別以pH=7.5的0.1 mol/L PBS緩沖溶液、pH=6.2的BR緩沖液以及 0.2 mol/L KCl+0.001 mol/L HCl溶液為支持電解質，對1.0×10-4mol/L的兒茶酚進行循環(huán)伏安掃描，其結果見圖3。

由圖3可知，在0.2 mol/L KCl+0.001 mol/L HCl溶液中沒有明顯的氧化峰，在pH為6.20的BR緩沖液中Ip值為3.331×10-7A，在pH為7.5的0.1 mol/L PBS緩沖溶液中 Ip值為 3.425×10-6A，與 pH為 6.20的BR緩沖液相比，Ip值增加3.0919×10-6A，說明PBS緩沖液能夠增加靈敏度，能很好地促進電子的轉移。因此選用PBS緩沖液作為支持電解質。

圖3 不同緩沖液中多孔碳修飾的金剛石電極在1.0×10-4mol/L兒茶酚中的循環(huán)伏安曲線Fig.3 Cyclic voltammetry of porous carbon-modified diamond electrode in 1.0×10-4mol/L catechol in different buffers

2.4 PBS緩沖溶液pH的優(yōu)化

以4 μL多孔碳修飾的金剛石電極為工作電極，分別以 pH 為 6.5、7.0、7.5、8.0、8.5 的 0.1 mol/L PBS緩沖液為支持電解質，對1.0×10-4mol/L的兒茶酚進行循環(huán)伏安掃描，其結果見圖4、圖5。

圖4 多孔碳修飾的金剛石電極在不同pH的0.1 mol/L PBS中的循環(huán)伏安曲線Fig.4 Cyclic voltammetry of porous carbon-modified diamond electrode in 0.1 mol/L PBS buffer of different pH values

由圖4可知，PBS溶液各pH下的循環(huán)伏安圖峰形類似，氧化還原電位沒有發(fā)生明顯變化，這說明在以PBS為電解質的條件下所制得的傳感器具有較好的穩(wěn)定性。由圖5可知，隨著PBS緩沖液pH的增加，氧化峰電流先增加后減小，且當pH為7.5時，Ip值最大，為3.425×10-6A。這可能是由于過酸或過堿會影響電子的轉移速率。因此選用pH為7.5的0.1 mol/L PBS緩沖液為支持電解質溶液。

圖5 CC峰電流與PBS pH值的關系Fig.5 Relationship between CC peak current and PBS pH value

2.5 多孔碳修飾量的優(yōu)化

分別以 2 μL、3 μL、4 μL、5 μL、6 μL 的 1.0 mg/mL多孔碳修飾金剛石電極制備多孔碳復合金剛石傳感器，以pH為7.5的0.1 mol/L PBS緩沖溶液為支持電解質，對1.0×10-4mol/L的兒茶酚進行循環(huán)伏安掃描，其結果見圖6、圖7。

圖6 不同修飾量的金剛石電極在pH為7.5的0.1 mol/L PBS緩沖溶液中的循環(huán)伏安曲線Fig.6 Cyclic voltammetry of porous carbon-modified diamond electrode with different modification amount in 0.1 mol/L PBS buffer（pH 7.5）

由圖7可知，隨著多孔碳修飾量的增加，氧化峰電流先增加后減小，當修飾量為4 μL時，Ip值最大，為3.425×10-6A。這可能是由于隨著修飾量的增加，材料在電極表面堆積，影響電子轉移速率。因此多孔碳修飾量選為4 μL。

2.6 重復性試驗

在優(yōu)化條件下，以多孔碳修飾的金剛石電極為工作電極，對1.0×10-4mol/L的兒茶酚進行連續(xù)10次循環(huán)伏安掃描，其結果如圖8和表1所示。

由圖8和表1可知，在優(yōu)化條件下對多孔碳修飾的金剛石電極進行連續(xù)10次循環(huán)伏安掃描，其相對標準偏差為1.83%，說明多孔碳復合金剛石傳感器具有良好的重現(xiàn)性。

圖7 CC峰電流與修飾量的關系Fig.7 Relationship between CC peak current and modification amount

圖8 電極重復掃描10次后的循環(huán)伏安曲線Fig.8 Cyclic voltammetry of electrode after being scanned repetitively for ten times

表1 10次重復性試驗Table 1 Repetitive experiments for 10 times

2.7 標準曲線的繪制

在上述條件下，采用循環(huán)伏安法在多孔碳修飾的金剛石電極上對不同濃度的CC進行定量分析，其結果見圖9。

由圖9可知，兒茶酚在10～70 μmol/L的濃度范圍內與峰電流呈良好的線性關系，線性方程為：Y=0.027 52c-0.115 5，R2=0.998 3，相關性較好，符合試驗要求。

圖9 不同濃度的CC溶液與峰電流的線性關系Fig.9 Linear relationship between concentrations of catechol and peak current

2.8 實際樣品的檢測

在最優(yōu)條件下，取200 μL預處理樣品溶液加到5 mL pH為7.5的0.1 mol/L PBS緩沖液中，對其進行循環(huán)伏安掃描，結合標準曲線得出茶葉中兒茶酚的含量見表2。

表2 茶葉樣品中兒茶酚的測定Table 2 Determination of catechol in tea sample(n=3)

由表2可推知樣品中兒茶酚含量為17.39 mg/g。

3 結論

考察了多孔碳修飾的金剛石電極對兒茶酚的電催化作用。試驗證明，多孔碳材料由于其疏松多孔的結構特點，可增大金剛石電極的有效比表面積，增加導電性，提高電極的靈敏度。多孔碳金剛石復合電極對兒茶酚有良好的電催化作用。此法制備的多孔碳復合金剛石傳感器能有效地進行實際樣品的檢測，符合試驗要求，具有較高的實用價值。

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ELECTROCHEMICAL DETECTION METHOD OF CATECHOL IN TEA LEAVES

ZHANG Mingli，JIN Huali，JIANG Haiyang
（School of Food Science and Technology， Henan University of Technology， Zhengzhou 450001， China）

In this paper，the porous carbon diamond composite electrode was prepared and the catechol（CC）in tea was quantitatively analyzed by cyclic voltammetry.The type of electrolyte solutions， pH， and the modification amount of the porous carbon were optimized，and the results showed that the porous carbon diamond composite electrode had the highest sensitivity and the best catalytic activity when the modification amount of porous carbon was 4 μL in the presence of 0.1 mol/L PBS （pH 7.5）as electrolyte solution.Under the optimal conditions， the CC concentration had good linear relationship within 10 to 70 μmol/L， with linear regression regression equation of Y=0.027 52c-0.115 5，R2=0.998 3.The content of catechol in tea leaves was determined as 17.39 mg/g by using the standard curve.The porous carbon diamond composite electrode was used to conduct cyclic voltammetry continue scanning ten times in phosphate buffer solution including 1.0×10-4mol/L catechol， and results showed that the method（RSD 1.83%）had high repeatability and high precision.

diamond electrode；porous carbon；catechol；cyclic voltammetry；electrochemical detection

TS207.3

：B

1673-2383(2017)04-0052-05

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170828.0857.020.html

網絡出版時間：2017-8-28 8:57:19

2016-11-29

張明麗（1994—），女，河南鄭州人，碩士研究生，研究方向為食品工程與品質安全控制。

*通信作者