曙红修饰电极对特丁基对苯二酚的灵敏检测

唐 婧，郑胜彪，汪 伟，张 炎，宋常春

(安徽科技学院 化学与材料工程学院，安徽 凤阳 233100)



曙红修饰电极对特丁基对苯二酚的灵敏检测

唐 婧*，郑胜彪，汪 伟，张 炎，宋常春

(安徽科技学院 化学与材料工程学院，安徽 凤阳 233100)

采用循环伏安法(CV)制备了曙红修饰玻碳电极(eosin Y/GCE)，电化学交流阻抗法对修饰电极表面进行了表征，研究了特丁基对苯二酚(TBHQ)在该修饰电极上的电化学行为，建立了循环伏安法和差分脉冲伏安法(DPV)测定TBHQ的新方法。研究表明，修饰电极对TBHQ的氧化还原具有较好的电催化活性，在eosin Y/GCE上的氧化还原峰电位差从297 mV降至85 mV。在20～400 mV·s-1范围内,其氧化还原峰电流与扫速的平方根呈良好的线性关系,表明TBHQ在eosin Y/GCE上的电极反应受扩散控制。在0.10 mol·L-1磷酸盐缓冲溶液(pH 6.5) 中，扫速为100 mV·s-1时，此修饰电极的DPV响应与TBHQ浓度在 1～200 μmol·L-1范围内呈线性关系，检出限(S/N=3)为0.1 μmol·L-1。此修饰电极具有良好的选择性、重现性和稳定性，应用于油品中TBHQ的测定，回收率达95.0%～102.5%。该电极有望应用于多种食品中抗氧化剂的检测。

曙红；特丁基对苯二酚；循环伏安法；差分脉冲伏安法；食品添加剂

酚类抗氧化剂由于抗氧化效果好，被广泛应用于食品添加剂。特丁基对苯二酚(TBHQ)是一种重要的酚类抗氧化剂，常用于食用油脂、油炸食品、干鱼制品、饼干、方便面、速煮米、干果罐头、腌制肉制品、烘炒坚果食品等[1]。食用过量的抗氧化剂TBHQ对人体健康有巨大的危害[2]。长期大量食用(作为食品或食油的添加剂)有导致畸形、癌症的危险，而目前许多无良经营者为了超长期保持食物不变质，常超标准、无标准(国家禁用食品中)滥用抗氧化剂。因此发展一种快速、方便和灵敏的分析方法检测TBHQ十分必要。

目前，TBHQ的测定方法有高效液相色谱法[3-5]、紫外-可见分光光度法[6]、浊点萃取和反相高效液相色谱法[7]、高效液相色谱-飞行时间质谱联用(HPLC-TOF-MS)[8]、气相色谱-质谱联用(GC-MS)[9]等，这些方法需要复杂的操作步骤，耗时，设备昂贵。与上述传统方法相比，电化学方法具有精度高、快速、操作简单、成本低、灵敏度高和选择性好等优势，已广泛应用于食品中多种抗氧化剂的分析[10-13]。如碳纳米管[14]、纳米金[15]等新材料常用于电极的修饰以改善测定TBHQ的灵敏度。近年来，经有机分子修饰的电极因具有稳定性强、重现性好、活性位点多等特点而被广泛关注。有机分子与电极表面有更强的粘附性[16-17]。已有报道将曙红[18]、结晶紫[19]、孔雀石绿[20]和劳氏紫[21]等有机染料作为电极修饰材料用于同时检测邻苯二酚和对苯二酚。基于此，本研究将染料曙红循环伏安沉积到玻碳电极上，通过电化学交流阻抗考察了电极的电化学性能，再以循环伏安法和差分脉冲伏安法研究了TBHQ在曙红修饰电极上的电化学行为，建立了测定TBHQ的新方法。本方法用于大豆油中抗氧化剂TBHQ的测定，结果满意。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

循环伏安(CV)和差分脉冲伏安(DPV)实验在 CHI-660C 型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)上完成，电化学交流阻抗(EIS)在普林斯顿PARSTAT4000电化学工作站(Ametek，美国)上完成。采用三电极系统：表面修饰的玻碳电极(GCE)为工作电极，铂丝为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极。缓冲溶液的酸度测量采用pHS-3C 型酸度计(上海雷磁仪器有限公司)。

