特丁基對(duì)苯二酚印跡電化學(xué)傳感器的構(gòu)建及性能研究

邢存懷,張改霞,馮明,,趙曉麗,,方莉,*,程芳琴

(1.山西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,山西 太原 030006;2.山西低附加值煤基資源高值利用協(xié)同創(chuàng)新中心,山西大學(xué) 資源與環(huán)境工程研究所,山西 太原 030006)

0 引言

特丁基對(duì)苯二酚(Tertiary Butylhydroquinone,TBHQ)是一種常見(jiàn)的食品抗氧化劑,具有抗氧化能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),常用于食品、藥品和化妝品中[1-2]。但是,過(guò)量的TBHQ抗氧化劑不僅會(huì)導(dǎo)致食品中營(yíng)養(yǎng)成分的流失,還會(huì)誘發(fā)細(xì)胞死亡,其代謝物甚至?xí)?dǎo)致細(xì)胞病變,對(duì)人體產(chǎn)生極大的危害[3]。中國(guó)食品添加劑標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定:TBHQ的最大使用量為0.2 g/kg(以油脂中的含量計(jì))。近年來(lái),用于檢測(cè)TBHQ的方法主要有色譜法[4-7]、色質(zhì)聯(lián)用法[8-10]、毛細(xì)管電泳分離與端柱電流檢測(cè)法[11-12]、電化學(xué)法[13-15]等。其中,電化學(xué)法具有靈敏度高、檢出限低、反應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)[16-20],但在實(shí)際樣品檢測(cè)中,電化學(xué)信號(hào)容易受到其他物質(zhì)的干擾,從而影響檢測(cè)的精確度[21]。

分子印跡技術(shù)(Molecular imprinted technique,MIT)是“精心裁制”具有特異選擇性材料的一種重要方法。通過(guò)該技術(shù)合成的分子印跡聚合物(Molecularly imprinted polymers,MIPs),由于含有大量尺寸與形狀一定、功能基團(tuán)排列順序也一定且與模板分子高度匹配的印跡空穴,因此對(duì)模板分子的結(jié)構(gòu)具有記憶功能,可以特異性地識(shí)別與結(jié)合模板分子[22]。MIPs具有穩(wěn)定性好、壽命長(zhǎng)、構(gòu)效預(yù)定性等優(yōu)點(diǎn),在物質(zhì)的識(shí)別、分離、富集與分析監(jiān)測(cè)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景[23]。特別是將分子印跡技術(shù)與電化學(xué)傳感器相結(jié)合制備的分子印跡電化學(xué)傳感器(Molecular imprinting electrochemical sensor,MIES),既有分子印跡技術(shù)特異識(shí)別性高、重復(fù)性好的特點(diǎn),又有電化學(xué)方法靈敏、高效和價(jià)格低廉的特點(diǎn),近年來(lái)逐漸引起了研究者們的關(guān)注[1-2]。

MIES的核心組成是分子印跡敏感膜,其制備方法主要包括表面涂覆法、自組裝法、原位引發(fā)聚合法和電化學(xué)聚合法[14],其中電聚合法裝置簡(jiǎn)單,條件易于控制,膜厚均勻,所制備的MIES具有響應(yīng)時(shí)間短、靈敏度高、選擇性好的特點(diǎn)[14,24]。Cui[14]等人以吡咯為單體,采用電聚合法制備了叔丁基羥基茴香醚(BHA)的MIES用于BHA的檢測(cè),其范圍在9×10-8～7×10-5mol·L-1,檢出限為7.63×10-8mol·L-1,具有良好的特異選擇性、優(yōu)異的穩(wěn)定性和良好的再現(xiàn)性。Tang 等人[15]通過(guò)電聚合在玻碳電極(GCE)表面上制備結(jié)晶紫(CV)的聚合膜,用于測(cè)定TBHQ時(shí)的線性范圍為5×10-7～1×10-4mol·L-1,檢測(cè)限為3×10-8mol·L-1(S/N=3),在維生素E、鄰苯二甲酸酯和檸檬酸中具有良好的特異性。由于多壁碳納米管(MWCNT)可以促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移,增強(qiáng)電化學(xué)測(cè)量的靈敏度[25-26],Dai[27]等人采用電聚合法在MWCNT改性GCE表面上分步修飾聚硫堇和鄰苯二胺,構(gòu)建了沒(méi)食子酸丙酯(PG)的MIES,以聚硫堇氧化還原介質(zhì)研究了MIES對(duì)PG的電化學(xué)響應(yīng)。發(fā)現(xiàn)其線性范圍為5.0×10-8～1.0×10-4mol·L-1,檢測(cè)限為2.4×10-8mol·L-1,在沒(méi)食子酸(GA)、TBHQ等干擾物存在下,對(duì)PG顯示出良好的特異識(shí)別性,以及優(yōu)異的重復(fù)性和穩(wěn)定性。Zhao等[28]通過(guò)電聚合在玻碳電極上構(gòu)建了聚酰胺磺酸和MWCNT復(fù)合改性電極,同時(shí)測(cè)定氫醌(HQ)和鄰苯二酚(CC)化合物。HQ(或CC)的線性濃度范圍為6.0×10-6～1.0×10-4mol·L-1(或6.0×10-6～1.8×10-4mol·L-1),相應(yīng)的檢測(cè)限為1.0×10-6mol·L-1。

