CN106315689A - 氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法，选用氧化石墨烯(GO)和Co(CH3COO)2·4H2O在高温下反应得到氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料，本方法操作简单、不需要复杂设备；所制备的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料，催化能力强；将制备的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料应用于以TMB为显色底物检测食品中维生素C的方法中，该方法选择性好、灵敏度高、可视化。

Description

氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及食品检测方法技术领域，尤其涉及一种制备氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法及其应用。
背景技术
维生素C是人类必需的营养素，主要促进胶原蛋白的合成、参与胆固醇的转化和芳香烃氨基酸的代谢，是一种重要的抗氧化剂—能够保护人体免于氧化剂的威胁。由于人体无法合成维生素C，因此只能从食品或者药品中摄入，其主要食物来源是水果与蔬菜。因此，准确检测食品中维生素C的方法对了解饮食和人类健康起着至关重要的作用。迄今为止，检测食品中维生素C的方法包括高效液相法、毛细管电泳法、荧光法、气相色谱法等。比色法由于操作简便、具有可视化等优点得到广泛应用。众所周知,比色法的关键是将被分析物转变成有色化合物。纳米材料具有的一些特性使其在比色分析中得到了越来越多的应用。其中，以纳米材料的类酶活性为基础的比色分析方法受到了分析工作者的广泛关注。
四氧化三钴纳米颗粒(Co3O4NPs)虽然具有高的类氧化酶催化活性，但其不仅粒径较小容易团聚且水溶性较差。氧化石墨烯(GO)是一种具有大比表面积、优良亲水性能的碳材料。大的比表面积和表面存在大量的活性官能团使GO成为一种优良的载体。迄今为止，有关制备具有类氧化酶活性的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料—GO@Co3O4NPs的方法和用其在可视化测定水果中维生素C的应用尚未见报道。因此，发展一种制备GO@Co3O4NPs的新方法并在此基础建立测定水果中维生素C的可视化方法十分必要。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法，在此基础上，以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)为显色底物建立简单、经济、高灵敏度检测食品中维生素C的可视化新方法。
本发明提出一种氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法，包含以下步骤：
A、将GO和Co(CH3COO)2·4H2O溶解于无水乙醇中，强力搅拌下加入25-28％氨水，搅拌8-15min；
B、然后将所得悬浊液移入高压反应釜中、密封，于140-165℃反应2-4h；
C、反应完毕后自然冷却至室温，离心分离所得产品，用超纯水洗涤数次，直至上层清液接近中性；
D、于真空干燥箱中60-70℃下干燥3-5h，得到的黑色粉末即为氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料，将其保存于干燥器中备用。
将氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料应用于以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)为显色底物检测食品中维生素C的方法中。
一种以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)为显色底物检测食品中维生素C的方法，包括以下步骤：
a、将食品样品粉碎，准确称量一定量样品于烧杯中，加入1.0×10-4mol/L EDTA溶液，超声15min，将上述溶液用0.45μm滤膜过滤收集滤液，将滤液用1.0×10-4mol/L EDTA溶液稀释得到样品溶液，存于4℃冰箱中备用；
b、向a中所得样品溶液中加入TMB的乙醇溶液，再加入醋酸-醋酸钠缓冲溶液、氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料和亚硫酸盐于一定温度下反应完全，定容，利用分光光度计于652nm处测定溶液的吸光度；
c、用维生素C标准品绘制标准曲线；
d、由步骤b的吸光度和步骤c的标准曲线和样品质量即可计算出食品中维生素C的含量。
优选的，所述的步骤b中，反应温度为40℃。
优选的，所述的步骤b中，反应时间为10min。
优选的，所述的步骤b中，pH为4.0。
优选的，所述的步骤b中，TMB的含量为0.12mM。
所述的mM为千分之一摩尔每升。
优选的，所述的步骤b中，氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的浓度为40μg/mL。
优选的，所述的步骤b中，亚硫酸根的浓度为12μM。
所述的μM为十万分之一摩尔每升。
本方案的有益之处在于：本制备方法操作简单、不需要复杂设备，所制备的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料，催化能力强；所建立的测定水果中维生素C的方法选择性好、灵敏度高、可视化。
