基于碳納米金復(fù)合材料電化學(xué)檢測BHA

葉耘峰

江蘇護(hù)理職業(yè)學(xué)院（淮安 223005）

丁基羥基茴香醚（BHA）又名叔丁基-4-羥基茴香醚、丁基大茴香醚，由于其具有抗氧化、防變色、防酸敗、熱穩(wěn)定性好、持久性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在油炸食品中具有廣泛的應(yīng)用[1-3]。但研究發(fā)現(xiàn)在食品中添加BHA存在一定的安全隱患，一旦過量就會(huì)對人體產(chǎn)生一定的毒性，甚至存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。我國GB 2760—2014明確規(guī)定：BHA在食用油脂、方便面、腌制肉制品以及油炸食品等食品中的殘留量不得超過0.2 g/kg[4-5]。因此，建立一種方便、快捷的檢測油炸食品中的BHA定量分析方法具有重要的意義。

目前，國內(nèi)外關(guān)于BHA的常用分析方法有氣相色譜法、膠束毛細(xì)管色譜法、高效液相色譜法等[6-8]。這些方法雖然具有檢出限低、靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但其儀器價(jià)格昂貴、體積龐大、操作繁瑣，不適合對BHA進(jìn)行快速有效的定量分析。電化學(xué)方法由于具有設(shè)備體積小、操作簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為近些年食品分析檢測研究的重點(diǎn)[9-12]，在對油炸食品中BHA進(jìn)行快速有效的定量分析方面存在較大的應(yīng)用潛力。

碳球納米材料由于具有較大的比表面積，能夠?yàn)榉磻?yīng)物提供更多的結(jié)合位點(diǎn)，同時(shí)表面負(fù)載納米金，能夠有效地促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移、提高導(dǎo)電性[13-15]，因此在電化學(xué)分析方面被廣泛關(guān)注。目前雖然關(guān)于碳球納米材料和納米金材料的報(bào)道已有出現(xiàn)，但關(guān)于碳球負(fù)載納米金以及在BHA電化學(xué)檢測分析方面的研究還鮮有報(bào)道。因此，此次試驗(yàn)以碳球負(fù)載納米金為修飾材料制備傳感器對油炸食品中的BHA進(jìn)行定量分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

BHA（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；37%鹽酸（洛陽昊華化學(xué)試劑有限公司）；氯化鉀（洛陽昊華化學(xué)試劑有限公司）；冰乙酸（天津市福晨化學(xué)試劑廠）；鐵氰化鉀（洛陽市化學(xué)試劑廠）；高氯酸（天津市福晨化學(xué)試劑廠）；磷酸（洛陽市化學(xué)試劑廠）；無水乙醇（天津市天力化學(xué)試劑有限公司）；方便面（市售）；所有化學(xué)試劑都是分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

CHI-660D電化學(xué)工作站（上海辰華儀器有限公司）；三電極系統(tǒng)（以GCE為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，鉑電極（Pt）為對電極）；JSM-7001F場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM，日本JEOL Ltd.）；超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；恒溫磁力攪拌器（上海司樂儀器有限公司）；移液槍：賽默飛世爾（上海）儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 Cs-Au制備

碳球納米復(fù)合材料參考文獻(xiàn)[16]制備，Cs-Au參考文獻(xiàn)[9]制備。準(zhǔn)確稱取50 mg制備好的碳球納米材料于100 mL的具塞錐形瓶中，加入50.00 mL超純水，超聲分散2～3 h，使其分散均勻。在劇烈攪拌條件下，向其中加入1.0 mL 1%的HAuCl4和0.40 mL 0.20 mol/L的K2CO3，然后再迅速加入新鮮配制的0.80 mL 0.04 mol/L的NaBH4溶液，重復(fù)滴加3～5次，繼續(xù)攪拌5 min，將上述懸濁液靜置，除去上清液，用超純水洗滌3～5次，然后再稀釋到40.00 mL，在磁力攪拌條件下再加入0.20 mL 1%的HAuCl4和1.0 mL 0.04 mol/L的NH2OH·HCl，繼續(xù)攪拌20 min，即得Cs-Au納米復(fù)合材料，然后在10 000 r/min條件下反復(fù)離心，洗滌3～5次，在60 ℃條件下干燥，備用。

