超聲處理的氧化活性炭修飾碳糊電極檢測孔雀石綠研究

夏會玲,劉雅旋,易洪潮 (長江大學化學與環境工程學院,湖北荊州434023)

孔雀石綠 (Malachite green,MG)又稱堿性綠、鹽基塊綠、孔雀綠,是一種三苯甲烷類工業染料[1],其結構如圖1所示。從1933年孔雀石綠被證實有抗菌、殺蟲等藥效以來,廣泛用于驅蟲劑和殺菌劑,殺滅水產動物體外的寄生蟲,原生動物和魚卵中的霉菌等[2-5]。孔雀石綠的官能團三苯甲烷分子中與苯環相連的亞甲基和次甲基受苯環影響有較高的反應活性,可生成三苯甲基,同時孔雀石綠能抑制人體谷胱甘肽-s-轉移酶的活性,嵌入DNA生成加合物,而且孔雀石綠代謝產物的衍生物及初級和

次級芳香胺對生物體有嚴重的致癌作用,但由于孔雀石綠對防治水霉病等有特效,曾在水產養殖中大量使用,嚴重污染了生態環境,對人類健康造成了巨大威脅。從1990年代開始,國內外學者陸續研究發現,孔雀石綠及其代謝產物無色孔雀石綠在魚體內和環境中殘留時間長,其化學官能團三苯甲烷被確證具有高毒、高殘留、“三致”等毒副作用[6-10]。我國于2002年5月將孔雀石綠列入 《食品動物禁用的獸藥及其化合物清單》中,但由于孔雀石綠抗菌效果好、價格低廉、對其毒副作用的宣傳力度不夠等原因,在水產養殖中仍有違規使用的情形。

下面,筆者主要通過研究不同條件處理的活性碳對MG測定的影響,尋找對測試有顯著增敏效果的修飾劑和測定條件。

圖1 孔雀石綠的化學結構

1 試驗部分

1)儀器和試劑 CHI 660C電化學工作站 (上海辰華儀器公司),三電極體系,鉑電極為輔助電極,飽和甘汞電極為參比電極,氧化活性炭修飾的碳糊電極為工作電極。78-1磁力加熱攪拌器用于測定時攪拌,Sartorius AG PB-10 pH計 (德國Sartorius公司)用于測定緩沖溶液的pH值,KQ-300DE型數控超聲波清洗器 (昆山超聲儀器公司)用于超聲處理。孔雀石綠 (Sigma)溶于無水乙醇中配置濃度為1.0×10-3mol/L的標準溶液,活性碳及其他試劑均為分析純,實驗室用水為二次蒸餾水。

2)氧化活性炭的制備 準確稱量2.0g活性碳加入到30ml H2O2中,然后將樣品等分為7份,依次用超聲波處理2,4,6,8,10,12和14h,處理完畢過濾充分洗滌,置于恒溫烘箱在110℃下干燥3h。

3)修飾電極的制備 準確稱取300.0mg石墨粉,30.0mg修飾劑,置于瑪瑙研缽中,再用微型計量器加入120μ l石蠟油,將三者充分混合研磨均勻后,壓入已清洗干凈的工作電極的空腔中 (內徑3mm),在稱量紙上打磨光滑,即制得所需修飾電極。完成一次測量后,在稱量紙表面磨光滑,活化處理后用于下1次測量。

2 結果和討論

2.1 MG的電化學行為

用循環伏安法研究了MG在超聲處理10h的氧化活性炭修飾碳糊電極上的電化學行為,結果如圖2所示。在pH為6.0濃度為0.1mol/L磷酸鹽緩沖溶液中加入1.0×10-5mol/L的MG,從+0.20V到+1.10V進行掃描時,在+0.85V處出現MG的氧化峰,隨著掃描的進行,MG的氧化峰電流逐漸減小,表明MG在碳糊電極上的電極過程是不可逆的。在相同的條件下,用線性掃描法研究MG在純碳糊電極和修飾電極表面的電化學響應的差異,如圖3所示。在+0.83V附近,純碳糊電極出現了一個比較微弱的氧化峰,而修飾電極氧化峰電流卻有明顯的增強,由此可見比表面積較大的氧化活性炭對MG的測定的確有明顯的增敏效果。在沒有加入MG的空白底液中,修飾電極的掃描曲線非常光滑,背景電流較低,說明氧化峰是由于MG被氧化而形成的,可以用來對MG進行定性表征和定量分析。