附图说明
图1：实施例1制备的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的XRD谱图。
图2：实施例2制备的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的透射电镜图(a)和EDX谱图(b)。
图3：实施例3制备的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的XPS谱图。
图4：检测不同浓度维生素C的照片、吸收谱图和测试曲线图。
图5：不同干扰物对维生素C的测试影响图。
图6：温度(a)、pH(b)、TMB浓度(c)和氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料浓度(d)对测定维生素C的影响图。
具体实施方式
实施例1：
本发明提出一种氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法，包含以下步骤：
A、将9.1mg GO和0.5g Co(CH3COO)2·4H2O溶解于25mL无水乙醇中，强力搅拌下加入27％氨水2.5mL，搅拌10min；
B、然后将所得悬浊液移入50mL高压反应釜中、密封，于150℃反应3h；
C、反应完毕后自然冷却至室温，离心分离所得产品，用超纯水洗涤数次，直至上层清液接近中性；
D、于真空干燥箱中60℃下干燥4h，得到的黑色粉末即为氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料，将其保存于干燥器中备用。
用XRD、TEM-EDX、XPS等手段对其结构和形貌进行了表征，得到图1、图2和图3。
实施例2：
本发明提出一种氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法，包含以下步骤：
A、将9.1mg GO和0.5g Co(CH3COO)2·4H2O溶解于25mL无水乙醇中，强力搅拌下加入28％氨水2.5mL，搅拌15min；
B、然后将所得悬浊液移入50mL高压反应釜中、密封，于160℃反应2h；
C、反应完毕后自然冷却至室温，离心分离所得产品，用超纯水洗涤数次，直至上层清液接近中性；
D、于真空干燥箱中70℃下干燥3h，得到的黑色粉末即为氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料，将其保存于干燥器中备用。
实施例3：
本发明提出一种氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法，包含以下步骤：
A、将9.1mg GO和0.5g Co(CH3COO)2·4H2O溶解于25mL无水乙醇中，强力搅拌下加入25％氨水2.5mL，搅拌8min；
B、然后将所得悬浊液移入50mL高压反应釜中、密封，于140℃反应4h；
C、反应完毕后自然冷却至室温，离心分离所得产品，用超纯水洗涤数次，直至上层清液接近中性；
D、于真空干燥箱中65℃下干燥5h，得到的黑色粉末即为氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料，将其保存于干燥器中备用。
将实施例1制备的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料应用于以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)为显色底物检测食品中维生素C的方法中，得到实施例4.
实施例4
一种以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)为显色底物检测食品中维生素C的方法，包括以下步骤：
a、将西红柿、桃子、芒果样品分别粉碎，准确称量一定量粉碎样品于烧杯中，加入40mL 1.0×10-4mol/L EDTA溶液，超声15min，将上述溶液用0.45μm滤膜过滤收集滤液，将滤液用1.0×10-4mol/L EDTA稀释到100mL即得到样品溶液，存于4℃冰箱中备用；
b、向a中所得样品溶液中加入TMB的乙醇溶液，再加入醋酸-醋酸钠缓冲溶液、氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料和亚硫酸盐于40℃反应10min，定容，利用分光光度计于652nm处测定溶液的吸光度；
c、用维生素C标准品绘制标准曲线；
d、由步骤b的吸光度和步骤c的标准曲线和样品质量即可计算出食品中维生素C的含量。
西红柿、桃子、芒果均购自当地超市。
以实施例4的方法来检测不同浓度维生素C，得到如下照片和谱图。
图4：检测不同浓度维生素C的照片、吸收谱图和测试曲线图。
其中：照片(a)为不同浓度维生素C在反应体系中所生成产物的颜色变化；图(b)为不同浓度维生素C在氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料反应体系中的吸收谱图；曲线(c)为维生素C浓度与ΔA的曲线；内插图为维生素C浓度的标准曲线。
图5为不同干扰物对维生素C的测试影响图。
10μM维生素C溶液与200μM干扰物+10μM维生素C溶液的吸光度(λ＝652nm)
由图5可以知道，不同的干扰物对维生素C的测试结果影响均不大，除了Cu2+和Fe3+外，其余的干扰影响可以控制在5％以内，而Cu2+和Fe3+的干扰也可以控制在15％以内。(从图上可看出，不到20％)
实施例5
