CN105928998B - 一种检测酪胺的化学修饰电极以及酪胺的电化学测定方法 - Google Patents

一种检测酪胺的化学修饰电极以及酪胺的电化学测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电化学技术领域，具体公开了一种检测酪胺的化学修饰电极以及酪胺的电化学测定方法。所述的化学修饰电极的制备方法包含如下步骤：S11. 将玻碳电极置于邻氨基酚溶液中，在‑0.5~1.5 V电位范围内进行循环伏安扫描；S12. 清洗经步骤S11处理后的玻碳电极；S13. 将经步骤S12处理后的玻碳电极进行过氧化处理得所述的检测酪胺的化学修饰电极。该化学修饰电极测试灵敏度高，检出限低，稳定性、重现性以及抗干扰性强。

Description

一种检测酪胺的化学修饰电极以及酪胺的电化学测定方法
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种检测酪胺的化学修饰电极以及酪胺的电化学测定方法。
背景技术
酪胺（Tyramine）等生物胺（Biogenic amines，BA）是一类具有生物活性的含氮低分子量有机化合物，广泛存在于各种动植物及多种食品中，是生物体内正常的生理成分，在生物细胞中具有重要的生理功能。但当人体过量摄入生物胺如富含酪胺的食物时可能引起高血压和偏头疼等症状。食品中的生物胺是细菌中的酶催化自由氨基酸发生脱羧基作用而产生的，是食品细菌性腐败的重要化学标志物，其含量可作为食品新鲜度的指示剂。因此，建立酪胺等生物胺的灵敏快速检测技术，对促进食品质量安全和保障人民身体健康具有重要意义。
近年来，国内外越来越多学者致力于研究开发生物胺的量化分析检测技术，其检测方法主要有色谱法、毛细管电泳法和生物传感器法。但这些方法对酪胺等生物胺的检测各有其优缺点。色谱法具有分离效率高、准确灵敏等特点，但是样品前处理操作复杂、专业性强、成本较高，难以实现现场快速检测。毛细管电泳法具有成本低、仪器简单、分离速度快等优点，但是其重现性较差。生物传感器法具有灵敏度高、特异性强和易于微型化等优点，但其成本高、环境耐受性较差。迄今为止，基于高分子聚合技术和电化学传感技术建立酪胺的非生物电化学传感检测方法的研究报道较少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术中存在的上述不足，提供一种检测酪胺的化学修饰电极。
本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：
一种检测酪胺的化学修饰电极的制备方法，包含如下步骤：
S11. 将玻碳电极置于邻氨基酚溶液中，在-0.5~1.5 V电位范围内进行循环伏安扫描；
S12. 清洗经步骤S11处理后的玻碳电极；
S13. 将经步骤S12处理后的玻碳电极进行过氧化处理得所述的检测酪胺的化学修饰电极。
本发明发明人经大量的实验研究发现，以聚邻氨基酚来修饰电极用于检测酪胺灵敏度高、重现性和稳定性好。进一步研究发现，在制备修饰电极过程中，在-0.5~1.5 V电位范围内进行循环伏安扫描，聚合得到的化学修饰电极对酪胺的响应电流值更大。在-0.5V为低电位时得到的化学修饰电极上的活性位点更多，化学修饰电极的结构更加适合酪胺分子的测定。
优选地，步骤S11中所述的邻氨基酚溶液中邻氨基酚的浓度为0.008~0.012 mol/L；最优选地，所述的邻氨基酚溶液中邻氨基酚的浓度为0.01 mol/L。
发明人经大量的实验研究发现，邻氨基酚溶液中邻氨基酚的浓度在0.008~0.012mol/L时，制备得到的化学修饰电极对酪胺的检出限较低，当邻氨基酚的浓度为0.01 mol/L时，检出限最低，能够检测出1.0×10-7mol/L的酪胺溶液。这是由于邻氨基酚低于上述范围，化学修饰电极上生成的聚合膜的聚合度低，活性位点较少；浓度高于上述范围时，生成的聚合膜厚，膜的电阻增大，造成聚合膜的催化活性降低。发明人经大量的实验摸索出了上述最佳范围。
优选地，步骤S11中所述的邻氨基酚溶液为邻氨基酚高氯酸溶液，所述的高氯酸溶液中高氯酸的浓度为0.2~0.4mol/L；最优选地，所述的高氯酸溶液中高氯酸的浓度为0.3mol/L。
发明人经大量的实验研究发现，高氯酸的浓度为0.2~0.4mol/L时制备得到的化学修饰电极的电流响应值较大，高氯酸溶液中高氯酸的浓度为0.3mol/L时，电流响应值最大。
