基于碳纳米金复合材料电化学检测BHA

叶耘峰

江苏护理职业学院（淮安 223005）

丁基羟基茴香醚（BHA）又名叔丁基-4-羟基茴香醚、丁基大茴香醚，由于其具有抗氧化、防变色、防酸败、热稳定性好、持久性强等优点，因此在油炸食品中具有广泛的应用[1-3]。但研究发现在食品中添加BHA存在一定的安全隐患，一旦过量就会对人体产生一定的毒性，甚至存在致癌风险。我国GB 2760—2014明确规定：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残留量不得超过0.2 g/kg[4-5]。因此，建立一种方便、快捷的检测油炸食品中的BHA定量分析方法具有重要的意义。

目前，国内外关于BHA的常用分析方法有气相色谱法、胶束毛细管色谱法、高效液相色谱法等[6-8]。这些方法虽然具有检出限低、灵敏度高、稳定性好等优点，但其仪器价格昂贵、体积庞大、操作繁琐，不适合对BHA进行快速有效的定量分析。电化学方法由于具有设备体积小、操作简单、成本低等优点，成为近些年食品分析检测研究的重点[9-12]，在对油炸食品中BHA进行快速有效的定量分析方面存在较大的应用潜力。

碳球纳米材料由于具有较大的比表面积，能够为反应物提供更多的结合位点，同时表面负载纳米金，能够有效地促进电子的转移、提高导电性[13-15]，因此在电化学分析方面被广泛关注。目前虽然关于碳球纳米材料和纳米金材料的报道已有出现，但关于碳球负载纳米金以及在BHA电化学检测分析方面的研究还鲜有报道。因此，此次试验以碳球负载纳米金为修饰材料制备传感器对油炸食品中的BHA进行定量分析。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

BHA（国药集团化学试剂有限公司）；37%盐酸（洛阳昊华化学试剂有限公司）；氯化钾（洛阳昊华化学试剂有限公司）；冰乙酸（天津市福晨化学试剂厂）；铁氰化钾（洛阳市化学试剂厂）；高氯酸（天津市福晨化学试剂厂）；磷酸（洛阳市化学试剂厂）；无水乙醇（天津市天力化学试剂有限公司）；方便面（市售）；所有化学试剂都是分析纯。

1.2 仪器与设备

CHI-660D电化学工作站（上海辰华仪器有限公司）；三电极系统（以GCE为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极（Pt）为对电极）；JSM-7001F场发射扫描电子显微镜（FESEM，日本JEOL Ltd.）；超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；恒温磁力搅拌器（上海司乐仪器有限公司）；移液枪：赛默飞世尔（上海）仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 Cs-Au制备

碳球纳米复合材料参考文献[16]制备，Cs-Au参考文献[9]制备。准确称取50 mg制备好的碳球纳米材料于100 mL的具塞锥形瓶中，加入50.00 mL超纯水，超声分散2～3 h，使其分散均匀。在剧烈搅拌条件下，向其中加入1.0 mL 1%的HAuCl4和0.40 mL 0.20 mol/L的K2CO3，然后再迅速加入新鲜配制的0.80 mL 0.04 mol/L的NaBH4溶液，重复滴加3～5次，继续搅拌5 min，将上述悬浊液静置，除去上清液，用超纯水洗涤3～5次，然后再稀释到40.00 mL，在磁力搅拌条件下再加入0.20 mL 1%的HAuCl4和1.0 mL 0.04 mol/L的NH2OH·HCl，继续搅拌20 min，即得Cs-Au纳米复合材料，然后在10 000 r/min条件下反复离心，洗涤3～5次，在60 ℃条件下干燥，备用。

1.3.2 Cs-Au/GCE制备

将GCE电极经1 000目砂纸打磨，分别用0.3和0.05 μm的氧化铝粉抛光至镜面，然后依次用无水乙醇、二次蒸馏水进行超声清洗3次，每次3～5 min，常温干燥，备用[17-18]。用10 μL移液枪吸取一定量1.0 mg/mL的Cs-Au修饰液滴于GCE电极表面，常温下自然干燥，即得Cs-Au/GCE。

1.4 样品处理

准确称取50.0 g方便面，置于研钵中研磨成固体粉末，然后将固体粉末置于250 mL的锥形瓶中，向其中加入200 mL的无水乙醇溶解进行萃取（先超声萃取50 min，再静置7～8 h），静置完成后用布氏漏斗进行过滤，过滤物用乙醇冲洗2～3次，将过滤液转移至500 mL烧杯中定容，备用。

2 结果与分析

2.1 Cs-Au的形貌表征

利用SEM对Cs-Au纳米复合材料进行表征，其结果如图1所示。制备好的Cs为规则的球形结构，直径约为1 000 nm，采用盐酸羟胺还原法生长纳米金后，其表面均匀负载了一层纳米金颗粒，大小均匀，纳米金颗粒直径在0～50 nm之间。

2.2 不同电极的电化学表征

在10 mmol/L的[Fe(CN)6]3-溶液（含0.1 mol/L KCl）中分别对GCE和Cs-Au/GCE进行交流阻抗分析，其结果如图2所示。GCE电阻为366.7 Ω，Cs-Au/GCE电阻为158.32 Ω，与GCE相比电阻降低了56.83%，这是因为纳米金具有良好的导电性，能够有效地促进电子的转移，同时碳球纳米颗粒具有较大的比表面积，能够为纳米金的附着提供更多的接触位点，再加上碳球纳米材料和金纳米颗粒间具有良好的协同作用，能够有效地降低电极表面的阻抗。