本文以吡咯為功能單體、TBHQ為目標(biāo)分子,通過(guò)一步電聚合法在MWCNT修飾的GCE電極上制備了含TBHQ分子的聚吡咯印跡膜。采用循環(huán)伏安法(Cyclic Voltammetry,CV)、電化學(xué)阻抗法(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)和差分脈沖伏安法(differential pulse voltammetry,DPV)等手段,對(duì)所構(gòu)建的TBHQ分子印跡電化學(xué)傳感器的導(dǎo)電性以及對(duì)TBHQ分子的線性響應(yīng)、特異性、穩(wěn)定性以及重復(fù)性等進(jìn)行測(cè)試與表征。將制備的MIES用于實(shí)際樣品中TBHQ含量檢測(cè),獲得了滿意的結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 化學(xué)藥品及試劑

MWCNTs(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥95%,深圳市納米科技有限公司),高氯酸鈉(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥10%,山東佰仟化工有限公司);N,N二甲基甲酰胺(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%)、CH3CH2OH(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%)、H2SO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥95%)、HNO3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥90%)、特丁基對(duì)苯二酚(TBHQ,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥97%)、沒(méi)食子酸丙酯(PG,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)、沒(méi)食子酸(GA,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98.5%)、丁基化羥基苯甲醚(BHA,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)、沒(méi)食子酸乙酯(EG,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥98%)、對(duì)羥基苯甲酸乙酯(EPHB,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%)、對(duì)羥基苯甲酸丙酯(PPHB,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%)、吡咯(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%)等試劑均從Sigma Aldrich?購(gòu)買(mǎi)。所有溶液用去離子水制備。

1.2 MWCNT/GCE的復(fù)合電極的制備

首先,將1 g MWCNT和40 mL濃硫酸和濃硝酸(3∶1)加入100 mL三口燒瓶中,升溫至80℃,恒溫下磁力攪拌反應(yīng)4 h后冷卻、過(guò)濾,用去離子水反復(fù)洗滌、離心分離,在60℃下干燥3～4 h后得到羧基化的碳納米管(MWCNT-COOH)[29-30]。然后,將5 mg MWCNT-COOH加入1 mL N,N-二甲基甲酰胺中,超聲分散1 h,得到5 mg/mL的均勻分散液備用。將GCE電極打磨至鏡面,先后在水、乙醇和水中分別超聲處理5 min,取5 μL MWCNT分散液滴涂于GCE電極表面,在紅外燈下烘干溶劑,制得復(fù)合電極MWCNT/GCE。

1.3 TBHQ分子印跡電化學(xué)傳感器(MIES)的構(gòu)建

TBHQ分子印跡電化學(xué)傳感器(MIES)的構(gòu)建方法示意圖如圖1所示。

Fig.1 A schematic construction of MIES for TBHQ detection圖1 TBHQ分子印跡電化學(xué)傳感器的構(gòu)建示意圖

