CN106442687A - 一种修饰电极及其制备方法和在色素检测方面的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修饰电极及其制备方法和在色素检测方面的应用。制备方法如下：1)导电碳黑预处理；2)取适量预处理的导电碳黑和高锰酸钾加入到水和异丙醇的混合溶液中，进行超声分散；3)转入到水热反应釜中，然后将水热反应釜压紧后置入160～180℃高温烘箱中，水热反应3～5h；4)产物取出后用去离子水洗涤并进行离心分离，经真空干燥，得到黑色的导电碳黑担载纳米二氧化锰粉末；5)取所得粉末加入到异丙醇中，并加入适量粘结剂，然后进行超声分散，得到料浆；6)将料浆滴涂于玻碳电极表面，溶剂挥发后，即得修饰电极。本发明所制备的修饰电极，成本较为廉价，可实现饮料中日落黄和柠檬黄色素的检测，灵敏度高、线性范围较宽，重现性好。

Description

一种修饰电极及其制备方法和在色素检测方面的应用

技术领域

本发明涉及食品色素检测技术领域，更具体的涉及一种修饰电极及其制备方法和在色素检测方面的应用。

背景技术

随着社会的进步和发展，人们的生活水平逐渐提高，也越来越注重饮食，食品安全问题日渐成为社会普遍关注的方向，其中饮料制品添加色素问题也引起了人们的广泛关注。据研究，食用合成色素对人体的毒性作用可能有三方面,即一般毒性、致泻性与致癌性，特别是致癌性更为人们所关注。合成色素，作为非常重要的一种食品添加剂，通常添加到食品中，例如果汁饮料、碳酸饮料、糖果等，用来改善外观，颜色和纹理。一般来说，这些物质的含量包括偶氮基团和芳香环结构，因其对人类健康的潜在风险，必须由法律严格控制。日落黄(SY)和柠檬黄(TT)是两种偶氮染料，过量摄入将会导致过敏，出现哮喘，湿疹，偏头痛，焦虑，甚至诱发癌症和其他疾病。1994年，日落黄和柠檬黄的每日允许摄入量为2.5毫克和0.75毫克每公斤。在中国，合成染料中的日落黄和柠檬黄的允许最大量根据染料的性质而有所不同。日落黄和柠檬黄的范围通常是从0到100毫克每克。然而，一些国家(欧洲大学协会和欧洲一些国家)已经禁止了这些着色剂，如日落黄，因为在一些国家如芬兰和挪威被认为是致癌的。因此，在确定日落黄和柠檬黄的用量方面的检测是迫在眉睫的。

到目前为止，文献报道表明，不管是单独对SY和TT进行测定分析还是同时测定，都有了广泛的技术，如分光光度法，高效液相色谱-质谱，荧光发射光谱法，毛细管电泳。然而，这些方法和技术是昂贵的，费时的，或需要复杂的预处理，制约了其普及应用。与这些方法相比，电化学方法由于其成本低，简单，稳定性好，灵敏高而毋庸置疑是个较好的选择。目前，国内外大量的研发工作首眼于采用化学修饰电极的方法来同时实现日落黄和柠檬黄的同时检测，但同时具有低成本、较低检出限、宽线性范围特性的修饰电极的选择与制备仍然是一个十分重要的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时具有低成本、较低检出限、宽线性范围特性的修饰电极及其制备方法和应用，能够实现饮料中日落黄和柠檬黄色素的检测。

为实现上述目的，本发明是这样实现的：

一种修饰电极的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)导电碳黑预处理：将导电碳黑加入到浓度为3mol/L的盐酸溶液中，在70～90℃水浴磁力搅拌条件下回流2～3h，离心分离后用大量去离子水洗涤，然后再加入到浓度为5mol/L的浓硝酸溶液中，在70～90℃水浴磁力搅拌条件下回流2～3h，离心分离后用大量去离子水洗涤至滤液呈中性，然后将所得导电碳黑经真空干燥，得到预处理的导电碳黑；

2)取适量上述预处理的导电碳黑和高锰酸钾加入到水和异丙醇的混合溶液中，进行超声分散；其中，组成混合溶液的水和异丙醇的体积比为1∶1，所用步骤1)预处理的导电碳黑与高锰酸钾的质量比为1∶0.2～0.5，所用预处理的导电碳黑与所述混合溶液的质量体积比为1：100g/ml；

3)将超声分散后的混合液转入到水热反应釜中，然后将水热反应釜压紧后置入160～180℃高温烘箱中，水热反应3～5h；

4)产物取出后用去离子水洗涤并进行离心分离，然后经真空干燥，得到黑色的导电碳黑担载纳米二氧化锰粉末；

5)取步骤4)所得粉末加入到异丙醇中，并加入适量粘结剂，然后进行超声分散，得到料浆；其中，每1ml异丙醇中加入5mg步骤4)所得的粉末，同时加入50uL质量分数为5％的Nafion溶液作为粘结剂；