通过对氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料用量、TMB用量、温度、pH值、反应时间等进行优化，确定最佳的测定条件，得到图6，建立测定维生素C及其结构相似物的可视化方法。
图6：温度(a)、pH(b)、TMB浓度(c)和氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料浓度(d)对测定维生素C的影响图，其中维生素C的浓度为6μM，ΔΑ＝Α(blank,652nm)-Α(vitamin C,652nm)，反应条件为pH 4.0醋酸-醋酸钠缓冲溶液，反应时间10min。
由实施例5的测试数据可以知道，发明内容中，以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)为显色底物检测食品中维生素C的方法，优选的条件为：
优选的，所述的步骤b中，测试温度为40℃。
优选的，所述的步骤b中，pH为4.0。
优选的，所述的步骤b中，TMB的含量为0.12mM。
优选的，所述的步骤b中，氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的浓度为40μg/mL。
表1为以3,3',5,5'-四甲基联苯胺(TMB)为显色底物检测食品中维生素C的方法，得到的测试数据。
表1水果样品中维生素C的测定结果
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
A、将GO和Co(CH3COO)2·4H2O溶解于无水乙醇中，强力搅拌下加入25-28％氨水，搅拌8-15min；
B、然后将所得悬浊液移入高压反应釜中、密封，于140-165℃反应2-4h；
C、反应完毕后自然冷却至室温，离心分离所得产品，用超纯水洗涤数次，直至上层清液接近中性；
D、于真空干燥箱中60-70℃下干燥3-5h，得到的黑色粉末即为氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料，将其保存于干燥器中备用。
2.如权利要求1所述的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
A、将9.1mg GO和0.5g Co(CH3COO)2·4H2O溶解于25mL无水乙醇中，强力搅拌下加入27％氨水2.5mL，搅拌10min；
B、然后将所得悬浊液移入50mL高压反应釜中、密封，于150℃反应3h；
C、反应完毕后自然冷却至室温，离心分离所得产品，用超纯水洗涤数次，直至上层清液接近中性；
D、于真空干燥箱中60℃下干燥4h，得到的黑色粉末即为氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料，将其保存于干燥器中备用。
3.氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的应用，其特征在于，氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料应用于以TMB为显色底物检测食品中维生素C的方法中。
4.如权利要求3所述的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的应用，其特征在于，所述的以TMB为显色底物检测食品中维生素C的方法，包括以下步骤：a、将食品样品粉碎，准确称量一定量样品于烧杯中，加入1.0×10-4mol/L EDTA溶液，超声15min，将上述溶液用0.45μm滤膜过滤收集滤液，将滤液用1.0×10-4mol/L EDTA溶液稀释得到样品溶液，存于4℃冰箱中备用；
b、向a中所得样品溶液中加入TMB的乙醇溶液，再加入醋酸-醋酸钠缓冲溶液、氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料和亚硫酸盐于一定温度下反应完全，定容，利用分光光度计于652nm处测定溶液的吸光度；
c、用维生素C标准品绘制标准曲线；
d、由步骤b的吸光度和步骤c的标准曲线和样品质量即可计算出食品中维生素C的含量。
5.如权利要求4所述的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的应用，其特征在于，所述的步骤b中，测试温度为40℃。
6.如权利要求4所述的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的应用，其特征在于，优选的，所述的步骤b中，反应时间为10min。
7.如权利要求4所述的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的应用，其特征在于，所述的步骤b中，pH为4.0。
8.如权利要求4所述的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的应用，其特征在于，所述的步骤b中，TMB的含量为0.12mM。
9.如权利要求4所述的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的应用，其特征在于，所述的步骤b中，氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的浓度为40μg/mL。
10.如权利要求4所述的氧化石墨烯@四氧化三钴纳米复合材料的应用，其特征在于，所述的步骤b中，亚硫酸根的浓度为12μM。
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