优选地，步骤S11中循环伏安扫描的圈数为13~15圈；优选地，步骤S11中循环伏安扫描的圈数为14圈。
发明人经大量的实验研究发现，循环伏安扫描的圈数为13~15圈制备得到的化学修饰电极对酪胺的检测电流值较大，循环伏安扫描的圈数为14圈制备得到的化学修饰电极对酪胺的检测电流值最大。这是由于，扫描圈数小于上述范围，得到的化学修饰电极上的聚合膜较薄，稳定性差，对酪胺的响应电流小；扫描圈数大于上述范围，得到的化学修饰电极上的聚合膜较厚，使酪胺氧化还原反应过程中电子传递的阻力增加，响应信号变小。
优选地，步骤S12中的清洗方法为：将经步骤S11处理后的玻碳电极依次置于无水乙醇和超纯水中超声1~5min。
优选地，步骤S13中所述的过氧化处理的方法为：将经步骤S12处理后的玻碳电极置于NaOH溶液中进行循环伏安扫描。
优选地，所述的NaOH溶液的浓度为0.08~0.10mol/L；最优选地，所述的NaOH溶液的浓度为0.09mol/L。
发明人经大量的实验研究发现，经上述条件下过氧化处理使得制备得到的化学修饰电极上聚合膜的含氧基团数量增加，有利于酪胺分子到达电极表面发生氧化还原反应，从而使过氧化聚邻氨基酚修饰电极的灵敏度显著提高。
优选地，循环伏安扫描的圈数为15~18圈；最优选地，循环伏安扫描的圈数为16圈。
本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的检测酪胺的化学修饰电极。
一种酪胺的电化学测定方法，包含如下步骤：
S21. 配制酪胺溶液；
S22. 将上述检测酪胺的化学修饰电极置于酪胺溶液中静置160~300s；
S23. 用方波伏安法检测氧化峰电流值；
S24. 根据线性回归方程计算出酪胺的浓度。
优选地，步骤S21中使用pH7.0的PBS缓冲液配制酪胺溶液。
发明人经大量的研究表明，配制酪胺溶液时底液的pH值影响酪胺在溶液中的稳定性和存在状态，从而影响其与化学修饰电极的作用能力；研究表明pH7.0的酪胺溶液在修饰电极上的响应电流值最大，而且测试重现性好。
优选地，步骤S22中所述的静置时间为180s。
发明人经大量的研究表明，静置180s酪胺在化学修饰电极表面已经达到了吸附平衡。
优选地，步骤S23中方波伏安法的检测条件为：电位窗口为0.2~1.2V，电位增量4mV/s，方波振幅25mV，方波频率15Hz。
发明人经大量的研究表明，方波伏安法比其他伏安法的测试灵敏度更高。
优选地，在1.0×10-7~1.0×10-5mol/L浓度范围内的线性回归方程为-I=0.1875C-0.0129，在1.0×10-5~2.0×10-4mol/L的线性回归方程为-I=0.0205C+1.8675；其中，-I为氧化峰电流值，单位为μA；C为酪胺的浓度，单位为µmol/L。
有益效果：（1）本发明提供了一种全新的用于检测酪胺的化学修饰电极；（2）所述的化学修饰电极测试灵敏度高，检出限低（实施例表明其检出限低至5.4×10-8mol/L），稳定性、重现性以及抗干扰性强；（3）所述的化学修饰电极制备成本低，易于操作，检测酪胺方便快捷。
附图说明
图1为实施例1制备得到的化学修饰电极测定不同浓度酪胺溶液的方波伏安图，其中插图为酪胺的电流响应值与酪胺浓度的关系曲线图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1 检测酪胺的化学修饰电极的制备
S11. 将玻碳电极置于邻氨基酚溶液中，在-0.5~1.5 V电位范围内进行循环伏安扫描；
S12. 清洗经步骤S11处理后的玻碳电极；
S13. 将经步骤S12处理后的玻碳电极进行过氧化处理得所述的检测酪胺的化学修饰电极；
步骤S11中所述的邻氨基酚溶液中邻氨基酚的浓度为0.01 mol/L；
步骤S11中所述的邻氨基酚溶液为邻氨基酚高氯酸溶液，所述的高氯酸溶液中高氯酸的浓度为0.3mol/L；
步骤S11中循环伏安扫描的圈数为14圈；
步骤S12中的清洗方法为：将经步骤S11处理后的玻碳电极依次置于无水乙
醇和超纯水中超声1min；
步骤S13中所述的过氧化处理的方法为：将经步骤S12处理后的玻碳电极置于NaOH溶液中进行循环伏安扫描；所述的NaOH溶液的浓度为0.09mol/L；循环伏安扫描的圈数为16圈。
实施例2 检测酪胺的化学修饰电极的制备