特丁基对苯二酚(TBHQ，分析纯，上海阿拉丁公司)溶于超纯水中，配成1.0×10-3mol·L-1标准溶液；曙红(水溶)购于上海阿拉丁公司；其余所用试剂均为分析纯(上海国药集团化学试剂有限公司)；大豆油购于当地市场。磷酸盐缓冲溶液(PBS，pH 5.5～8.5)：用0.10 mol·L-1H3PO4，NaH2PO4，Na2HPO4，Na3PO4溶液配制，在酸度计上校准。实验用水均为超纯水(电导率≥18.3 MΩ·cm)。

1.2 曙红修饰电极的制备

依次用 1.0，0.3，0.05 μm的氧化铝粉对玻碳电极(Φ=3 mm)表面进行抛光，分别在无水乙醇、水中超声10 min，玻碳电极洗净后放入0.1 mol·L-1硫酸溶液中，以GCE为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极，于-0.4～1.6 V电位范围内，以100 mV·s-1扫描速率循环扫描20圈，得到预处理电极。将此电极置于1.0×10-3mol·L-1曙红溶液(PBS 7.0)中进行电沉积[18]，于-1.6～1.5 V电位范围内，以 100 mV·s-1循环扫描12圈，取出用水淋洗电极表面以除去多余的曙红溶液，即制得 eosin Y/GCE 修饰电极。

图1 曙红电沉积过程的循环伏安曲线Fig.1 CV curves during the electrodeposition of eosin Y onto GCE at a scan rate of 100 mV·s-1

1.3 实验方法

在10 mL容量瓶中，加入适量TBHQ标准溶液，用PBS 溶液定容，倒入电解池中，以eosin Y/GCE为工作电极，Ag/AgCl 电极为参比电极，铂丝为对电极，在最佳条件下，采用CV和DPV进行扫描，记录峰电位和峰电流。扫描结束后，将修饰电极在空白底液中扫至无峰，即可进行再次测定。

2 结果与讨论

2.1 曙红的电沉积

图2 曙红的氧化还原反应Fig.2 Redox reactions of eosin Y

图3 不同电极的电化学交流阻抗图Fig.3 Nyquist plots of different electrodesa.GCE,b.eosin Y/GCE;[Fe(CN)6]3-/4- (1 ∶1，5 mmol·L-1) containing 0.1 mol·L-1 KCl

图4 0.1 mmol·L-1 TBHQ在GCE(a)和eosin Y/GCE(b)上的循环伏安曲线Fig.4 Cyclic voltammograms of 0.1 mmol·L-1 TBHQ at GCE(a) and eosin Y/GCE(b) scan rate:100 mV·s-1，PBS(pH 6.5)

2.2 修饰电极的表征

采用电化学交流阻抗(EIS)对eosin Y/GCE修饰电极进行表征。在交流阻抗中，电极过程由电荷传递和扩散共同控制时，其Nyquist图由高频区的一个半圆和低频区的一条直线构成，高频区由电极反应的动力学(电荷传递过程)控制，低频区由电极反应的反应物或产物的扩散控制。半圆部分相当于电荷传递电阻Rct，GCE和eosin Y/GCE修饰电极在[Fe(CN)6]3-/4-(1 ∶1，5 mmol·L-1)的0.1 mol·L-1KCl电解质中的EIS图见图3。由图3可见，GCE的阻抗约为1 200 Ω，eosin Y/GCE的阻抗约600 Ω，修饰电极阻抗明显减小，表明其电化学活性增强，电沉积膜有效地促进了电化学反应，目标分子和电极之间的电子传递明显增强。

2.3 TBHQ在电极表面的循环伏安特性

图4为0.1 mmol·L-1TBHQ在GCE和eosin Y/GCE上的循环伏安曲线。在GCE上，TBHQ分别在0.092 V和-0.205 V出现氧化峰和还原峰，而eosin Y/GCE修饰电极上分别在-0.045 V和-0.130 V出现1对氧化还原峰，峰电位差ΔE从297 mV减至85 mV，表明TBHQ在修饰电极上的电化学可逆性大大提高。而且相对于裸电极，TBHQ的电流明显增强，表明此电极对于TBHQ有较高的催化活性。

