零流電位法對4-氨基聯(lián)苯的檢測

馬明明,梁娟麗,蘇新科，劉 佳

(西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

4-氨基聯(lián)苯(4-ABP)最早發(fā)現(xiàn)于香煙煙霧中[1-2]，易造成泌尿系統(tǒng)癌癥[3],嚴(yán)重危害人體健康，已被許多國家列為主要環(huán)境污染物，因此監(jiān)測4-ABP的含量十分重要。目前，檢測4-ABP的方法主要有液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[3-6]、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[7]、高效液相色譜法[8]、離子色譜熒光檢測法[9]等。但上述方法檢測前處理復(fù)雜，儀器設(shè)備昂貴，檢測成本高，不易實現(xiàn)快速現(xiàn)場分析檢測，因此有必要建立新型的4-ABP快速檢測方法。

零流電位法是一種新型的界面電位傳感技術(shù)，目前已用于聯(lián)苯胺[10]、4-氨基偶氮苯[11]、鄰甲苯胺[12]、人血清白蛋白[13-14]、Ce4+及牛血清白蛋白[15-16]、工業(yè)廢水中Hg2+[17]、酸度[18]等的檢測，但未見用于測定4-ABP的報道。分子印跡聚合物(MIP)綠色環(huán)保[19]，選擇性和親合力好[20]，因此本文以丙烯酸為功能單體，4-ABP為模板分子，在鉛筆芯電極表面制備4-ABP分子印跡聚合物(4-ABP-MIP)，并將該MIP電極用于4-ABP的零流電位法檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CHI610D型電化學(xué)工作站(上海辰華儀器廠)；KQ-250DB型數(shù)控超聲波清洗器(上海昆山儀器有限公司)；Quanta-450-FEG型場發(fā)射掃描電鏡儀(美國FEI公司)。

4-氨基聯(lián)苯、4-氨基偶氮苯、對氯苯胺(阿拉丁試劑)；丙烯酸(天津市福晨化學(xué)試劑廠)；聯(lián)苯胺(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)；鄰甲苯胺(上海山撲化工有限公司)；2B鉛筆(中國第一鉛筆有限公司)；絕緣膠水(撫順哥倆好化學(xué)有限公司)。所用試劑均為分析純，實驗用水為去離子水。

1.2 電極的制備

1.2.1PGE的制作與預(yù)處理將2B鉛筆芯截成長度為2 cm的小段，放入石蠟溶液中煮沸30 min后取出，用稱量紙拋光；將兩根銅絲分別纏繞在鉛筆芯兩端并用膠水固定(導(dǎo)電體長度固定)構(gòu)成鉛筆芯電極。以無水乙醇超聲洗滌除去電極表面的雜質(zhì)，晾干備用。

1.2.24-ABP-MIP/PGE的制備將上述處理好的PGE作為工作電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，置于含1.0×10-3mol/L 4-氨基聯(lián)苯、4.0×10-3mol/L丙烯酸的磷酸鹽緩沖溶液(PBS，pH 7.17)中，在-1.6～1.6 V范圍內(nèi)以0.1 V·s-1掃描速率循環(huán)掃描16圈后，取出PGE用水清洗數(shù)次，再將其置于無水乙醇中超聲振蕩清洗6 min，即得4-ABP分子印跡聚合物修飾的鉛筆芯電極(4-ABP-MIP/PGE)，制備過程見圖1。

1.2.3實驗方法將工作電極和輔助電極端分別與4-ABP-MIP/PGE的兩端連接，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，同時浸沒在含一定濃度4-ABP的PBS(pH 7.17)中，以0.1 V·s-1在-1.6～1.6 V電位范圍內(nèi)線性掃描，在I～E曲線上記錄電流I為零的電位EZCP(零流電位)。

2 結(jié)果與討論

2.1 4-ABP-MIP/PGE制備參數(shù)的優(yōu)化

支持電解質(zhì)的pH值、掃描電位范圍、模板分子濃度及其與功能單體的濃度比、掃描圈數(shù)、洗脫時間等對印跡聚合物的印跡空穴活性點(diǎn)數(shù)量和分布均會產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致其零流電位響應(yīng)的差異，因此本實驗考察了上述條件對印跡聚合物零流電位的影響。由于4-ABP-MIP/PGE印跡吸附結(jié)合模板分子4-ABP的過程中，修飾電極的界面電位會發(fā)生變化，當(dāng)零流電位變化最大時印跡吸附結(jié)合作用最強(qiáng)，所以采用零流電位的差值ΔEZCP(ΔEZCP=E結(jié)合后-E結(jié)合前)優(yōu)化制備條件。實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PBS的pH值為7.17、4-ABP與丙烯酸的濃度比為1∶4、掃描電位范圍為-1.6～1.6 V、掃描圈數(shù)為16圈、4-ABP濃度為1.0×10-3mol/L、洗脫時間為6 min時，ΔEZCP最大，說明在上述條件下制備出的印跡聚合物印跡空穴最多，對模板分子的選擇性吸附最大。

