不同活化方法修飾碳電極檢測紅油中辣椒素含量的電化學(xué)研究

陸超群，陳星光，惲 寧，顧千輝,

（1.三只松鼠股份有限公司，安徽蕪湖 241000；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫 214000；3.南昌大學(xué)食品學(xué)院，江西南昌 330000）

辣椒素類物質(zhì)（Capsaicinoids）是辣椒堿類化合物的總稱，是從辣椒植物果實(shí)中得到的活性成分，其特點(diǎn)為辛辣[1-2]，因具有感官刺激性，常作為一種非常重要的食品添加劑在世界各地廣受歡迎[3]。其中辣椒素是其主要活性成分，具有調(diào)味、清除自由基、抗氧化、抗癌等活性[4-8]，在食品與醫(yī)藥領(lǐng)域被廣泛關(guān)注。在我國，因獨(dú)特的食辣文化，辣椒在川菜等菜品中廣泛應(yīng)用，其中紅油作為一種為食品提供色，香，味的重要辣椒制品，廣泛應(yīng)用于醬鹵肉制品、小吃、火鍋等領(lǐng)域，成為人們飲食生活中的重要組成部分，而辣椒素的含量常被用于描述辣椒、紅油等辣味產(chǎn)品的辛辣程度[9-10]。

辣椒素含量常用的測定方法有比色法[11]、高效液相色譜法[10]以及液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法[12]等。比色法操作繁瑣、費(fèi)時(shí)，準(zhǔn)確度和靈敏度不高。高效液相色譜法和液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法則具有檢測穩(wěn)定、準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)，常作為判定方法使用，但缺點(diǎn)是儀器昂貴，操作專業(yè)性強(qiáng)，檢測周期長[13-14]，不適合工廠在線檢測。電化學(xué)分析方法是一種根據(jù)待測物質(zhì)的電化學(xué)活性及其變化規(guī)律，建立以電流、電位及電量等物理量與待測物的計(jì)量關(guān)系，從而對組分進(jìn)行定性或定量的儀器分析方法[15]，因其經(jīng)濟(jì)易行、靈敏度高、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，成為研究的熱門領(lǐng)域之一。Yang 等[16]采用金磁微粒（GMP）修飾絲網(wǎng)印刷電極，利用Au-S 共價(jià)結(jié)合力在電極表面通過牛血清白蛋白富集檢測克倫特羅，其檢測限可達(dá) 0.22 ng/mL。Patricia 等[17]等用羧基化單壁碳納米管（SWNTCOOH）、CeO2以及十六烷基吡啶溴化物（CPB）修飾的玻碳電極（GCE）傳感器用于辣椒素含量檢測，檢測限可以達(dá)到0.028 μmol/L。這些傳感器的特點(diǎn)是檢測限低、靈敏度高，但傳感器制備工藝較復(fù)雜，需要通過大量實(shí)驗(yàn)篩選合適的傳感器材料，具有一定技術(shù)難度，且成本取決于所用材料的價(jià)格高低，不利于實(shí)際應(yīng)用，因此研究簡單易制備的傳感器具有一定價(jià)值。

本研究采用不同規(guī)格玻碳電極、石墨電極等碳基電極作為檢測材料，研究酸、堿、鹽活化方法對不同碳電極檢測辣椒素類物質(zhì)含量的影響，制備活化碳電極傳感器，用于檢測紅油中辣椒素類物質(zhì)的含量，比傳統(tǒng)電化學(xué)傳感器制備簡單，在辣椒素檢測領(lǐng)域尚無相關(guān)研究報(bào)道。并利用掃描電鏡、拉曼光譜等手段表征其活化過程微觀結(jié)構(gòu)變化，從微觀結(jié)構(gòu)角度解析活化電極檢測辣椒素原理機(jī)制，相關(guān)研究內(nèi)容尚未有報(bào)道出現(xiàn)。通過該方法構(gòu)建的電化學(xué)傳感器具有簡單、快速、低成本的特點(diǎn)，可用于紅油中辣椒素物質(zhì)含量的快速檢測，為紅油類產(chǎn)品辣度評價(jià)、產(chǎn)品穩(wěn)定提供可行性方案參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蜀香紅油 將天鷹椒與小米辣2 種辣椒炒制后打磨成粉（50 目），按1:1 比例取20 g 辣椒粉，加入150 ℃燒熱的大豆油180 g，邊加邊攪拌至溫度降至60 ℃以下，常溫下密封靜置20 h 后待用；辣椒素標(biāo)品 純度≥98%，成都曼思特生物科技有限公司；二氫辣椒素標(biāo)品、N -壬酸香草酰胺 純度≥95%，均采購自阿拉丁試劑（上海）有限公司；鹽酸、硫酸、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鈉、無水甲醇、鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、氯化鉀、氯化鈉、硫酸鎂、氫氧化鈉 均為分析純，采購自國藥集團(tuán)；實(shí)驗(yàn)室用水 均為超純水（18.2 MΩ·cm）；實(shí)驗(yàn)中使用溶液均為實(shí)驗(yàn)前現(xiàn)配。