S11. 将玻碳电极置于邻氨基酚溶液中，在-0.5~1.5 V电位范围内进行循环伏安扫描；
S12. 清洗经步骤S11处理后的玻碳电极；
S13. 将经步骤S12处理后的玻碳电极进行过氧化处理得所述的检测酪胺的化学修饰电极；
步骤S11中所述的邻氨基酚溶液中邻氨基酚的浓度为0.008 mol/L；
步骤S11中所述的邻氨基酚溶液为邻氨基酚高氯酸溶液，所述的高氯酸溶液中高氯酸的浓度为0.2mol/L；
步骤S11中循环伏安扫描的圈数为13圈；
步骤S12中的清洗方法为：将经步骤S11处理后的玻碳电极依次置于无水乙
醇和超纯水中超声1min；
步骤S13中所述的过氧化处理的方法为：将经步骤S12处理后的玻碳电极置于NaOH溶液中进行循环伏安扫描；所述的NaOH溶液的浓度为0.08mol/L；循
环伏安扫描的圈数为15圈。
实施例3 检测酪胺的化学修饰电极的制备
S11. 将玻碳电极置于邻氨基酚溶液中，在-0.5~1.5 V电位范围内进行循环伏安扫描；
S12. 清洗经步骤S11处理后的玻碳电极；
S13. 将经步骤S12处理后的玻碳电极进行过氧化处理得所述的检测酪胺的化学修饰电极；
步骤S11中所述的邻氨基酚溶液中邻氨基酚的浓度为0.012 mol/L；
步骤S11中所述的邻氨基酚溶液为邻氨基酚高氯酸溶液，所述的高氯酸溶液中高氯酸的浓度为0.4mol/L；
步骤S11中循环伏安扫描的圈数为15圈；
步骤S12中的清洗方法为：将经步骤S11处理后的玻碳电极依次置于无水乙
醇和超纯水中超声5min；
步骤S13中所述的过氧化处理的方法为：将经步骤S12处理后的玻碳电极置于NaOH溶液中进行循环伏安扫描；所述的NaOH溶液的浓度为0.09mol/L；循
环伏安扫描的圈数为18圈。
实施例4 本发明所述的检测酪胺的化学修饰电极的性能测试
（1）重现性
用6支实施例1制备得到的化学修饰电极，测定其对1.0×10-5mol/L酪胺溶液的电流响应。测得酪胺氧化峰电流值的相对标准偏差（RSD）（n=6）为2.6%，表明该修饰电极的制作重现性好。
用同1支过氧化聚邻氨基酚修饰电极在1.0×10-6mol/L酪胺溶液中连续扫描10次，测得峰电流值的RSD为6.5%，表明该修饰电极具有良好的测试重现性。
（2）稳定性
将3支实施例1制备得到的化学修饰电极，于常温干燥环境下避光保存8天，并用其测定1.0×10-6mol/L酪胺溶液。在第8天测试时，酪胺的响应电流可以达到初始电流的92.5%，表明该修饰电极在一周内可以保持良好的稳定性。
（3）选择性
使用实施例1制备得到的化学修饰电极，以1.0×10-6mol/L酪胺溶液作为对照，采用SWV法分别考察了相同浓度和10倍浓度的其他7种生物胺（组胺、苯乙胺、色胺、精胺、亚精胺、尸胺及腐胺）对酪胺测定的干扰情况。结果发现，浓度为1.0×10-6mol/L的上述7种生物胺在0.65V附近均无电化学响应；当测定浓度为1.0×10-5mol/L的上述7种生物胺时，除了色胺以外，其余6种生物胺也均无电化学响应，表明利用该修饰电极对酪胺进行测定时，除高浓度的色胺有一定的干扰外，其余6种生物胺均无干扰。
（4）线性范围和检出限
在优化的实验条件下，用实施例1制备得到的化学修饰电极测定不同浓度的酪胺溶液，结果如图1所示。在一定浓度范围内，酪胺的氧化峰电流值随酪胺浓度的增大而增大，氧化峰电流值（-I，μA）和酪胺的浓度（C，µmol/L）在两个范围内呈线性关系，低浓度区（1.0×10-7~1.0×10-5mol/L）和高浓度区（1.0×10-5~2.0×10-4mol/L）的线性回归方程分别是：- I=0.1875C-0.0129（r=0.999，n=5）、-I=0.0205C+1.8675（r=0.994，n=5）。基于三倍的信噪比（S/N=3），得到该修饰电极测定酪胺的检出限为5.4×10-8mol/L。
实施例5 酪胺的电化学测定方法
S21. 取购于超市的发酵米醋样品，使用pH7.0的PBS缓冲液稀释50倍配制待检测的酪胺溶液（米醋测定液）；
S22. 将实施例1制备得到的化学修饰电极置于酪胺溶液中静置180s；
S23. 用方波伏安法检测氧化峰电流值；所述方波伏安法的检测条件为：电位窗口为0.2~1.2V，电位增量4mV/s，方波振幅25mV，方波频率15Hz；