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

2.3 BHA在不同电极上的电化学行为

以0.1 mol/L的高氯酸为支持电解质溶液，分别用GCE和Cs-Au/GCE对5 μg/mL的BHA进行DPV扫描，其结果如图3所示。GCE在5.0 μg/mL的BHA溶液中测得的氧化峰电流IP为0.396 4 μA，Cs-Au/GCE在5.0 μg/mL的BHA溶液中测得的氧化峰电流IP为0.711 5 μA，与GCE相比其氧化峰电流提高了79.49%，这说明Cs-Au具有较好的电催化活性，能够有效地促进电极表面电子的转移速率，提高氧化峰电流。

图3 GCE（a），Cs-Au/GCE（b）在5.0 μg/mL的BHA溶液中的差分脉冲曲线图

2.4 缓冲溶液的选择

分别以0.1 mol/L的盐酸、醋酸、磷酸和高氯酸为支持电解质溶液，Cs-Au/GCE为工作电极，对5 μg/mL的BHA进行DPV扫描，其结果如图4所示。4种电解质对BHA在Cs-Au/GCE表面的电化学反应有显著性影响，其中当以0.1 mol/L高氯酸为支持电解质溶液时，氧化电流值最大，IP为0.71 μA。这说明与其他三种缓冲液相比，高氯酸能够有效地促进电极表面电子的转移速率，增加电流响应，提高电极的灵敏度，因此选取高氯酸为支持电解质溶液。

图4 不同电解质溶液对传感器的影响

2.5 高氯酸缓冲溶液最佳浓度的优化

分别以0.05，0.08，0.10，0.12，0.15，0.18和0.20 mol/L的高氯酸为支持电解质溶液，对5 μg/mL的BHA进行DPV扫描，其结果如图5所示。随着高氯酸浓度的增加，Cs-Au/GCE在5.0 μg/mL的BHA中测得的氧化峰电流先增大后减小，且当高氯酸浓度为0.10 mol/L时，氧化峰电流最大IP，为0.72 μA。这是因为在一定浓度范围内，电解质浓度的增加能够有效地促进电极表面离子的扩散和转移，提高电化学反应，但BHA在电极表面的电化学反应为一个可逆反应，当电解质溶液浓度过高时，过多的H+会对反应产生抑制过程，进而影响电极表面的电化学反应，降低氧化峰电流。因此，选取0.10 mol/L的高氯酸为支持电解质溶液。

图5 缓冲溶浓度对Cs-Au/GCE的影响

2.6 Cs-Au修饰量的选择

以0.1 mol/L的高氯酸为支持电解质，分别以2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0和8.0 μL的Cs-Au修饰GCE制备Cs-Au/GCE传感器，对5.0 μg/mL的BHA进行DPV扫描，其结果如图6所示。随着Cs-Au修饰量的增加，Cs-Au/GCE在5.0 μg/mL BHA中测得的氧化峰电流先增大后减小，当修饰量为6 μL时，氧化峰电流达到最大，为0.72 μA。这是因为Cs-Au具有良好的导电性和催化作用，能够催化电极表面电化学反应的进行，加速电子转移速率，增强电流响应，但当修饰量过多时会导致电极表面涂层过厚修饰材料脱落，进而影响电极表面电化学反应的进行，增加电极表面阻抗，因此，Cs-Au修饰量选取6 μL。

图6 Cs-Au修饰量对Cs-Au/GCE的影响

2.7 标准曲线的绘制

在最佳试验条件下，分别对0.05～50 μg/mL的BHA进行定量分析，其结果如图7所示。BHA浓度与其氧化峰电流在0.5～35 μg/mL范围内呈良好的线性关系，线性方程为Y=0.143 8X-0.001 2（X为BHA浓度，Y为氧化峰电流），R2=0.999 7，相关性较好，检出限（3σ）为0.21 μg/mL，检出限较低，线性范围较宽，符合实验要求。

图7 BHA浓度与氧化峰电流间的关系曲线

2.8 实际样品检测

在最佳试验条件下，采用加标法对方便面中BHA进行实际样品检测，根据标准曲线计算出其含量，平行测定3次，其结果如表1所示。BHA加标回收率在99.50%～105.17%之间，精密度较高。

表1 实际样品检测及加标后回收率

2.9 重复性研究

在最佳试验条件下，用Cs-Au/GCE对5 μg/mL的BHA连续扫描10次，其结果如图8和表2所示。在最佳条件下，其相对标准偏差为1.131%，重复性较好。

图8 Cs-Au/GCE在5.0 μ g/mL的BHA溶液中扫描10次的差分脉冲曲线图

表2 10次重复性试验结果

3 结论

此次试验制备了Cs-Au复合材料，并在此基础上制备了Cs-Au/GCE传感器。利用Cs-Au/GCE对方便面中的BHA进行定量分析，结果表明：Cs-Au具有良好的导电性，能够有效地促进电极表面电子的转移，增强电流响应，提高电极灵敏度，其加标回收率在99.50%～105.17%之间，精密度较高，符合试验要求，且该传感器稳定性、重复性较好，可用于实际样品中BHA的定量分析。