1.3.2 Cs-Au/GCE制備

將GCE電極經(jīng)1 000目砂紙打磨，分別用0.3和0.05 μm的氧化鋁粉拋光至鏡面，然后依次用無水乙醇、二次蒸餾水進(jìn)行超聲清洗3次，每次3～5 min，常溫干燥，備用[17-18]。用10 μL移液槍吸取一定量1.0 mg/mL的Cs-Au修飾液滴于GCE電極表面，常溫下自然干燥，即得Cs-Au/GCE。

1.4 樣品處理

準(zhǔn)確稱取50.0 g方便面，置于研缽中研磨成固體粉末，然后將固體粉末置于250 mL的錐形瓶中，向其中加入200 mL的無水乙醇溶解進(jìn)行萃取（先超聲萃取50 min，再靜置7～8 h），靜置完成后用布氏漏斗進(jìn)行過濾，過濾物用乙醇沖洗2～3次，將過濾液轉(zhuǎn)移至500 mL燒杯中定容，備用。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cs-Au的形貌表征

利用SEM對Cs-Au納米復(fù)合材料進(jìn)行表征，其結(jié)果如圖1所示。制備好的Cs為規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，直徑約為1 000 nm，采用鹽酸羥胺還原法生長納米金后，其表面均勻負(fù)載了一層納米金顆粒，大小均勻，納米金顆粒直徑在0～50 nm之間。

2.2 不同電極的電化學(xué)表征

在10 mmol/L的[Fe(CN)6]3-溶液（含0.1 mol/L KCl）中分別對GCE和Cs-Au/GCE進(jìn)行交流阻抗分析，其結(jié)果如圖2所示。GCE電阻為366.7 Ω，Cs-Au/GCE電阻為158.32 Ω，與GCE相比電阻降低了56.83%，這是因?yàn)榧{米金具有良好的導(dǎo)電性，能夠有效地促進(jìn)電子的轉(zhuǎn)移，同時(shí)碳球納米顆粒具有較大的比表面積，能夠?yàn)榧{米金的附著提供更多的接觸位點(diǎn)，再加上碳球納米材料和金納米顆粒間具有良好的協(xié)同作用，能夠有效地降低電極表面的阻抗。

圖2 GCE（a），Cs-Au/GCE（b）在10 mmol/L的[Fe(CN)6]3-（含0.1 mol/L KCl）溶液中的交流阻抗圖譜

2.3 BHA在不同電極上的電化學(xué)行為

以0.1 mol/L的高氯酸為支持電解質(zhì)溶液，分別用GCE和Cs-Au/GCE對5 μg/mL的BHA進(jìn)行DPV掃描，其結(jié)果如圖3所示。GCE在5.0 μg/mL的BHA溶液中測得的氧化峰電流IP為0.396 4 μA，Cs-Au/GCE在5.0 μg/mL的BHA溶液中測得的氧化峰電流IP為0.711 5 μA，與GCE相比其氧化峰電流提高了79.49%，這說明Cs-Au具有較好的電催化活性，能夠有效地促進(jìn)電極表面電子的轉(zhuǎn)移速率，提高氧化峰電流。

圖3 GCE（a），Cs-Au/GCE（b）在5.0 μg/mL的BHA溶液中的差分脈沖曲線圖

2.4 緩沖溶液的選擇

分別以0.1 mol/L的鹽酸、醋酸、磷酸和高氯酸為支持電解質(zhì)溶液，Cs-Au/GCE為工作電極，對5 μg/mL的BHA進(jìn)行DPV掃描，其結(jié)果如圖4所示。4種電解質(zhì)對BHA在Cs-Au/GCE表面的電化學(xué)反應(yīng)有顯著性影響，其中當(dāng)以0.1 mol/L高氯酸為支持電解質(zhì)溶液時(shí)，氧化電流值最大，IP為0.71 μA。這說明與其他三種緩沖液相比，高氯酸能夠有效地促進(jìn)電極表面電子的轉(zhuǎn)移速率，增加電流響應(yīng)，提高電極的靈敏度，因此選取高氯酸為支持電解質(zhì)溶液。