S24. 根据线性回归方程计算出酪胺的浓度；在1.0×10-7~1.0×10-5mol/L浓度范围内的线性回归方程为-I=0.1875C-0.0129，在1.0×10-5~2.0×10-4mol/L的线性回归方程为-I=0.0205C+1.8675；其中，-I为氧化峰电流值，单位为μA；C为酪胺的浓度，单位为µmol/L。
结果测得米醋测定液中酪胺的浓度为3.6×10-7mol/L，换算得到米醋样品中酪胺的含量为2.5mg/kg。为了验证该检测方法的准确性，在米醋样品中分别添加0.5、150μmol/L的酪胺标准溶液，按照优化条件分别平行测定3次。得到米醋样品中酪胺的加标回收率为102.4%~114.8%，RSD为1.8%~7.0%，表明该检测方法具有较高的准确度和精密度。

Claims (15)

1.一种检测酪胺的化学修饰电极的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
S11. 将玻碳电极置于邻氨基酚溶液中，在-0.5~1.5 V电位范围内进行循环伏安扫描；
S12. 清洗经步骤S11处理后的玻碳电极；
S13. 将经步骤S12处理后的玻碳电极进行过氧化处理得所述的检测酪胺的化学修饰电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S11中所述的邻氨基酚溶液中邻氨基酚的浓度为0.008~0.012 mol/L。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的邻氨基酚溶液中邻氨基酚的浓度为 0.01 mol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S11中所述的邻氨基酚溶液为邻氨基酚高氯酸溶液，所述的高氯酸溶液中高氯酸的浓度为0.2~0.4mol/L。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的高氯酸溶液中高氯酸的浓度为0.3mol/L。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S11中循环伏安扫描的圈数为13~15圈。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S11中循环伏安扫描的圈数为14圈。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S13中所述的过氧化处理的方法为：将经步骤S12处理后的玻碳电极置于NaOH溶液中进行循环伏安扫描；所述的NaOH溶液的浓度为0.08~0.10mol/L。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的NaOH溶液的浓度为0.09mol/L。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，循环伏安扫描的圈数为15~18圈；
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，循环伏安扫描的圈数为16圈。
12.权利要求1~11任一项所述的制备方法制备得到的检测酪胺的化学修饰电极。
13.一种酪胺的电化学测定方法，其特征在于，包含如下步骤：
S21. 配制酪胺溶液；
S22. 将权利要求7所述的检测酪胺的化学修饰电极置于酪胺溶液中静置160~300s；
S23. 用方波伏安法检测氧化峰电流值；
S24. 根据线性回归方程计算出酪胺的浓度。
14.根据权利要求13所述的检测方法，其特征在于，步骤S21中使用pH7.0的PBS缓冲液配制酪胺溶液；步骤S22中所述的静置时间为180s。
15.根据权利要求13所述的检测方法，其特征在于，步骤S23中方波伏安法的检测条件为：电位窗口为0.2~1.2V，电位增量4mV/s，方波振幅25mV，方波频率15Hz；步骤S24中在1.0×10-7~1.0×10-5mol/L浓度范围内的线性回归方程为-I=0.1875C-0.0129，在1.0×10-5~2.0×10-4mol/L的线性回归方程为-I=0.0205C+1.8675；其中，-I为氧化峰电流值，单位为μA；C为酪胺的浓度，单位为µmol/L。
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