CHI660D 型電化學(xué)工作站 海辰華儀器有限公司；三電極系統(tǒng) 上海仙仁儀器有限公司：石墨電極（Φ=2 mm ）、玻碳電極（Φ=2 mm 和3 mm）為工作電極，鉑盤電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極；MPLK-701 型數(shù)顯控溫磁力攪拌器 常州市金壇大地自動(dòng)化儀器廠；ME55 電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；FiveEasy Plus pH計(jì) 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；VELOCITY 14R 型高速冷凍離心機(jī) 南京茜美生物技術(shù)有限公司；DZF-6050AB 型真空干燥箱 上海力辰邦西儀器科技有限公司；KQ3200DA 型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；UPT-II-10T 超純水機(jī) 四川優(yōu)普超純科技有限公司；GeminiSEM 560 掃描電子顯微鏡 德國卡爾蔡司股份有限公司；Sigma300 X 射線能譜儀 德國卡爾蔡司股份有限公司；LCMS-5500 液質(zhì)聯(lián)用儀 沃特世科技（上海）有限公司；LabRAM HR800 拉曼光譜儀 法國HORIBA Jobin Yvon 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 活化電極的制備 采用三種不同的電化學(xué)方法，對打磨后的石墨電極（Φ=2 mm），玻碳電極（Φ=2 mm，3 mm）進(jìn)行活化處理：

酸活化[18-19]：以0.5 mol/L 的硫酸溶液為電解液，采用循環(huán)伏安法（CV）對以上電極進(jìn)行酸活化，活化條件為電位范圍-0.3～2.0 V，掃描速度0.1 V/s，掃描圈數(shù)20 段；

堿活化[20-21]：以1 mol/L 的NaOH 溶液為電解液，采用循環(huán)伏安法對以上電極進(jìn)行堿活化，活化條件為電位范圍-0.5～1.2 V，掃描速度0.1 V/s，掃描圈數(shù)20 段；

磷酸鹽活化[22-23]：以0.2 mol/L 的磷酸鹽溶液為電解液，采用循環(huán)伏安法對以上電極進(jìn)行磷酸鹽活化，活化條件為電位范圍-2.0～2.2 V，掃描速度0.1 V/s，掃描圈數(shù)20 段，pH5.0。

1.2.2 活化電極檢測辣椒素效果比較 選擇石墨電極（Φ=2 mm），玻碳電極（Φ=2 mm，3 mm）作為工作電極，采用循環(huán)伏安脈沖法和溶出伏安脈沖法（DPAdSV）檢測含有26.20 μmol/L 辣椒素的0.1 mol/L鹽酸電解液，研究了辣椒素在活化電極上的電化學(xué)行為。CV 的初始參數(shù)：電位范圍為0～1 V，掃描速率為0.1 V/s，靈敏度1.0×10-4A/V。DP-AdSV 的初始參數(shù)：沉積時(shí)間120 s，沉積電壓0.1 V，電位范圍為0.2～0.9 V，脈沖振幅為0.05 V，脈沖寬度為0.2 s，脈沖周期為0.4 s，平衡時(shí)間為2 s[24]。

