CN108982618B - 纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于食品安全检测技术领域，具体涉及纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极、制备方法及应用。其中，制备方法包括以下步骤：步骤一、配制石墨烯溶液；步骤二、将金的前驱体溶液加入所述石墨烯溶液中得到混合液；步骤三、将混合液涂覆于丝网印刷电极的工作电极区域，干燥成膜后得到具有膜层的丝网印刷电极；步骤四、将具有膜层的丝网印刷电极连接至电化学工作站，并于电解液中进行循环伏安法扫描，得到纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极。本发明的制备方法，利用丝网印刷电极为基体，将石墨烯和金的前驱体的混合液涂覆在丝网印刷电极的工作电极区域，干燥成膜后进行循环伏安法扫描，即可得到纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极，制备方法简单、可靠。
Description
技术领域
本发明属于食品安全检测技术领域，具体涉及一种纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极、制备方法及应用。
背景技术
茶是世界上最受欢迎的饮料之一，其主要营养成分为儿茶素，被称为重要的天然酚类抗氧化剂。酚类抗氧化剂通过阻断自由基的反应而起到抗细胞衰老的作用。同时，儿茶素在抗肿瘤、抗紫外线伤害、抗高血压以及保护肝细胞等等领域有着重要的作用。儿茶素是多种多酚类物质的总称，主要包括表儿茶素(epiatechin，EC)、表没食子儿茶素(epigallocatechin，EGC)、表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin gallate，EGCG)、表儿茶素没食子酸酯(epicatechin gallate，ECG)。其中，EGCG作为儿茶素中含量最高，抗氧化性最好的成分，具有广阔的研究前景。
目前对于儿茶素的检测方法有很多，包括高效液相色谱、分光光度法、电化学发光法等等。其中，GB/T8313-2008的福林酚试剂法与GB-T8313-2002的酒石酸亚铁法均基于分光光度法；再如公开号为CN104568930B的专利文献公开了一种测定茶叶和茶制品儿茶素含量的方法，该方法是采用间苯二酚替代儿茶素对照品配制成梯度标准溶液，将茶叶或茶制品制成待测液，在盐酸-香草醛显色体系于510nm波长下，测定梯度标准溶液的吸光度，建立以摩尔浓度为横坐标的标准曲线并确定回归方程，再测定待测液吸光度，从回归方程求得待测液的间苯二酚单元浓度，然后根据稀释倍数、儿茶素对照品的单位相对分子质量包含的间苯二酚单元数和校正因子计算出茶叶或茶制品中的儿茶素含量。
但是，现有技术中儿茶素的检测方法均只能检测出儿茶酚的总量，并不能对单种类儿茶素含量进行定量分析，因此无法对茶叶中EGCG含量的测量。另外，传统的高效液相色谱法虽能对各种成分进行准确的区分与测量，但是由于设备昂贵以及检测时间长的缺点，不能满足对茶叶中EGCG的快速分析。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极、制备方法及应用。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、配制石墨烯溶液；
步骤二、将金的前驱体溶液加入所述石墨烯溶液中得到混合液；
步骤三、将混合液涂覆于丝网印刷电极的工作电极区域，干燥成膜后得到具有膜层的丝网印刷电极；
步骤四、将具有膜层的丝网印刷电极连接至一电化学工作站，并于电解液中进行循环伏安法扫描，得到纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极。
作为优选方案，所述循环伏安法的扫描参数包括：电压扫描范围-1.3～0.8V，扫描速度50mV/s，扫描圈数10～15圈。
作为优选方案，所述电解液为NaCl溶液。
作为优选方案，所述干燥成膜在室温下进行。
作为优选方案，所述金的前驱体溶液为氯金酸溶液。
本发明还提供一种纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极，由上述任一项方案所述的制备方法制得。
本发明还提供纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的应用，用于儿茶素的含量测定。
作为优选方案，所述儿茶素的含量测定，包括以下步骤：
(a)获取待测组分的浓度-特征峰的峰电流大小的标准曲线；
(b)将一待测样本加入电解池中，采用差分脉冲伏安法测量并记录待测样本的待测组分对应的特征峰的峰电流大小，并与浓度-特征峰的峰电流大小的标准曲线进行比对，得到待测样本中的待测组分的含量。
作为优选方案，所述步骤(a)包括：
(a1)将纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极通过一电极转换器连接至一电化学工作站，并将纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极插入含有缓冲溶液的电解池中；
(a2)分别向电解池中加入多种不同浓度的待测组分的标准溶液，采用差分脉冲伏安法测量并记录待测组分对应的特征峰的峰电流大小；
(a3)根据各种不同浓度的待测组分对应的特征峰的峰电流大小得到待测组分的浓度-特征峰的峰电流大小的标准曲线。
作为优选方案，所述步骤(a1)还包括：采用循环伏安法在设定的扫描电压范围内扫描至稳定。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