6)将分散后所得的料浆滴涂于玻碳电极表面，待溶剂挥发后形成一层薄膜，即制得修饰电极。

优选地，在步骤1)中，所用导电碳黑与盐酸溶液以及导电碳黑与浓硝酸溶液的质量体积比均为1：50g/ml。

优选地，在步骤1)和步骤4)中，真空干燥条件均为：60～80℃，时间8h。

优选地，在步骤2)和步骤5)中，超声分散均在超声波洗槽中进行，超声分散时间为20～30min，超声功率为60～90W。

本发明还提供了一种上述制备方法制得的修饰电极。

本发明还提供了一种上述制备方法制得的修饰电极在检测饮料中日落黄色素和/或柠檬黄色素的应用。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明以一种较为廉价的方法，制备了导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰玻碳电极，该修饰电极可实现饮料中日落黄和柠檬黄色素的检测，灵敏度高、线性范围较宽，重现性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种修饰电极的制备方法流程示意图；

图2为日落黄(a)柠檬黄(b)浓度与检测峰电流之间的对照关系。

图3为本发明的实施例1中所制备的导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰玻碳电极(a)以及裸玻碳电极(b)在待测溶液中的循环伏安曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种修饰电极的制备方法流程示意图，该制备方法可用于导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰玻碳电极的制备。

如图1所示，本发明实施例提供的一种修饰电极制备方法，包括以下步骤：

1)导电碳黑预处理：将导电碳黑加入到浓度为3mol/L的盐酸溶液中，在70～90℃水浴磁力搅拌条件下回流2～3h，离心分离后用大量去离子水洗涤，然后再加入到浓度为5mol/L的浓硝酸溶液中，在70～90℃水浴磁力搅拌条件下回流2～3h，离心分离后用大量去离子水洗涤至滤液呈中性，然后将所得导电碳黑经真空干燥，得到预处理的导电碳黑。

2)取适量上述预处理的导电碳黑和高锰酸钾加入到水和异丙醇的混合溶液中，进行超声分散；其中，组成混合溶液的水和异丙醇的体积比为1∶1，所用步骤1)预处理的导电碳黑与高锰酸钾的质量比为1∶0.2～0.5，所用预处理的导电碳黑与所述混合溶液的质量体积比为1∶100g/ml；导电碳黑与高锰酸钾的质量比不同会引起纳米二氧化锰在碳上的担载量不同，本发明中，所用步骤1)预处理的导电碳黑与高锰酸钾的质量比优选的确定为1∶0.2～0.5，能够提高修饰电极的灵敏度，从而满足分析检测的要求。

3)将超声分散后的混合液转入到水热反应釜中，然后将水热反应釜压紧后置入160～180℃高温烘箱中，水热反应3～5h；

4)产物取出后用去离子水洗涤并进行离心分离，然后经真空干燥，得到黑色的导电碳黑担载纳米二氧化锰粉末；

5)取步骤4)所得粉末加入到异丙醇中，并加入适量粘结剂，然后进行超声分散，得到料浆；其中，每1ml异丙醇中加入5mg步骤4)所得的粉末，同时加入50uL质量分数为5％的Nafion溶液作为粘结剂；

6)将分散后所得的料浆滴涂于玻碳电极表面，待溶剂挥发后形成一层薄膜，即制得修饰电极。

在本发明实施例中，在步骤1)中，所用导电碳黑与盐酸溶液以及导电碳黑与浓硝酸溶液的质量体积比均为1：50g/ml。

在本发明实施例中，在步骤1)和步骤4)中，真空干燥条件均为：60～80℃，时间8h。

在本发明实施例中，在步骤2)和步骤5)中，超声分散均在超声波洗槽中进行，超声分散时间为20～30min，超声功率为60～90W。

本发明实施例通过上述制备方法制得一种修饰电极，该修饰电极为导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰玻碳电极。该修饰电极可实现饮料中日落黄和柠檬黄色素的检测，灵敏度高、线性范围较宽，重现性好。