1.2.3 活化條件對檢測辣椒素含量的影響 以石墨電極為工作電極、辣椒素檢測電流值為指標(biāo)，研究磷酸鹽活化條件對石墨電極檢測辣椒素含量的影響，設(shè)置參數(shù)為：在pH6，電位條件-1.0～2.2 V，活化時(shí)間10 段條件下，考察磷酸鹽溶液濃度（0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mol/L）的影響；在電解質(zhì)溶液濃度為0.2 mol/L，電位條件-1.0～2.2 V，活化時(shí)間10 段條件下，考察pH（3、4、5、6、7、8）的影響；在電解質(zhì)溶液濃度為0.2 mol/L，pH5，活化時(shí)間10 段條件下，考察活化電位（-1.5～2.2，-1～2.2，-2～2.2，-2～1.6，-2～1.0 V）的影響；在電解質(zhì)溶液濃度為0.2 mol/L，pH5，電位條件-2～2.2 V，考察活化時(shí)間（5、10、20、30、40 段圈數(shù)）的影響，檢測辣椒素的電解液為0.1 mol/L，pH 為1 的鹽酸溶液。

1.2.4 活化電極檢測辣椒素電化學(xué)機(jī)制研究 0.1 mol/L，pH 為1 的鹽酸溶液作為電解液，采用不同的掃描速率（25、50、100、200 和300 mV/s）對5 mmol/L 鐵氰化鉀溶液進(jìn)行CV 表征，CV 掃描條件為電位范圍為-0.2～0.6 V，掃描速率為0.1 V/s，靈敏度1.0×10-4A/V。對含26.20 μmol/L 辣椒素的鹽酸溶液進(jìn)行CV 掃描，參數(shù)條件為電位范圍為0～1 V，掃描速率為0.1 V/s，靈敏度1.0×10-4A/V[24]。

用0.10 mol/L 的鹽酸溶液作為pH1 的支持電解液，用PBS 溶液用于pH3～7 的支持電解液，使用CV 法在不同的pH（1、3、4、5、6、7）條件下對含49.12 μmol/L辣椒素的鹽酸溶液進(jìn)行CV 掃描。掃描參數(shù)條件的電位范圍為0～1 V，掃描速率為0.1 V/s，靈敏度1.0×10-4A/V。

1.2.5 電極活化結(jié)構(gòu)表征 在最優(yōu)條件下磷酸鹽活化石墨電極，活化后的電極在50 ℃下真空干燥至表面干燥無水分，采用掃描電子顯微鏡搭配X 射線能譜儀研究磷酸鹽活化石墨電極前后的微形貌及碳，氧，磷元素變化，儀器設(shè)置參數(shù)：加速電壓（EHT）為10 KV、測試倍數(shù)（mag）為10000 倍、工作距離（WD）為10.6 mm，積分時(shí)間10 s。采用拉曼光譜儀檢測磷酸鹽活化前后石墨電極表面的材料晶體缺陷特征情況，設(shè)置拉曼位移為500～2500 cm-1。

1.2.6 加標(biāo)回收率檢測 標(biāo)準(zhǔn)曲線制備：使用活化電極為工作電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極為參比電極，組成三電極體系檢測不同辣椒素濃度（5、10、20、40、80 μmol/L），每個(gè)樣本檢測3 次以上取平均值，檢測方法使用溶出伏安脈沖法，DP-AdSV 的參數(shù)條件[24]：沉積時(shí)間120 s，沉積電壓0.1 V，電位范圍為0.2～0.9 V，脈沖振幅為0.05 V，脈沖寬度為0.2 s，脈沖周期為0.4 s，平衡時(shí)間為2 s。根據(jù)IUPAC提供的方法計(jì)算出活化電極對辣椒素的檢測限[25]。

加標(biāo)回收率檢測：取2～5 g 紅油入大燒杯中，向燒杯中加入15 mL 無水甲醇，在60 ℃條件下超聲（100 W）30 min 后，采用10000 r/min 離心10 min，收集上清液。沉淀重復(fù)提取兩次，并將所有濾液一起收集，用無水甲醇溶液將提取液定容至50 mL 備用。提取液用0.22 μm 有機(jī)濾膜進(jìn)行過濾后，加入不同濃度（5、20、40 μmol/L）的辣椒素標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個(gè)濃度制備3 個(gè)平行樣品，采用DP-AdSV 法檢測3 次。將測得的響應(yīng)電流值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線中，計(jì)算得出辣椒素含量及加標(biāo)回收率。