以甘汞電極為參比電極、Pt電極為對(duì)電極、MWCNT/GCE為工作電極,以含吡咯(0.1 mol·L-1)和TBHQ的高氯酸鈉溶液(0.1 mol·L-1)為電解液,采用三電極系統(tǒng),在電化學(xué)工作站(CHI660,上海辰華儀器有限公司)上采用CV法進(jìn)行電聚合,制備印跡膜[31-32]。TBHQ的濃度分別設(shè)定為0.04、0.06、0.08、0.1、0.12、0.14和0.16 mmol·L-1,掃描速率為100 mV/s,掃描電壓范圍為-0.2～0.85 V,得到含有TBHQ分子的印跡膜,標(biāo)記為T(mén)BHQ-MIP/MWCNT/GCE。

由于目標(biāo)分子的洗脫效果直接影響MIP中印跡空穴的產(chǎn)生和對(duì)目標(biāo)分子重新結(jié)合的效果。本文中的模板分子TBHQ采用電化學(xué)過(guò)氧化處理和溶劑洗脫相結(jié)合的方法去除,即以TBHQ-MIP/MWCNT/GCE為工作電極,設(shè)定電壓為-0.2～1.2 V,在PBS緩沖液中采用CV掃描5圈,將過(guò)氧化處理后的電極在純凈的乙醇溶液中靜置10 min,以洗脫模板分子。洗脫效果通過(guò)紫外吸收光譜(TU-1900型雙光束UV-vis分光光度計(jì),北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)進(jìn)行檢測(cè),如圖2所示。其中,a為T(mén)BHQ-MIP/MWCNT/GCE印跡薄膜修飾電極經(jīng)電化學(xué)過(guò)氧化洗脫后,在純乙醇溶液中浸漬10 min后,所得乙醇溶液的UV曲線;b為第二次浸漬10 min后得乙醇溶液的UV曲線。從a曲線上可看到,289 nm處有明顯的TBHQ特征峰[33-34],說(shuō)明TBHQ被成功洗脫到乙醇溶液中。而b曲線相應(yīng)波長(zhǎng)處的吸收峰消失,證實(shí)所有的模板分子通過(guò)一次浸漬就完全被洗脫。最后,將模板分子TBHQ完全洗脫后,烘干溶劑乙醇,制得TBHQ分子印跡電化學(xué)傳感器,標(biāo)記為MIP/MWCNT/GCE。為了對(duì)比,不含模板分子的電極也以同樣的方法制備,只是不加入模板分子TBHQ,標(biāo)記為NIP/MWCNT/GCE。

1.4 電化學(xué)表征與測(cè)試

First elution (a) and the second elution (b)Fig.2 UV spectra of ethanol eluants of TBHQ-MIP/MWCNT/GCE(a)一次洗脫,(b)二次洗脫圖2 TBHQ-MIP/MWCNT印跡膜乙醇洗脫液的UV圖譜

在電化學(xué)工作站(CHI660,Chenhua Company,Shanghai,China)上進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,以三電極為測(cè)試系統(tǒng)(玻碳電極為工作電極,甘汞電極為參比電極,Pt電極為對(duì)電極),所有電化學(xué)測(cè)試前,洗凈所用的電解池(用濃硫酸和高錳酸鉀的混合液浸泡),GCE電極打磨至鏡面,電解液通N2除氧15 min。

循環(huán)伏安測(cè)試采用的電解液是含5 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]的0.1 mol/L-1KCl溶液,掃描范圍為:-0.1～0.7 V,掃描速率為50 mV/s。

電化學(xué)阻抗測(cè)試是在含5 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]和5 mmol·L-1K4[Fe(CN)6]的0.1 mol·L-1KCl溶液中進(jìn)行的。由于DPV測(cè)試的背景電流小,具有比CV更高的靈敏度,本論文采用DPV測(cè)試來(lái)表征MIES的線性范圍和檢出限。為了得到最佳的線性檢測(cè)范圍,測(cè)試前對(duì)DPV的參數(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的優(yōu)化,結(jié)果列于表1。在選定的優(yōu)化參數(shù)條件下,向pH值為7的PBS空白電解液中依次加入不同濃度的TBHQ溶液,以MIP/MWCNT/GCE為工作電極,測(cè)試其DPV響應(yīng)。