2.4 沉积圈数的影响

电沉积过程中，沉积电位区间、沉积圈数、溶液浓度均对TBHQ的检测有较大影响，在最佳沉积电位-1.6～1.5 V区间内，考察了沉积圈数对实验的影响。结果显示，在沉积12圈时，TBHQ的峰电位差最小，且电流最大。沉积12圈后，沉积膜的电化学活性反而下降。这是因为膜的厚度加大使得电阻增大，电极表面电子传递困难，表明太薄或太厚的膜都不利于实验。

2.5 底液酸度的影响

图6 eosin Y/GCE对不同浓度TBHQ响应的 DPV曲线Fig.6 DPV curves of eosin Y/GCE responding to different concentrations of TBHQ inset：plot of response current vs.TBHQ concentration；concentration(a-h):1.0,5.0,20,40,80,100,150,200(×10-6 mol·L-1)

由于TBHQ的电化学反应有质子参与，电解质的酸度变化会影响TBHQ的电化学氧化。实验选取PBS作为电解液，于扫描速率 100 mV·s-1条件下，在pH 5.5～8.5范围内改变溶液酸度，采用循环伏安法分别对含0.1 mmol·L-1TBHQ 的电解液进行实验。结果表明，随着 pH 值增加，TBHQ的峰电位均负移，峰电位与底液 pH 值呈良好的线性关系，其线性回归方程为E(V)=0.209 9-0.046 9 pH，r=0.997 6。斜率为-46.9 mV·s-1，接近-59.0 mV·s-1，说明TBHQ的氧化有质子参与，且为等电子等质子反应。从图5可见，在 pH 6.5 时，TBHQ 峰电流达最大，可能是在较高的pH值下，TBHQ质子化转变为阴离子，而电极表面的曙红带负电，分析物和电极之间有静电斥力从而导致低的吸附容量和电流。故实验选择pH 6.5的PBS控制底液的酸度。

2.6 扫速对TBHQ电化学行为的影响

在20～400 mV·s-1范围内，采用CV法考察了不同扫速对0.1 mmol·L-1TBHQ溶液峰电流及峰电位的影响。结果显示，随着扫速的增加，TBHQ的氧化峰电流不断增大，峰电位正移，当扫描速率过高时，峰形变宽，且背景电流增大；扫描速率为100 mV·s-1时，信噪比较好，故本实验选用扫速为100 mV·s-1。随着扫速的增加，TBHQ的氧化还原峰电流与扫速的平方根呈线性关系，其线性回归方程为：Ipc(μA)=1.340 0v1/2-1.923 5(r=0.999 9);Ipa(μA) =-0.946 5v1/2+0.506 4(r=0.999 1)，表明TBHQ在eosin Y/GCE电极上的电化学反应过程主要受扩散控制。

2.7 线性范围与检出限

在优化条件下，eosin Y/GCE修饰电极对不同浓度TBHQ的DPV响应曲线如图6所示，响应电流值与TBHQ浓度在1～200 μmol·L-1范围内呈良好线性关系(图6插图)，回归方程为Ipa(μA) =-0.075 1c(μmol·L-1)-1.661 8，r=0.995 2，检出限(S/N=3)为0.1 μmol·L-1。

2.8 电极的稳定性与干扰实验

在相同条件下，采用同一批次制备的4支eosin Y/GCE 修饰电极分别测定0.1 mmol·L-1TBHQ的DPV 响应信号。4支电极对TBHQ电流响应值的相对标准偏差为2.2%，表明此修饰电极的制备重现性良好。将eosin Y/GCE 在室温下放置2周，相同条件下再次测定时，峰电位几乎无变化，峰电流下降了8%，表明其具有良好的稳定性。