國標(biāo)法對比：上述提取液經(jīng)0.22 μm 有機(jī)膜過濾，參考國標(biāo)法[12]采用液相色譜-質(zhì)譜法（LC-MS）檢測紅油中辣椒素含量并進(jìn)行加標(biāo)回收率計(jì)算。LCMS 測試條件為：掃描方式：正離子模式；檢測方式：多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）；干燥氣溫度：350 ℃；霧化氣壓力：207 kPa（30 psi）；干燥氣流量：9 L/min；毛細(xì)管電壓：4000 V。

1.2.7 抗干擾性及穩(wěn)定性檢測 將味精（80.20 μmol/L），蔗糖（43.82 μmol/L）和無機(jī)鹽離子（256.41 μmol/L Mg2+，K+，Na+，Cl-和SO42-）分別添加到終濃度49.12 μmol/L 辣椒素溶液中，采用DP-AdSV 檢測摻雜辣椒素溶液考察活化電極的抗干擾性能。將石墨電極活化后抽真空密封并存放在4 ℃條件下，在0，1，2 d 分別檢測20 μmol/L 辣椒素電解質(zhì)溶液，評價(jià)其穩(wěn)定性。

1.3 數(shù)據(jù)處理

以上實(shí)驗(yàn)均測定三次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，運(yùn)用SPSS 18.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素方差分析進(jìn)行顯著性差異分析，P＜0.05 認(rèn)為具有顯著性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖利用 Origin 2018 軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同活化電極對辣椒素檢測的影響

選擇石墨電極（Φ=3 mm），玻碳電極（Φ=2 mm，3 mm）作為工作電極，采用循環(huán)伏安法檢測含有26.20 μmol/L 辣椒素的0.1 mol/L 鹽酸電解液，考察不同活化方式對檢測辣椒素效果的影響。結(jié)果如圖1 所示，在磷酸鹽活化（A）、堿活化（B）和酸活化（C）中，石墨電極檢測辣椒素的電流值均最大，其次為Φ=3 mm 玻碳電極，Φ=2 mm 玻碳電極電流值最小，因此選擇檢測響應(yīng)最高的石墨電極作為傳感器碳材料。圖1D 是酸、堿、鹽活化后的石墨電極檢測辣椒素的效果比較，結(jié)果顯示活化后的檢測數(shù)值顯著增大，推測是電極經(jīng)活化后表面引入了含氧基團(tuán)，形成分子間氫鍵，提高了電極性能，使得辣椒素大量在電極表面被催化氧化，電子傳遞能力增強(qiáng)[23]。三種活化方式中，磷酸鹽的活化效果最好，辣椒素檢測數(shù)值最高，其次是堿活化方式，酸活化方式響應(yīng)值最小，故選擇磷酸鹽活化作為檢測辣椒素的最佳活化方式。

圖1 磷酸鹽活化（A），堿活化（B），酸活化（C）對不同電極的活化效果及不同活化方式的效果比較（D）Fig.1 Activation effects of phosphate activation (A), base activation (B), and acid activation (C) on different electrodes and the comparison of the effects of different activation modes (D)

2.2 磷酸鹽活化條件對檢測辣椒素含量的影響

圖2A～圖2D 分別為磷酸鹽濃度、pH、活化電位和活化時(shí)間（圈數(shù)）對石墨電極檢測辣椒素含量的影響，結(jié)果顯示在一定范圍內(nèi)，隨磷酸鹽濃度增加、pH 增大，電流值均為先增加后降低，磷酸鹽濃度在0.05～0.3 mol/L 范圍內(nèi)無顯著性差異，而濃度為0.4 mol/L 時(shí)活化效果顯著降低（P＜0.05），當(dāng)pH 為堿性時(shí)活化效果明顯下降，這與王長芹等[26]、李金金等[27]、馬榕等[28]學(xué)者報(bào)道的趨勢一致，也與課題組前期研究結(jié)果相近，均是在堿性條件下效果逐漸下降[24]，最優(yōu)pH5.0，最佳磷酸鹽濃度為0.2 mol/L。電位結(jié)果顯示磷酸鹽的活化對檢測影響顯著，最佳活化電位為-2.0～2.2 V，其余電位均會導(dǎo)致檢測值顯著下降。當(dāng)活化時(shí)間超過20 段后磷酸鹽活化石墨電極檢測辣椒素的數(shù)值無顯著變化，采用活化20 段作為最優(yōu)活化時(shí)間。綜上最優(yōu)活化條件為磷酸鹽濃度0.2 mol/L、pH5.0、電位范圍-2.0～2.2 V、掃描段數(shù)20。