表1 DPV參數(shù)的優(yōu)化

為研究MIP/MWCNT/GCE的特異選擇性,PG、BHT、對(duì)羥基苯甲酸乙酯(EPHB)和對(duì)羥基苯甲酸丙酯(PPHB)幾種結(jié)構(gòu)性能類似的物質(zhì)被選為干擾物,然后分別測(cè)試MIES對(duì)相同濃度目標(biāo)分子和結(jié)構(gòu)類似物質(zhì)DPV響應(yīng)進(jìn)行表征。

重復(fù)性能是通過(guò)研究多次重復(fù)使用目標(biāo)分子DPV響應(yīng)峰電流的變化及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差的大小。穩(wěn)定性能測(cè)試是研究將傳感器放置14 d后其對(duì)相同濃度的目標(biāo)分子響應(yīng)電流的變化。

1.5 實(shí)際樣品檢測(cè)

為了評(píng)價(jià)構(gòu)建MIES 的實(shí)際應(yīng)用性,我們測(cè)試了實(shí)際樣品中目標(biāo)分子的含量。通過(guò)加標(biāo)回收法研究了食品中抗氧化劑的含量。一定量的目標(biāo)物質(zhì)(TBHQ、4-HR和PG)加入到樣品中(其濃度為0.5和1.0 μmol·L-1),采用DPV測(cè)試目標(biāo)分子的峰電流。

2 結(jié)果與討論

2.1 模板分子TBHQ濃度對(duì)MIP/MWCNT/GCE性能的影響

圖3為不同TBHQ濃度下構(gòu)建的MIP/MWCNT/GCE傳感器在含TBHQ的PBS溶液中(5×10-6mol·L-1) 的DPV峰電流圖(設(shè)定掃描圈數(shù)為15圈)。從圖中可以看到,隨著模板分子TBHQ濃度增加,所構(gòu)建的傳感器MIP/MWCNT/GCE對(duì)TBHQ響應(yīng)的峰電流逐漸增強(qiáng),當(dāng)TBHQ濃度為0.1 mmol·L-1時(shí)達(dá)到最大值,然后逐漸減小,當(dāng)TBHQ濃度為0.16 mmol·L-1時(shí)達(dá)到最小值。這是由于當(dāng)TBHQ濃度太低時(shí),可交聯(lián)到聚吡咯表面的目標(biāo)分子數(shù)目偏少,因此洗脫后印跡膜上形成的空穴數(shù)目少,能夠被印跡到空穴中的TBHQ分子數(shù)目也少,這就導(dǎo)致DPV峰電流偏低;而當(dāng)目標(biāo)分子濃度過(guò)大時(shí),在聚吡咯印跡膜表面形成的空穴過(guò)多,導(dǎo)致印跡膜穩(wěn)定性降低,不利于目標(biāo)分子在空穴中的重新結(jié)合[35]。據(jù)此,選擇最適合的TBHQ濃度為0.1 mmol·L-1。

Fig.3 DPV peak currents of the MIP/MWCNT/GCE sensors constructed with different TBHQ concentration in a PBS solution containing TBHQ (5×10-6mol·L-1).圖3 不同TBHQ濃度下構(gòu)建的MIP/MWCNT/GCE傳感器在含TBHQ的PBS溶液中(5×10-6mol·L-1) 的DPV峰電流圖

2.2 聚吡咯印跡膜厚度及電聚合速度對(duì)MIP/MWCNT/GCE性能的影響

圖4A、4B分別為不同聚吡咯印跡膜厚度(以不同CV掃描圈數(shù)衡量)以及不同電聚合速度時(shí)(TBHQ濃度為0.1 mmol·L-1),所構(gòu)建的MIP/MWCNT/GCE傳感器在含TBHQ的PBS溶液中(5×10-6mol·L-1) 的DPV峰電流圖。

Fig.4 DPV peak currents of the MIP/MWCNT/GCE sensors constructed with(A) different MIP thickness (based on different cycles of scan) and (B) different scan rate in a PBS solution containing TBHQ (5×10-6mol·L-1).圖4 (A)不同聚吡咯印跡膜厚度(以不同CV掃描圈數(shù)衡量)、 (B)不同掃描速率下構(gòu)建的MIP/MWCNT/GCE傳感器在含TBHQ的PBS溶液中(5×10-6mol·L-1) 的DPV峰電流圖