2.2 4-ABP-MIP/PGE的選擇性

由于結(jié)構(gòu)上的相似性，4-氨基偶氮苯(4-AAB)、對氯苯胺(PCA)、聯(lián)苯胺(BZ)、鄰甲苯胺(OT)等與4-ABP結(jié)構(gòu)相近的物質(zhì)可能被印跡聚合物吸附，從而影響印跡電極對4-ABP的選擇性吸附，因此分別考察了4-ABP-MIP/PGE對同濃度(1.0、30 μmol/L)的4-ABP及上述結(jié)構(gòu)相似物的印跡吸附容量(印跡吸附容量=ΔE/E0，ΔE為修飾電極在4-ABP中的零流電位值與其在空白PBS溶液中零流電位值的差值，E0為修飾電極在空白PBS中的零流電位值)。結(jié)果表明，修飾電極對4-ABP的印跡吸附容量最大，說明上述結(jié)構(gòu)相似物不干擾4-ABP測定；此外，廢水中常見無機(jī)離子的ΔE幾乎為零，印跡吸附容量接近零。因此制備的4-ABP-MIP/PGE對4-ABP具有高的選擇性識別能力。

2.3 4-ABP-MIP/PGE的零流電位響應(yīng)與表面形貌

考察不同電極在含相同濃度4-ABP溶液和空白溶液中的EZCP變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PGE和未洗脫的4-ABP-MIP/PGE的EZCP幾乎無變化，而洗脫6 min后4-ABP-MIP/PGE的EZCP變化較大，洗脫10 min后其EZCP不穩(wěn)定。采用掃描電鏡研究了PGE、未洗脫4-ABP-MIP/PGE、洗脫6 min的4-ABP-MIP/PGE、洗脫10 min的4-ABP-MIP/PGE 4個電極的表面形貌。由于鉛筆芯的主要組分為石墨和黏土，因此PGE表面呈無序的片層結(jié)構(gòu)(圖2A)；未洗脫4-ABP-MIP/PGE的表面相對平展、均一(圖2B)，因此溶液中的4-ABP很難被這兩種表面吸附，EZCP幾乎不變；洗脫6 min后的4-ABP-MIP/PGE表面具有印跡位點(diǎn)的空洞(圖2C)，可對溶液中4-ABP進(jìn)行印跡再吸附結(jié)合，導(dǎo)致MIP界面的電位變化大，因而4-ABP-MIP/PGE的EZCP變化顯著；洗脫10 min后的4-ABP-MIP/PGE，因過度洗脫而使得電極表面粗糙甚至被破壞(圖2D)，從而導(dǎo)致EZCP不穩(wěn)定。因此，實驗選擇最佳洗脫時間為6 min。

圖2 不同電極的掃描電鏡圖Fig.2 SEM images of different electrodesA.PGE,B.4-ABP-MIP/PGE (no washing)，C.4-ABP-MIP/PGE(washing 6 min)，D.4-ABP-MIP/PGE(washing 10 min)

2.4 分析應(yīng)用

圖3 傳感器在不同濃度;4-ABP中的I～E曲線Fig.3 I-E curves for sensor in different concentrations of 4-ABPinsert:the linear plot of EZCP and lgc4-ABP;4-ABP concentration(a-i):0.005,0.01,0.05,0.1,0.5,1.0,5.0,10,50 μmol/L

2.4.1傳感器的精密度與穩(wěn)定性用同一傳感器連續(xù)平行6次測定1.0×10-7mol/L的 4-ABP，測得零流電位值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為0.23%，說明印跡電極精密度好；間隔30 d后，用該傳感器測定同一濃度的4-ABP，響應(yīng)值與初始值僅相差0.001 3 V，變化率為1.3%，表明傳感器具有良好穩(wěn)定性。

2.4.2標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限用4-ABP-MIP/PGE以零流電位法對不同濃度的4-ABP進(jìn)行檢測(圖3)。結(jié)果顯示，隨著4-ABP濃度的增加，4-ABP-MIP/PGE的零流電位逐漸正移；當(dāng)4-ABP濃度在0.005～50 μmol/L范圍內(nèi)時，零流電位值與4-ABP濃度的對數(shù)呈線性關(guān)系(圖3插圖)，線性方程為EZCP=0.015 55 lgc4-ABP+0.208 7(r=0.994 3)，按照3σ/k，計算得檢出限(LOD)為1.07 nmol/L。

表1 不同檢測方法測定4-ABP的結(jié)果比較Table 1 Comparison of different methods for the measurement of 4-ABP

表2 廢水中4-ABP的測定結(jié)果Table 2 Determination results of 4-ABP in waste water sample

2.4.3與其他方法的比較比較了本傳感器、超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(UPLC-MS/MS)、高效液相色譜法(HPLC)及離子色譜熒光檢測法(IC)測定4-ABP的線性范圍及檢出限(表1)。由表1可知，與其他傳感器相比，本傳感器的線性范圍最寬，檢出限最低。

2.4.4實際樣品的測定在最佳條件下，采用本方法對廢水樣品進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示廢水中未檢出4-ABP。在廢水樣品中分別加入0.1、0.5、1.0、5.0 μmol/L的4-ABP標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收實驗，平行測定3次，得樣品中4-ABP的平均回收率為96.0%～102%(表2)，結(jié)果滿意。

3 結(jié) 論

本文采用循環(huán)伏安法，通過零流電位法優(yōu)化制備條件，在低成本的鉛筆芯電極表面制備出4-ABP-MIP傳感器。該電極的印跡空穴重新吸附4-ABP后，4-ABP-MIP的界面結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致其零流電位發(fā)生變化，且零流電位值與4-ABP濃度的對數(shù)呈線性關(guān)系，因此可用于4-ABP檢測。本傳感器靈敏度高，選擇性好，且制作成本低，可用于廢水樣品中4-ABP的測定。