圖2 不同磷酸鹽濃度（A），pH（B），電位條件（C），活化時(shí)間（D）條件對石墨電極檢測辣椒素的影響Fig.2 Influence of different phosphate concentrations (A), pH (B),potential conditions (C), and activation time (D) on the determination of capsaicin with graphite electrode

2.3 掃描速度對磷酸鹽活化石墨電極檢測辣椒素的影響

為了獲得參與電化學(xué)反應(yīng)的電子數(shù)，在不同的CV 掃描速率下分別掃描5 mmol/L 鐵氰化鉀溶液和26.20 μmol/L 辣椒素溶液。圖3A～圖3B 為不同掃速條件下活化電極在鐵氰化鉀中的電化學(xué)行為，從圖中可得隨著掃速的增加鐵氰化鉀峰電流逐漸增大，且氧化峰電流與掃速的平方根成正比，還原峰的峰電流與掃速的平方根成反比。圖3C～圖3D 為不同掃速條件下活化電極在辣椒素中的CV 表征，結(jié)果顯示，隨著掃速的增加辣椒素檢測峰電流逐漸增大，氧化還原峰的峰電流與掃速的平方根成線性關(guān)系，表明辣椒素在活化電極表面的催化反應(yīng)主要受擴(kuò)散控制，根據(jù)巴特勒-沃爾默方程[29]，經(jīng)計(jì)算磷酸鹽活化石墨電極檢測辣椒素參與電化學(xué)反應(yīng)的電子數(shù)為2。

圖3 不同掃速下磷酸鹽活化石墨電極在鐵氰化鉀溶液（A，B）和辣椒素（C，D）中的電化學(xué)行為Fig.3 Electrochemical behavior of phosphate-activated graphite electrodes in potassium ferricyanide solution (A, B) and capsaicin (C, D) at different sweeps

2.4 pH 對活化石墨電極檢測辣椒素的影響

為了獲得參與電化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)，使用CV法在不同的pH（1、3、4、5、6、7）下掃描49.12 μmol/L辣椒素溶液。如圖4 所示，隨著pH 的增大，活化電極檢測辣椒素的響應(yīng)值逐漸減小，電解液pH7 時(shí)，辣椒素響應(yīng)值幾乎為零，檢測辣椒素最佳支持電解液pH1。且結(jié)果顯示檢測峰電位與pH 成線性反比關(guān)系，曲線斜率為46 mV/pH，參考文獻(xiàn)[29]方法經(jīng)計(jì)算，活化電極檢測辣椒素過程中參與電化學(xué)反應(yīng)的質(zhì)子數(shù)為1。

圖4 磷酸鹽活化石墨電極在不同pH 中檢測辣椒素的循環(huán)伏安掃描表征（A）和電位、pH 的線性關(guān)系（B）Fig.4 Characterization of the CV behavior of capsaicin on phosphate-activated graphite electrodes in different pH (A) and linear relationship between potential and pH (B)

2.5 磷酸鹽活化石墨電極結(jié)構(gòu)表征

磷酸鹽活化石墨電極的電鏡掃描結(jié)果如圖5 所示，圖5A～圖5B 和圖5C～圖5D 分別為SEM 表征下1 和10 μm 掃描圖，由圖可知，磷酸鹽活化石墨電極對電極表面微觀結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生明顯改變（圖5A～圖5B），僅有部分磷酸鹽會電沉積在石墨電極表面形成白色結(jié)晶（圖5C～圖5D）。為進(jìn)一步考察磷酸鹽活化石墨電極前后表面元素含量的變化，實(shí)驗(yàn)采用能譜儀（ EDS） 進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖5E 和圖5F 所示。與磷酸鹽活化前相比，活化后的石墨電極表面的碳元素質(zhì)量百分比從99.2%減少至57%，而氧含量從約0.8%增加至 34.9%，磷元素由0%增加至8.1%。通過結(jié)果對比推測這種變化是由于石墨電極表面在磷酸鹽溶液中電化學(xué)活化所致，由此可推測磷酸鹽活化后的石墨電極檢測辣椒素電流值增大是因?yàn)榛罨笤黾恿穗姌O表面的含氧活性元素含量。