由于所形成的聚吡咯印跡膜的厚度與CV掃描圈數(shù)直接相關(guān),因此以CV掃描圈數(shù)代替聚吡咯膜的厚度。從圖4(A)可知,所構(gòu)建的傳感器在含TBHQ的PBS溶液中的DPV峰電流隨著掃描圈數(shù)的增加呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì),當(dāng)掃描15圈時(shí),所得MIP/MWCNT/GCE傳感器對(duì) TBHQ響應(yīng)的峰電流值最大。事實(shí)上,印跡膜的厚度對(duì)傳感器的性能影響很大。當(dāng)掃描圈數(shù)少,所形成的印跡膜太薄、強(qiáng)度太低,導(dǎo)致印跡膜易破裂而從電極表面脫落;掃描圈數(shù)過(guò)多,形成的聚合物印跡膜太厚,導(dǎo)致模板分子難以洗脫[35]。在最佳掃描圈數(shù)為15圈時(shí),所形成的聚吡咯印跡膜效果最好。

從圖4(B)中不同CV掃描速率條件下構(gòu)建的MIP/MWCNT/GCE傳感器,在含TBHQ的PBS溶液中的DPV峰電流也是先增強(qiáng)后減小,在掃速為100 mV/s時(shí),DPV峰電流達(dá)到最大,說(shuō)明掃描速率對(duì)傳感器印跡膜的影響顯著。當(dāng)電聚合速率較慢時(shí),形成的印跡膜過(guò)于致密,模板分子難以洗脫,不易形成印跡空穴;而掃描速率過(guò)快時(shí),一方面形成的聚合物膜結(jié)構(gòu)松散、穩(wěn)定性差,另一方面,在吡咯快速聚合的過(guò)程中,由于模板分子與吡咯間的氫鍵作用力弱,使得模板分子不能及時(shí)鍵合于聚吡咯膜中,難以形成足夠的印跡空穴[36]。在此,最佳掃描速率為100 mV/s。

2.3 不同酸度下MIP/MWCNT/GCE對(duì)目標(biāo)分子TBHQ的響應(yīng)

傳感器對(duì)目標(biāo)分子的電化學(xué)響應(yīng)與電解質(zhì)溶液的pH值有極大的關(guān)系。圖5為所制備的傳感器MIP/MWCNT/GCE在含有TBHQ的PBS緩沖液中的DPV峰電流隨溶液pH值的變化曲線。顯然,DPV峰電流在緩沖液的pH值為7時(shí)達(dá)到最大值,說(shuō)明溶液為中性時(shí)對(duì)TBHQ的電化學(xué)響應(yīng)最強(qiáng);當(dāng)pH小于7,隨著酸度增大,DPV峰電流急劇減小,這可能是因?yàn)閷?dǎo)電印跡膜在強(qiáng)酸性條件下可能會(huì)被破壞,導(dǎo)致電流響應(yīng)下降;當(dāng)pH大于7,DPV峰電流隨著堿性增強(qiáng)同樣變?nèi)?可解釋為堿性條件對(duì)TBHQ反應(yīng)的促進(jìn)作用,導(dǎo)致TBHQ分子難以鍵合于印跡空穴中,從而降低了電流響應(yīng)值[37]。在此,控制PBS緩沖溶液的pH值為7。

Fig.5 Current response of the sensor to TBHQ in PBS solution with different pH.圖5 PBS緩沖液pH值對(duì)TBHQ檢測(cè)的影響

2.4 MIP/MWCNT/GCE的電化學(xué)表征

MIP/MWCNT/GCE傳感器的導(dǎo)電性能可進(jìn)一步通過(guò)MIP/MWCNT/GCE傳感器電極及其他電極在含K3[Fe(CN)6](5 mmol·L-1)KCl溶液中的循環(huán)伏安曲線,在含5 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]和K4[Fe(CN)6]的0.1 mol·L-1KCl溶液中進(jìn)行Nyquist交流阻抗譜表征,結(jié)果如圖6A、6B所示。