圖2 MG在修飾電極上的循環伏安曲線

圖3 MG在上的線性掃描曲線

2.2 參數優化

1)電解質溶液的選擇 不同的電解質溶液對MG的電化學響應有較大的影響,分別對濃度為0.1mol/L,pH范圍依次為:2.0～12.0的磷酸鹽緩沖溶液,3.0～10.0的HAc-NaAc緩沖體系,5.0～10.0的NH3H2O-NH4Cl緩沖溶液在相同條件下進行試驗,結果表明,pH為6.0的磷酸鹽緩沖溶液對應MG的氧化峰電流最大,確定為試驗中的最佳緩沖體系。

2)修飾劑的用量及超聲處理時間的影響 通過對加入不同質量的修飾劑,在相同條件下比較MG氧化峰電流的大小,最終在修飾劑30mg,石墨粉300mg,石蠟油120μ l配比下,MG在修飾電極表面的響應效果最好。超聲處理可以增加氧化活性炭的微孔結構,進而影響修飾電極對MG的吸附能力,一系列的平行試驗表明,當超聲時間為10h時,所得修飾劑的性能相對較好。

3)富集過程的影響 試驗過程中,比較不同富集電位對測定的影響,發現MG的氧化峰電流受富集電位的影響不大,方便起見,選擇較為常用的開路富集。富集時間對MG氧化峰電流的影響見圖4,富集時間從0增加到180s,氧化峰電流迅速增加,說明在這段過程中MG在電極表面吸附的驅動力較大。隨著電極表面所富集MG的濃度不斷增加,MG的吸附量趨于飽和,接近電極的極限吸能力,因而繼續延長富集時間至240s,MG氧化峰電流的增幅不很明顯,綜合考慮后確定最佳富集時間為240s。

2.3 掃描速度的影響

用線性掃描法測定濃度為1.0×10-5mol/L的MG在不同掃描速率 (0.05～0.5V/s)時的氧化峰電流,得到氧化峰電流(ip)與掃速(ν)的線性擬合方程:ip=19.064ν+1.334,R=0.992,表明MG在修飾電極上的氧化過程受吸附控制。

2.4 線性范圍、檢出限和重現性

研究了MG的氧化峰電流與其濃度的關系,發現氧化峰電流(ip)與MG濃度(C)在2個濃度區間內呈線性關系,在1.0×10-7～1.0×10-6mol/L范圍內,線性擬合方程為ip=21.620C+1.033,R1=0.997;在 (2.0～9.0)×10-6mol/L范圍內,線性擬合方程為ip=3.924C+27.267,R2=0.9993。在信噪比為3時,檢出限低至8.0×10-8mol/L。對1.0×10-6mol/L的MG平行測定5次,相對標準偏差為7.9%,表明該方法有較好的重現性和應用性。

圖4 富集時間對MG氧化峰電流的影響

2.5 干擾離子的影響

當MG濃度為1.0×10-6mol/L時,測定了其他離子對其氧化峰電流的影響,結果發現500倍濃度的Cd2+、Al3+、Cu2+、Pb2+、Zn2+對MG的氧化峰電流的改變幅度小于10%,沒有明顯的干擾,說明氧化活性炭修飾電極對MG有較高的選擇性。

2.6 水樣檢測

在荊州某養殖池塘中隨機采集4份水樣,各取100μ l分別加入到10ml磷酸鹽緩沖溶液中,測定各自的特征峰電流,結果未檢出任何信號,說明該養殖池塘水質受到孔雀石綠的污染極其微小。進而加入一定量MG的標準液,測定其回收率,結果如表1所示,回收率處于正常水平,表明該方法可用于實際樣品的檢測。

表1 加入MG的標準液測定結果

3 結 語

利用超聲波處理H2O2氧化的活性碳,用來修飾碳糊電極,提高了對孔雀石綠的吸附能力,提升了檢測的靈敏度。該方法簡單易行,成本低廉,經過進一步完善后可用于對孔雀石綠的分析檢測。

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