圖5 磷酸鹽活化石墨電極前（A, C, E）后（B, D, F）結(jié)構(gòu)SEM+EDS 表征Fig.5 SEM+EDS characterization of the structure before (A, C,E) and after (B, D, F) the phosphate-activated graphite electrode

圖6為磷酸鹽活化石墨電極前后的拉曼圖，其中D-峰代表的是C 原子晶的缺陷，G-峰代表的是C 原子sp2 雜化的面內(nèi)伸縮振動(dòng)，活化前復(fù)合物的ID/IG（0.90）值高于活化后 ID/IG（0.72），說明活化前比活化后有更多的缺陷位點(diǎn)，也進(jìn)一步證實(shí)了石墨電極經(jīng)磷酸鹽電化學(xué)活化后發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，表面基團(tuán)被氧化，含氧活性基團(tuán)增多[26]。

圖6 磷酸鹽活化石墨電極前后拉曼光譜檢測Fig.6 Raman spectroscopy detection before and after phosphate-activated graphite electrodes

2.6 加標(biāo)回收率檢測

如圖7 所示，活化石墨電極檢測辣椒素的線性方程為Ipa（μA）=0.5804C（μmol/L）-1.307，R2值為0.9996，檢測限為2.30 μmol/L。利用國標(biāo)法[12]《GB/T 40348-2021》提取蜀香紅油中的辣椒素含量，同時(shí)采用磷酸鹽活化的石墨電極及LCMS 檢測辣椒素含量，得出紅油樣品中辣椒素含量分別為118.10 mg/kg與107.62 mg/kg，誤差9.7%在可接受范圍內(nèi)。如表1所示，電化學(xué)方法加標(biāo)回收率為98.23%～112.60%，LC-MS 方法加標(biāo)回收率為92.45%～100.77%，磷酸鹽活化石墨電極檢測紅油中辣椒素含量具有方法可行性。

表1 紅油中不同辣椒素濃度加標(biāo)回收率檢測比較Table 1 Comparison of standard addition recovery experiments of different capsaicin content in red oil

圖7 磷酸鹽活化石墨電極檢測辣椒素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.7 Standard curve of capsaicin detection by phosphateactivated graphite electrode

2.7 抗干擾性和穩(wěn)定性

通過向辣椒素溶液中添加產(chǎn)品中常見的蔗糖，無機(jī)鹽離子，味精等干擾物考察活化電極檢測辣椒素的抗干擾性，結(jié)果如圖8A 所示，添加干擾物對辣椒素的響應(yīng)值影響相對于空白組在±5%以內(nèi)，表明產(chǎn)品中常見的干擾物對活化電極無顯著影響，磷酸鹽活化石墨電極檢測紅油中辣椒素含量具有較好的抗干擾性。如圖8B 所示，磷酸鹽活化石墨電極存放2 d后檢測辣椒素的電流值顯著（P＜0.05）下降，但存放1 d后檢測辣椒素的數(shù)值僅下降4.3%，表明磷酸鹽活化電極短時(shí)間內(nèi)具有一定的穩(wěn)定性。

圖8 活化石墨電極檢測辣椒素的抗干擾性（A）和穩(wěn)定性（B）Fig.8 Anti-interference properties (A) and stability of capsaicin(B) detected using activated graphite electrodes

3 討論

電化學(xué)檢測方法具有靈敏度高、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢，但其傳感器制備非常依賴材料的選擇，選擇工藝成熟、成本低廉的材料作為傳感器具有一定實(shí)用價(jià)值。通過分析發(fā)現(xiàn)，適合作辣椒素電化學(xué)檢測的傳感器主要由碳納米管、石墨等碳材料經(jīng)過修飾改性而來[24,29-31]，如Xu[24]利用碳納米管與環(huán)糊精修飾的玻碳電極檢測醬鹵肉制品中辣椒素含量，檢測限達(dá)到0.29 μmol/L，加標(biāo)回收率為83.2%～136.26%，具有較強(qiáng)的抗干擾性、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。本文研究結(jié)果也證實(shí)采用磷酸鹽活化石墨電極構(gòu)建傳感器可以用于檢測紅油中辣椒素含量，檢測限2.30 μmol/L，加標(biāo)回收率為98.23%～112.60%，雖然檢測限相比較已有碳材料傳感器[24]未能顯著提高，但制備成本及穩(wěn)定性優(yōu)勢顯著。