2.9 样品分析

将所建立的分析方法应用于实际大豆油样品中TBHQ的测定，并与高效液相色谱方法测得值进行比较。准确称取5.0 g大豆油样品置于100 mL具塞锥形瓶中，再加入5.0 mL无水甲醇混合物剧烈摇振30 min后，将混合物转移至10 mL离心试管中，以3 000 r/min的速度离心10 min，将提取物(上层清液)转移至25 mL容量瓶中。残留物用上述方法再提取两次，定容。取上述样品溶液1.0 mL进行实验。结果显示，所测食用油中均含有TBHQ，采用标准加入法测定其回收率，并与高效液相色谱法相比较，测定结果如表1所示。由表1可知，对于食用油中TBHQ检测，用eosin Y/GCE的分析方法与高效液相色谱法测定结果一致，此法的加标回收率为95.0%～102.5%。结果显示，利用eosin Y/GCE电极测定大豆油中TBHQ是可行的，且方法简单、省时，具有一定的应用潜力。

表1 大豆油中TBHQ的加标回收结果(n=5)

Table 1 Recoveried result of TBHQ from soybean oil samples with the standard addition method(n=5)

MethodSampleDetected(μmol/L)Spiked(μmol/L)Found(μmol/L)Recovery(%)DPV1∗12040158±03950211240153±05102538940128±07975HPLC112140163±06105211440152±0495039040133±081075

*all soybean oil samples were purchased from markets in Fengyang city

3 结 论

本文利用曙红修饰玻碳电极，通过循环伏安法和差分脉冲伏安法研究了TBHQ在该修饰电极上的电化学行为，成功构建了检测TBHQ的电化学传感器。该修饰电极对TBHQ的检测范围为1～200 μmol·L-1，检出限为 0.1 μmol·L-1。电极具有很好的灵敏度和选择性，已成功用于实际样品大豆油的检测，其测定回收率为95.0%～102.5%。该修饰电极制备简单、操作方便、灵敏度高，有望应用于更多食品(如油炸食品、干鱼制品、饼干、方便面等)中TBHQ含量的测定。

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Sensitive Determination of Tertiary Butyl Hydroquinone at Eosin Y Film Modified Glassy Carbon Electrode

TANG Jing*，ZHENG Sheng-biao,WANG Wei,ZHANG Yan,SONG Chang-chun

(College of Chemistry and Material Engineering,Anhui Science and Technology University,Fengyang 233100,China)

By using cyclic voltammetry,eosin Y film was electrodeposited on the surface of glassy carbon electrode(GCE) to obtain the modified electrode(denoted as eosin Y/GCE). The electrochemical properties of eosin Y/GCE were studied by electrochemical impedance spectroscopy.The electrocatalysis capability of eosin Y/GCE to tertiary butyl hydroquinone(TBHQ) was investigated by cyclic voltammetry(CV) and differential pulse voltammetry(DPV) .Compared with the bare GCE,eosin Y/GCE exhibited outstanding electrocatalytic activity and reversibility towards the oxidation of TBHQ.The oxidation and reduction peak separation was decreased from 297 mV to 85 mV for TBHQ at eosin Y/GCE.Influence of different scan rates(20-400 mV·s-1) on redox of TBHQ was further examined at the eosin Y/GCE.The oxidation and reduction peak currents were linear to the square root of scan rate,indicating that the diffusion controlled process of TBHQ occurred at the eosin Y/GCE surface.Under the optimal conditions,the DPV response of the modified electrode was linear to TBHQ concentration in the range of 1-200 μmol·L-1with a detection limit of 0.1 μmol·L-1.Moreover,eosin Y/GCE exhibited excellent selectivity,reproducibility and long-term stability,and was successfully applied in the determination of TBHQ in soybean oil samples with recoveries of 95.0%-102.5%.This modified electrode could be used as a promising sensing platform for the determination of different antioxidants in food samples.

eosin Y;tertiary butyl hydroquinone;cyclic voltammetry(CV);differential pulse voltammetry(DPV)；food additives

2015-08-20；

2015-10-21

国家级大学生创新创业训练计划(108792015002)；安徽科技学院重点学科(AKZDXK2015A01)；安徽科技学院自然科学研究项目(ZRC2014438)

10.3969/j.issn.1004-4957.2016.03.010

O657.1；TS103.843

A

1004-4957(2016)03-0317-05

*通讯作者：唐 婧，硕士，讲师，研究方向：修饰电极和电分析化学，Tel:0550-2225981，E-mail:yayajing@shu.edu.cn