GCE (a),MWCNT/GCE (b),TBHQ-MIP/MWCNT/GCE (c),MIP/MWCNT/GCE (d),NIP/MWCNT/GCE (e)Fig.6 CVs(A)and EIS of the electrodes(B) in 5 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]GCE (a),MWCNT/GCE (b),TBHQ-MIP/MWCNT/GCE (c),MIP/MWCNT/GCE (d),NIP/MWCNT/GCE (e)圖6 電極在5 mmol·L-1K3[Fe(CN)6]溶液中的CV(A)和電化學(xué)阻抗(B)表征

對(duì)比圖6(A)中的a、b兩條曲線可看出,MWCNT修飾后的電極在K3[Fe(CN)6]溶液中的氧化還原峰(圖6(A),b)比GCE裸電極(圖6(A),a)增強(qiáng)了3倍多,且峰電位差變小,說(shuō)明GCE表面修飾MWCNT有利于電子的傳導(dǎo),提高了電極的導(dǎo)電性。吡咯電聚合得到的TBHQ-MIP/MWCNT/GCE印跡膜的K3[Fe(CN)6]氧化還原峰急劇減弱(圖6A,c),可歸因于覆蓋于電極表面的吡咯膜和模板分子對(duì)離子和電子傳輸?shù)淖璧K作用,導(dǎo)致K3[Fe(CN)6]難以達(dá)到電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng),沒(méi)有加載模板分子的電極NIP/MWCNT/GCE具有相似的結(jié)果(圖6A,e)。當(dāng)模板分子TBHQ被洗脫后(MIP/MWCNT/GCE),在印跡膜表面產(chǎn)生大量的空穴,有利于離子和電子擴(kuò)散到電極表面[38],因此K3[Fe(CN)6]氧化還原峰顯著增強(qiáng)(圖6A,d),說(shuō)明所制備的傳感器具有很好的導(dǎo)電性。

電化學(xué)阻抗是研究電極表面修飾材料的界面性質(zhì)以及電子轉(zhuǎn)移阻抗的重要手段。從圖6B中的Nyquist阻抗譜看到,GCE的EIS圖譜(圖6B,a)包括高頻區(qū)的半圓部分和低頻區(qū)的直線部分,說(shuō)明在電極表面發(fā)生的電極過(guò)程是由電化學(xué)反應(yīng)(電荷傳遞)和擴(kuò)散過(guò)程(反應(yīng)物或產(chǎn)物的擴(kuò)散)混合控制的[39-40]。在GCE表面修飾MWCNT后,高頻區(qū)半圓消失(圖6B,b),說(shuō)明電極表面的電阻值顯著降低,導(dǎo)電性增強(qiáng),電極過(guò)程主要由擴(kuò)散控制。TBHQ-MIP/MWCNT/GCE (圖6B,c)和NIP/MWCNT/GCE (圖6B,e)具有與GCE相似的EIS圖譜,只是半圓的直徑更大,說(shuō)明電阻增大,電荷傳遞速度減慢,其原因與圖6A分析的結(jié)果一致。洗脫TBHQ模板分子后,印跡空穴的形成傳質(zhì)和電子轉(zhuǎn)移提供了有效通道,MIP/MWCNT/GCE (圖6B,d)的EIS圖譜半圓消失,電阻值減小,導(dǎo)電能力增強(qiáng)。

2.5 線性范圍測(cè)試

圖7A為所制備的MIP/MWCNT/GCE在含不同濃度TBHQ的PBS溶液中的DPV響應(yīng)結(jié)果。顯然,隨著TBHQ濃度的增加,DPV的峰電流逐漸增強(qiáng),這是由于隨著目標(biāo)分子TBHQ濃度增加時(shí),有更多的TBHQ分子通過(guò)MIP膜中的印跡空穴擴(kuò)散到達(dá)電極表面,實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)。圖7B為對(duì)應(yīng)TBHQ的線性校準(zhǔn)曲線,分別在2×10-8～1×10-5mol·L-1和1×10-5～1×10-4mol·L-1范圍內(nèi),TBHQ的峰電流隨濃度增大呈線性關(guān)系[41],R2分別為0.995和0.996,檢出限是1×10-8mol·L-1(S/N=3)。

Fig.7 DPVs (A) and the corresponding linear fitting (B) of the prepared MIESin the PBS solution with different TBHQ concentration圖7 MIES在不同濃度TBHQ的PBS溶液中(pH=7)的DPV圖(A)及相應(yīng)的線性擬合圖(B)

