基于Au/MWCNTs修饰电极的叔丁基羟基茴香醚检测

金华丽 白 天

(河南工业大学粮油食品学院，郑州 450001)

抗氧化剂叔丁基羟基茴香醚(BHA)，可阻止和延缓油脂和含油食品氧化酸败，提高食用油脂和含油食品稳定性，延长其货架期，所以作为食品添加剂在食品中应用广泛[1]。但近年来，经动物试验研究表明，BHA存在一定安全性隐患，过量添加对人体健康有害[1－2]。因此，其在食品中应用及其添加量日益受到人们关注，精确、快速测定油脂及含油食品中BHA对油脂稳定性和安全性极为必要。传统的检测方法如气相色谱和高效液相色谱，虽然精确度高，但处理样品复杂，耗时而且也需要专业人员操作[3－5]。电化学检测由于可以避免上述不足而受到广泛关注。

纳米金(Au)具有良好的稳定性、小尺寸和表面效应、高催化活性以及独特的生物亲和性能够增加电极的导电性，促进电子转移，被广泛应用在电化学传感器中[6－7]。多壁碳纳米管(MWCNTs)具有独特的导电性，良好的机械强度，大的比表面积，强的物理吸附能力，在电化学传感器中常用来作为有效的催化载体[8－9]。结合上述两种材料的优越性，本试验制备Au/MWCNTs纳米复合物修饰硼掺杂金刚石电极(BDD)，研究了 BHA在 Au/MWCNTs－BDD电极上的电化学行为，以期实现BHA的快速、经济、高灵敏检测。

1 材料与方法

1.1 试剂和仪器

CHI－660D电化学工作站:上海辰华仪器有限公司；BS210S型分析天平:北京赛多利斯天平有限公司；KQ－100E型超声波清洗器:昆山市超声仪器有限公司；KT100 Ag/AgCl(饱和 KCl)电极、KT115铂电极:南京科土电极部。电化学实验用三电极系统，裸BDD电极和纳米材料修饰的BDD电极为工作电极，铂丝电极为对电极，Ag/AgCl(饱和 KCl)为参比电极电极。采用差示脉冲伏安(DPV)对叔丁基羟基茴香醚(BHA)进行检测，所用电极及实验条件如表1所示，所测BHA电化学试验都是在搅拌震荡条件下完成。

叔丁基羟基茴香醚(BHA):国药集团化学试剂有限公司，纯度≥99.0%；高氯酸:天津市鑫源化工有限公司，纯度为70～72%；无水乙醇:天津市天力化学试剂有限公司。大豆油:福临门一级大豆油，中粮食品营销有限公司。

表1 测定叔丁基羟基茴香醚的方法及条件

1.2 修饰电极的制备

利用硼氢化钠还原法制备纳米Au颗粒。根据文献[10]制备Au/MWCNTs复合物。将4.0 mg Au/MWCNTs复合物置于10 mL蒸馏水中超声分散1 h，得到黑色悬浊液。BDD电极经无水乙醇和超纯水超声清洗干净并室温干燥后，用移液枪取适量的Au/MWCNTs复合材料溶液滴于BDD电极的表面，并于室温条件下干燥即可得到修饰电极。

1.3 植物油样品的处理及测定

称取2 g植物油样品于100 mL棕色容量瓶中，用0.1 mol/L的高氯酸/乙醇溶液稀释到最终刻度。于40～50℃超声30 min后，在搅拌震荡下每次移取3 mL样品溶液于电解池中进行测定。每个油样做三次平行实验，计算其平均值，并将其作为最终测定结果。

1.4 数据处理

所有实验数据来自于CHI－660D电化学工作站的测试结果，通过保存txt格式，在origin7.5中作图完成。

2 结果和讨论

2.1 Au/MWCNTs修饰电极的电化学表征

图1所示为BDD和Au/MWCNTs－BDD电极在含 10 mmol/L[Fe(CN)6]3－/4－的 0.1 mol/L KCl溶液中的交流阻抗曲线。实验频率范围为105Hz到0.1 Hz，开路电压下交流振幅为10 mV。根据半圆部分的直径大小可以得出电子传递的快慢[11]。相对于BDD电极，Au/MWCNTs－BDD电极的半径减小，这表明电极表面的Au/MWCNTs具有增加反应位点、减小界面阻力、加快电子转移的作用，有利于电化学反应的检测。

图1 裸BDD和Au/MWCNTs－BDD电极的交流阻抗图

2.2 BHA在BDD和Au/MWCNTs－BDD电极上的差示脉冲伏安(DPV)响应

图2为含1×10－4mol/L BHA的乙醇体积比为10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液分别在BDD和Au/MWCNTs－BDD电极上的 DPV扫描结果。Au/MWCNTs－BDD电极上的氧化峰电流是2.036μA，相对于BDD电极上的1.096μA，提高了85.77%。Au/MWCNTs－BDD电极的氧化峰电位为0.6 V，裸BDD电极的氧化峰电位为0.704 V，修饰电极电位负移0.104 V。这些结果说明Au/MWCNTs的存在对BHA产生电催化作用，促进了电极表面的电子转移。