本发明实施例还提供了一种上述制备方法制得的修饰电极在检测饮料中日落黄色素和柠檬黄色素的应用。在本发明实施例中，具体应用的方法如下：

a、称取7.8005g磷酸二氢钠固体和8.953g磷酸氢二钠固体，分别溶解于水并于250mL容量瓶中定容，取得到的磷酸二氢钠溶液和磷酸氢二钠溶液进行混合，通过调节磷酸二氢钠溶液和磷酸氢二钠溶液的混合比例，配制缓冲溶液，使体系pH值维持在3～5之间；

b、取5ml含有日落黄和/或柠檬黄色素的待测溶液加入到少量缓冲溶液中，用缓冲溶液定容至100ml，组成待测电解质溶液；

c、室温条件下，将本发明所制备的导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰玻碳电极作为工作电极，铂片电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极组成三电极体系，插入到待测电解质溶液中，在0.3～1.1V(vs.SCE)内以50mV/s的速率进行循环伏安扫描，在0.8V和1.0V左右分别出现日落黄和柠檬黄的特征氧化峰，分别记录峰电流大小；

d、根据日落黄、柠檬黄浓度与检测峰电流之间的对照关系，将步骤c所记录的峰电流大小转化为对应的日落黄和柠檬黄色素的浓度值。

日落黄、柠檬黄浓度与检测峰电流之间的对照关系是通过向缓冲溶液中添加一系列不同标准浓度的日落黄、柠檬黄，通过修饰电极一一检测而得到的。如图1所示，在本发明实施例1所得到的电解质溶液中，日落黄色素在0.2～20μmol/L的浓度范围内呈较好的线性关系，日落黄色素的检测下限为0.077μmol/L；柠檬黄色素在0.3～18μmol/L的浓度范围内呈较好的线性关系，柠檬黄色素的检测下限0.083μmol/L。

下面以具体实施例来进一步详细说明。

实施例1

在本实施例中，在制备导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰电极时，采用如下步骤：

1)取1g导电碳黑加入到50ml浓度为3mol/L的盐酸溶液中，在80℃水浴磁力搅拌条件下回流3h，离心分离并用大量去离子水洗涤后，再加入到50ml浓度为5mol/L的浓硝酸溶液中，在80℃水浴磁力搅拌条件下回流3h，离心分离并用大量去离子水洗涤至滤液呈中性，60℃条件下真空干燥8h。所用的导电碳黑为商业化导电碳黑，比表面积：237.4m²/g。

2)将上述处理后的导电碳黑与0.362g高锰酸钾加入到40ml水和异丙醇的混合溶液中(水和异丙醇的体积比为1∶1)，在超声波洗槽中分散30min。

3)将混合液转入到容量为50ml的水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，将水热反应釜压紧后置入180℃高温烘箱中，水热反应3h。

4)产物取出后反复3到5次用去离子水洗涤并进行离心分离，然后后转入真空干燥箱60℃条件下真空干燥8h。得到黑色粉末状的导电碳黑担载二氧化锰。

5)取5mg上述样品加入到1ml异丙醇中，并加入50uL质量分数为5％的Nafion溶液作为粘结剂，在超声波洗槽中分散30min。

6)取10uL上述料浆，分3次滴涂于玻碳电极表面，待溶剂挥发后形成一层薄膜，即制得修饰电极。

此外，在本实施例中，提供了一种通过以上所述的方法制备的导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰玻碳电极在饮料中日落黄和柠檬黄色素同时检测方面的应用。包括以下步骤：

a)称取7.8005g磷酸二氢钠固体和8.9535g磷酸氢二钠固体，分别溶解于水中，并于250mL容量瓶中定容。调节磷酸二氢钠溶液和磷酸氢二钠溶液的混合比例，配制缓冲溶液，使体系pH值维持在3左右。

b)取实验室自行配制的5ml含有含有日落黄和柠檬黄色素浓度分别为120μmol/L和100μmol/L的标准溶液加入到缓冲溶液中，用缓冲溶液定容100ml，组成待测电解质溶液(日落黄和柠檬黄色素浓度分别为6μmol/L和5μmol/L)。

c)室温条件下，将上述步骤6)所制备的导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰玻碳电极作为工作电极，铂片电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极组成三电极体系，插入到上述待测电解质溶液中。在0.3～1.1V(vs.SCE)内以50mV/s的速率进行循环伏安扫描，其结果如图3的(a)所示。从该图可以明显地看出，在0.75V和1.0V左右分别出现日落黄和柠檬黄的特征氧化峰，峰电流大小(绝对值)分别为3.2×10^-6A和2.4×10^-6A。图3的(b)为未修饰的裸玻碳电极在待测溶液中的循环伏安扫描曲线，以作对照。

d)根据图2，将步骤c)所记录的峰电流大小转化为对应的日落黄和柠檬黄色素的浓度值，测得该碳酸饮料中含有日落黄和柠檬黄的浓度分别为：5.92μmol/L和5.09μmol/LA，误差分别为1.3％和1.8％。

实施例2

在本实施例中，在制备用导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰电极时，采用如下步骤：

1)取1g导电碳黑加入到50ml浓度为3mol/L的盐酸溶液中，在90℃水浴磁力搅拌条件下回流2h，离心分离并用大量去离子水洗涤后，再加入到50ml浓度为5mol/L的浓硝酸溶液中，在90℃水浴磁力搅拌条件下回流2h，离心分离并用大量去离子水洗涤至滤液呈中性。80℃条件下真空干燥8h。所用的导电碳黑为商业化导电碳黑，比表面积：237.4m²/g。