常規(guī)裸電極材料檢測辣椒素的數(shù)值較小，達(dá)不到檢測效果[7]，但進(jìn)行電化學(xué)活化后可以顯著提高檢測數(shù)值，本研究中采用酸、堿、鹽活化前后的數(shù)值分別增大4.9、8.6、11.2 倍，活化效果顯著，與金賽燕等[22]利用氨基甲酸銨和磷酸鹽緩沖液（PBS）復(fù)合活化裸玻碳電極檢測尿液中的多巴胺和尿酸提升效果相近。通過結(jié)果可見磷酸鹽濃度與活化效果并不是絕對的正比關(guān)系，當(dāng)磷酸鹽濃度過高時(shí)（≥0.4 mol/L）活化效果反而顯著下降，通過掃描電鏡觀察到電極表面會存在磷酸鹽附著現(xiàn)象（圖5D），由此推測磷酸鹽濃度過高時(shí)會在電極表面附著大量磷酸鹽使電極活性位點(diǎn)無法暴露出來，從而使活化效果下降。

前期研究表明，以碳材料為主的傳感器檢測辣椒素的機(jī)制為擴(kuò)散控制的準(zhǔn)可逆氧化還原反應(yīng)，通過捕獲辣椒素氧化還原反應(yīng)過程產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移電子達(dá)到檢測目的[24-25]。通過研究磷酸鹽活化的石墨電極檢測辣椒素的電化學(xué)行為，該傳感器檢測辣椒素的電化學(xué)行為與前期研究一致，表明碳材料在檢測辣椒素過程中具有相同或相似的反應(yīng)過程和原理。反應(yīng)過程有電子和質(zhì)子參與，其中電子數(shù)為2、質(zhì)子數(shù)為1，結(jié)合辣椒素本身屬于酰胺類化合物的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)路徑可能為酸性條件下的辣椒素氧化成鄰苯醌，鄰苯醌和兒茶酚之間發(fā)生可逆的還原氧化反應(yīng)[32-33]。進(jìn)一步研究顯示，電極表面在活化前后發(fā)生了顯著變化，含氧基團(tuán)含量顯著提升，表明磷酸鹽活化引入的含氧基團(tuán)，是電極活性提升、檢測效果增強(qiáng)的微觀原因。

本文與前期研究顯示辣椒素的檢測特征峰均出現(xiàn)在0.4～0.5 V 的位置，具有一定特征性，研究發(fā)現(xiàn)其主要與碳材料及鹽酸電解液有關(guān)[24-25,34]。采用該方法檢測紅油中辣椒素含量，與液質(zhì)聯(lián)用檢測結(jié)果相近，具有方法可行性。但相比較其他碳材料傳感器[17,24-25,34]，該方法的檢測限明顯偏高，表明該方法具有一定局限性，不適用于辣椒素含量過低的產(chǎn)品，但對于紅油等富含辣椒素物質(zhì)的產(chǎn)品具備實(shí)用性。

4 結(jié)論

綜上所述，構(gòu)建磷酸鹽活化的石墨電極傳感器可用于紅油中辣椒素含量的準(zhǔn)確、快速檢測，在0.2 mol/L 磷酸鹽濃度、pH5.0、電位-2.0～2.2 V、活化時(shí)間20 段的最優(yōu)條件下，活化前后檢測數(shù)值提升11.2 倍，檢測結(jié)果與液質(zhì)聯(lián)用相比誤差小于10%，具有良好的抗干擾能力與穩(wěn)定性。通過微觀結(jié)構(gòu)研究，磷酸鹽活化使石墨電極含氧基團(tuán)含量增加，增加了電極活性，提高了檢測辣椒素的靈敏度。雖然與其他碳電極比較存在檢測限較高的局限，但方法簡單可靠、成本較低，便于后期推廣應(yīng)用，可以作為檢測紅油中辣椒素含量的一種有效檢測手段，如何運(yùn)用該方法用于紅油生產(chǎn)過程的在線檢測將是下一步研究方向之一。