图2 1×10－4mol/LBHA在 BDD和 Au/MWCNTs－BDD电极上的DPV曲线

2.3 最佳支持电解质溶液的确定

根据文献报道[12，13]，选择高氯酸溶液为支持电解质溶液。图3所示为含1×10－4mol/L BHA的乙醇体积比为10%、20%、30%、40%、50%的0.1 mol/L的高氯酸溶液在BDD上的DPV测定结果。当溶液中乙醇的体积比从10%增大到50%的过程中，BHA的氧化峰电流逐渐减小，原因可能为随着乙醇量的增加，支持电解质溶液的量变少，导电率降低。经过对比表明:乙醇体积比为10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液在相同的实验条件下的峰电流较高。因此，选择乙醇体积比为10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液为最佳支持电解质溶液，用于进一步的研究。

图3 不同支持电解质溶液对峰电流的影响

2.4 Au/MWCNTs－BDD电极最佳修饰材料量的选择

图4为含1×10－4mol/L BHA的乙醇体积比为10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液分别在不同修饰量的Au/MWCNTs－BDD电极上的DPV测定结果。当BDD电极上修饰材料的量从5μL增大到25μL的过程中，BHA的氧化峰电流先增加，峰电流增大与Au/MWCNTs的电化学性质有关，说明 Au/MWCNTs促进了反应过程中的电子转移；在修饰量为10μL时达到最大值后逐渐减小，这是由于修饰材料的厚度增大后，反而阻碍了电子的转移过程。因此，修饰量为10μL为最佳修饰量。

图4 不同修饰量对峰电流的影响

2.5 BDD和Au/MWCNTs－BDD电极上标准曲线的建立

利用差示脉冲伏安法在BDD(图5)电极和Au/MWCNTs－BDD(图 6)电极上对不同浓度的BHA的高氯酸溶液进行定量测定，得到不同浓度与峰电流的线性关系图。从图5和图6结果可以看出，氧化峰电流随着检测物浓度的增大而增大，在5～200μmol/L浓度范围内呈线性关系。BDD电极的线性方程为Ip＝0.007 49c＋0.055 07(R2＝0.999 3，Ip为 BHA的氧化峰电流，c为 BHA的浓度)，检出限为16.72μmol/L。Au/MWCNTs－BDD电极的线性方程为Ip＝0.009 58c＋0.050 56(R2＝0.999 4，Ip为BHA的氧化峰电流，c为BHA的浓度)，得到的检出限是5.70μmol/L。检出限根据式子3sb/m计算，其中sb为背景信号的标准偏差，m为线性方程的斜率。相比于BDD电极上的检测，Au/MWCNTs－BDD电极具有更宽的线性范围和更低的检出限。

图5 BDD电极上不同浓度的BHA和峰电流的关系

图6 修饰电极上不同浓度的BHA和峰电流的关系

2.6 Au/MWCNTs－BDD电极对实际样品中BHA的测定

将所建立的BHA分析方法应用于实际样品大豆油中BHA的测定，并与高效液相色谱方法测得值进行比较。现选用大豆油作为样品，取大豆油2.0 g，用0.1 mol/L的高氯酸乙醇溶液定容至100 mL，按所建立的方法操作，采用标准加入法测定稀释样品中BHA的含量及其回收率，测定结果如表2所示。可以看出，加标量50.0μmol/L时，Au/MWCNTs－BDD电极测定的平均回收率为95.8%，与高效液相色谱测定结果比较的相对误差为2.44%；加标量75.0μmol/L时，Au/MWCNTs－BDD电极测定的平均回收率为93.1%，与高效液相色谱测定结果比较的相对误差为4.51%。这些结果表明利用Au/MWCNTs－BDD电极在测定植物油中抗氧化剂BHA方面是可行的，且方法简单、省时，具有一定的应用潜力。

表2 大豆油中叔丁基羟基茴香醚的测定结果

3 结论

3.1 对电极进行交流阻抗表征的结果表明，电极表面的Au/MWCNTs具有增加反应位点、减小界面阻力、加快电子转移的作用，有利于电化学反应的检测。

3.2 在最佳实验条件下，在5～200μmol/L范围内，BDD电极上得到的线性方程为Ip＝0.007 49c＋0.055 07(R2＝0.999 3)，检出限为 16.72μmol/L；Au/MWCNTs－BDD电 极 的 线 性 方 程 为Ip＝0.009 58c＋0.050 56(R2＝0.999 4)，检出限是5.70 μmol/L。说明 Au/MWCNTs－BDD电极具有更高的灵敏度和更低的检出限。

3.3 在选定的试验条件下，采用标准加入法测定植物油样品中BHA的含量及回收率，结果表明:加标量50.0μmol/L时，Au/MWCNTs－BDD电极测定的平均回收率为95.8%，与高效液相色谱测定结果比较的相对误差为2.44%；加标量75.0μmol/L时，Au/MWCNTs－BDD电极测定的平均回收率为93.1%，与高效液相色谱测定结果比较的相对误差为4.51%。

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