2.6 特異選擇性

圖8為MIP/MWCNT/GCE和NIP/MWCNT/GCE對(duì)含濃度均為5×10-6mol·L-1的TBHQ和其他干擾物的DPV響應(yīng)。從圖中明顯看出,與BHT、EPHB和PPHB相比,MIP/MWCNT/GCE對(duì)TBHQ分子顯示很好的選擇性,其峰電流值是其他結(jié)構(gòu)類似干擾物的4倍以上。但是,MIP/MWCNT/GCE對(duì)PG的響應(yīng)要高于其他物質(zhì),這可能是由于PG分子比其他物質(zhì)更易發(fā)生氧化還原反應(yīng)。此外,NIP/MWCNT/GCE對(duì)5種物質(zhì)的DPV響應(yīng)的峰電流值差別不大,說(shuō)明對(duì)TBHQ分子的印跡沒(méi)有特異選擇性。

Fig.8 Current responses of the TBHQ-imprinted sensor to TBHQ BHT,PG,EPHB and PPHB圖8 MIES對(duì)TBHQ、BHT、PG、EPHB和PPHB(濃度均為5×10-6mol·L-1)響應(yīng)電流

2.7 重復(fù)使用性和穩(wěn)定性

通過(guò)多次洗脫后測(cè)試研究該傳感器的重復(fù)使用性,制備MIP/MWCNT/GCE在含5×10-6mol·L-1TBHQ的PBS緩沖溶液中測(cè)試DPV響應(yīng),電化學(xué)測(cè)試后利用乙醇浸泡洗脫MIP中的模板TBHQ,紅外燈下烘干,重新進(jìn)行DPV測(cè)試,重復(fù)10次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:第10次檢測(cè)TBHQ的峰電流減小了95%,10次測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.32%,說(shuō)明MIP/MWCNT/GCE傳感器具有很好的重復(fù)使用性。

MIES的穩(wěn)定性直接關(guān)系到檢測(cè)的效果,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)定放置一段時(shí)間后的MIP/MWCNT/GCE對(duì)5×10-6mol·L-1TBHQ的電流響應(yīng)性表征該傳感器的穩(wěn)定性。將制備好的 MIP/MWCNT/GCE 放置7 d后,其峰電流響應(yīng)降低至原來(lái)的96%,放置14 d后,降為原來(lái)的95%,多次測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.16%,顯示該傳感器穩(wěn)定性好。

2.8 實(shí)際樣品中TBHQ測(cè)試

通過(guò)加標(biāo)回收法[42-43]檢測(cè)實(shí)際樣品中TBHQ的含量。MIP/MWCNT/GCE對(duì)3種方便面中TBHQ含量的檢測(cè)結(jié)果如表2,對(duì)TBHQ的加標(biāo)回收率在93%～102%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差1.62%～3.30%。

表2 實(shí)際樣品中TBHQ的檢測(cè)(n=3)

3 結(jié)論

本文采用一步電聚合法在碳納米管表面構(gòu)建了TBHQ分子印跡電化學(xué)傳感器MIP/MWCNT/GCE,并研究了傳感器的線性響應(yīng)范圍和實(shí)際應(yīng)用性。構(gòu)建的TBHQ分子印跡電化學(xué)傳感器對(duì)TBHQ線性檢測(cè)范圍分別是2×10-8～1×10-5mol·L-1和1×10-5～1×10-4mol·L-1,線性相關(guān)系數(shù)分別為0.995和0.996,檢出限為1×10-8mol·L-1(S/N=3)。與TBHQ結(jié)構(gòu)相似的抗氧化劑PG、BHT、EPHB和PPHB等相比,該MIES對(duì)TBHQ的響應(yīng)電流是其他類似物質(zhì)的4倍左右,顯示良好的特異選擇性,且重復(fù)使用性和穩(wěn)定性較好。利用該分子印跡電化學(xué)傳感器研究實(shí)際樣品中TBHQ的含量,加標(biāo)回收率為93%～102%,能避免實(shí)際食品中其他物質(zhì)的干擾,有針對(duì)性的檢測(cè)TBHQ含量。