2)将上述处理后的导电碳黑与0.362g高锰酸钾加入到40ml水和异丙醇的混合溶液中(水和异丙醇的体积比为1∶1)，在超声波洗槽中分散30min。

3)将混合液转入到容量为50ml的水热反应釜聚四氟乙烯内衬中，将水热反应釜压紧后置入160℃高温烘箱中，水热反应5h。

4)产物取出后反复3到5次用去离子水洗涤并进行离心分离，然后转入真空干燥箱60℃条件下真空干燥8h。得到黑色粉末状的导电碳黑担载二氧化锰。

5)取5mg上述样品加入到1ml异丙醇中，并加入50uL质量分数为5％的Nafion溶液作为粘结剂，在超声波洗槽中分散30min。

6)取10uL上述料浆，分3次滴涂于玻碳电极表面，待溶剂挥发后形成一层薄膜，即制得修饰电极。

此外，在本实施例中，提供了一种通过以上所述的方法制备的导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰玻碳电极在饮料中日落黄和柠檬黄色素同时检测方面的应用。包括以下步骤：

a)称取7.8005g磷酸二氢钠固体和8.9535g磷酸氢二钠固体，分别溶解于水中，并于250mL容量瓶中定容。调节磷酸二氢钠溶液和磷酸氢二钠溶液的混合比例，配制缓冲溶液，使体系pH值维持在4左右。

b)取5ml含有市售含有日落黄和/或柠檬黄色素的碳酸饮料加入到缓冲溶液中，用缓冲溶液定容100ml，组成待测电解质溶液。

c)室温条件下，将上述步骤6)所制备的导电碳黑担载纳米二氧化锰修饰玻碳电极作为工作电极，铂片电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极组成三电极体系，插入到上述待测电解质溶液中。在0.3～1.1V(vs.SCE)内以50mV/s的速率进行循环伏安扫描，在0.75V和1.0V左右分别出现日落黄和柠檬黄的特征氧化峰，记录峰电流值。

d)根据说明书附图2，将步骤c)所记录的峰电流大小转化为对应的日落黄和柠檬黄色素的浓度值，测得该碳酸饮料中含有日落黄和柠檬黄的摩尔浓度值，并转化为质量浓度值分别为：0.042g/kg(日落黄)，0.035g/kg(柠檬黄)，低于国标值(日落黄与柠檬黄总量不高于0.1g/kg)，检测结果评价为合格。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种修饰电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)导电碳黑预处理：将导电碳黑加入到浓度为3mol/L的盐酸溶液中，在70～90℃水浴磁力搅拌条件下回流2～3h，离心分离后用大量去离子水洗涤，然后再加入到浓度为5mol/L的浓硝酸溶液中，在70～90℃水浴磁力搅拌条件下回流2～3h，离心分离后用大量去离子水洗涤至滤液呈中性，然后将所得导电碳黑经真空干燥，得到预处理的导电碳黑；

2)取适量上述预处理的导电碳黑和高锰酸钾加入到水和异丙醇的混合溶液中，进行超声分散；其中，组成混合溶液的水和异丙醇的体积比为1∶1，所用步骤1)预处理的导电碳黑与高锰酸钾的质量比为1∶0.2～0.5，所用预处理的导电碳黑与所述混合溶液的固液比为1：100g/ml；

3)将超声分散后的混合液转入到水热反应釜中，然后将水热反应釜压紧后置入160～180℃高温烘箱中，水热反应3～5h；

4)产物取出后用去离子水洗涤并进行离心分离，然后经真空干燥，得到黑色的导电碳黑担载纳米二氧化锰粉末；

5)取步骤4)所得粉末加入到异丙醇中，并加入适量粘结剂，然后进行超声分散，得到料浆；其中，每1ml异丙醇中加入5mg步骤4)所得的粉末，同时加入50uL质量分数为5％的Nafion溶液作为粘结剂；

6)将分散后所得的料浆滴涂于玻碳电极表面，待溶剂挥发后形成一层薄膜，即制得修饰电极。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，所用导电碳黑与盐酸溶液以及导电碳黑与浓硝酸溶液的质量体积比均为1：50g/ml。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1)和步骤4)中，真空干燥条件均为：温度60～80℃，时间8h。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2)和步骤5)中，超声分散均在超声波洗槽中进行，超声分散时间为20～30min，超声功率为60～90W。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的制备方法制得的修饰电极。

6.一种如权利要求1-4中任一项所述的制备方法制得的修饰电极在检测饮料中日落黄色素和/或柠檬黄色素的应用。