圖4 不同電解質(zhì)溶液對傳感器的影響

2.5 高氯酸緩沖溶液最佳濃度的優(yōu)化

分別以0.05，0.08，0.10，0.12，0.15，0.18和0.20 mol/L的高氯酸為支持電解質(zhì)溶液，對5 μg/mL的BHA進(jìn)行DPV掃描，其結(jié)果如圖5所示。隨著高氯酸濃度的增加，Cs-Au/GCE在5.0 μg/mL的BHA中測得的氧化峰電流先增大后減小，且當(dāng)高氯酸濃度為0.10 mol/L時(shí)，氧化峰電流最大IP，為0.72 μA。這是因?yàn)樵谝欢舛确秶鷥?nèi)，電解質(zhì)濃度的增加能夠有效地促進(jìn)電極表面離子的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移，提高電化學(xué)反應(yīng)，但BHA在電極表面的電化學(xué)反應(yīng)為一個(gè)可逆反應(yīng)，當(dāng)電解質(zhì)溶液濃度過高時(shí)，過多的H+會(huì)對反應(yīng)產(chǎn)生抑制過程，進(jìn)而影響電極表面的電化學(xué)反應(yīng)，降低氧化峰電流。因此，選取0.10 mol/L的高氯酸為支持電解質(zhì)溶液。

圖5 緩沖溶濃度對Cs-Au/GCE的影響

2.6 Cs-Au修飾量的選擇

以0.1 mol/L的高氯酸為支持電解質(zhì)，分別以2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0和8.0 μL的Cs-Au修飾GCE制備Cs-Au/GCE傳感器，對5.0 μg/mL的BHA進(jìn)行DPV掃描，其結(jié)果如圖6所示。隨著Cs-Au修飾量的增加，Cs-Au/GCE在5.0 μg/mL BHA中測得的氧化峰電流先增大后減小，當(dāng)修飾量為6 μL時(shí)，氧化峰電流達(dá)到最大，為0.72 μA。這是因?yàn)镃s-Au具有良好的導(dǎo)電性和催化作用，能夠催化電極表面電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，加速電子轉(zhuǎn)移速率，增強(qiáng)電流響應(yīng)，但當(dāng)修飾量過多時(shí)會(huì)導(dǎo)致電極表面涂層過厚修飾材料脫落，進(jìn)而影響電極表面電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，增加電極表面阻抗，因此，Cs-Au修飾量選取6 μL。

圖6 Cs-Au修飾量對Cs-Au/GCE的影響

2.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在最佳試驗(yàn)條件下，分別對0.05～50 μg/mL的BHA進(jìn)行定量分析，其結(jié)果如圖7所示。BHA濃度與其氧化峰電流在0.5～35 μg/mL范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，線性方程為Y=0.143 8X-0.001 2（X為BHA濃度，Y為氧化峰電流），R2=0.999 7，相關(guān)性較好，檢出限（3σ）為0.21 μg/mL，檢出限較低，線性范圍較寬，符合實(shí)驗(yàn)要求。

圖7 BHA濃度與氧化峰電流間的關(guān)系曲線

2.8 實(shí)際樣品檢測

在最佳試驗(yàn)條件下，采用加標(biāo)法對方便面中BHA進(jìn)行實(shí)際樣品檢測，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出其含量，平行測定3次，其結(jié)果如表1所示。BHA加標(biāo)回收率在99.50%～105.17%之間，精密度較高。

表1 實(shí)際樣品檢測及加標(biāo)后回收率

2.9 重復(fù)性研究

在最佳試驗(yàn)條件下，用Cs-Au/GCE對5 μg/mL的BHA連續(xù)掃描10次，其結(jié)果如圖8和表2所示。在最佳條件下，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.131%，重復(fù)性較好。

圖8 Cs-Au/GCE在5.0 μ g/mL的BHA溶液中掃描10次的差分脈沖曲線圖

表2 10次重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

此次試驗(yàn)制備了Cs-Au復(fù)合材料，并在此基礎(chǔ)上制備了Cs-Au/GCE傳感器。利用Cs-Au/GCE對方便面中的BHA進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明：Cs-Au具有良好的導(dǎo)電性，能夠有效地促進(jìn)電極表面電子的轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)電流響應(yīng)，提高電極靈敏度，其加標(biāo)回收率在99.50%～105.17%之間，精密度較高，符合試驗(yàn)要求，且該傳感器穩(wěn)定性、重復(fù)性較好，可用于實(shí)際樣品中BHA的定量分析。