本发明的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的制备方法，利用丝网印刷电极为基体，将石墨烯和金的前驱体的混合液涂覆在丝网印刷电极的工作电极区域，干燥成膜后进行循环伏安法扫描，即可得到纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极，制备方法简单、可靠。
本发明的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极，纳米材料的加入使得丝网印刷电极具有较高的灵敏度；
本发明的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的应用，可以对茶叶的儿茶素中的单一组分，例如EGCG，实现简单快速的定量检测。
附图说明
图1是本发明实施例一的丝网印刷电极的结构示意图；
图2是本发明实施例二的不同浓度的EGCG的循环伏安曲线；
图3是本发明实施例二的EGCG的浓度-0.33V特征峰的峰电流大小的标准曲线；
图4是本发明实施例二的EGCG的浓度-0.42V特征峰的峰电流大小的标准曲线。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
实施例一：
本实施例的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的制备方法，其中，如图1所示，丝网印刷电极包括工作电极WE1、参比电极RE2和对电极CE3，工作电极WE与对电极CE均为石墨，参比电极RE为银。丝网印刷电极是一种将工作电极、参比电极、对电极集成在同一个厘米级别的平面型电极上，可以使传感器的体积与成本大大减小。与传统的电极相比，丝网印刷电极制作简单，价格低廉的特点使其具有商业化量产的潜在可能；同时修饰纳米材料以提升电极的灵敏度与检测范围。
具体地，本实施例的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的制备方法，包括以下步骤：
1)配置石墨烯溶液：将石墨烯溶于二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，超声分散(30～60)min，制得浓度为(1～1.5)mg/mL的石墨烯溶液；
2)将氯金酸溶液加入到上述石墨烯溶液中，制得含有(10～15)mmol/L氯金酸的氯金酸/石墨烯混合溶液；
3)取(3～5)μL上述氯金酸/石墨烯混合溶液滴涂到洁净的丝网印刷电极工作电极WE区域的碳基底层上，室温干燥成膜，制备得到具有氯金酸/石墨烯膜层的丝网印刷电极；
4)将上述具有氯金酸/石墨烯膜层的丝网印刷电极连接到电化学工作站，并在浓度为(0.5～0.6)mol/L的氯化钠溶液中，循环扫描制得纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极。其中，循环伏安法参数如下：电压扫描范围：-1.3～0.8V，扫描速度：50mV/s，扫描圈数：10～15圈。
下面接着以更加具体的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的制备方法进行详细说明，具体如下：
将1mg石墨烯溶于DMF溶液中，超声分散30min，制得浓度为1mg/mL的石墨烯溶液；
将氯金酸溶液加入到上述石墨烯溶液中，制得含有10mM氯金酸的氯金酸/石墨烯溶液；
通过移液管将3μL上述氯金酸/石墨烯溶液滴涂到洁净的丝网印刷电极工作电极区域的碳基底层上，室温干燥成膜，制得氯金酸/石墨烯修饰的丝网印刷电极膜层；
将上述氯金酸/石墨烯修饰的丝网印刷电极通过电极连接器连接到电化学工作站，并在浓度为0.5M的氯化钠溶液中循环扫描制得纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极。其中，循环伏安法参数如下：电压扫描范围：-1.3～0.8V，扫描速度：50mV/s，扫描圈数：10圈(也可以为12圈、15圈等)。
本实施例制备方法制得的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极，由内到外依次为丝网印刷电极、纳米金/石墨烯纳米复合材料层。
本实施例的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的制备方法，利用丝网印刷电极为基体，将石墨烯和金的前驱体的混合液涂覆在丝网印刷电极的工作电极区域，干燥成膜后进行循环伏安法扫描，即可得到纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极，制备方法简单、可靠。
本实施例的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极，纳米材料的加入使得丝网印刷电极具有较高的灵敏度。
实施例二：
将实施例一制得的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极，应用在儿茶素的含量测定。具体地，儿茶素的含量测定，包括以下步骤：
(a1)将纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极通过电极转换器连接至电化学工作站，并将纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极插入含有磷酸缓冲溶液(0.1mol/L，pH＝2)的电解池中，采用循环伏安法在设定的扫描电压范围0～1.2V内扫描至稳定；
(a2)分别向电解池中加入多种不同浓度的儿茶素中的待测组分的标准溶液，采用差分脉冲伏安法测量并记录待测组分对应的特征峰的峰电流大小；
(a3)根据各种不同浓度的儿茶素中的待测组分对应的特征峰的峰电流大小得到待测组分的浓度-特征峰的峰电流大小的标准曲线。
(b)将一待测样本加入电解池中，采用差分脉冲伏安法测量并记录待测样本的待测组分对应的特征峰的峰电流大小，并与浓度-特征峰的峰电流大小的标准曲线进行比对，得到待测样本中的待测组分的含量。
其中，待测样本为取0.5g茶叶加50mL沸水冲泡十分钟，静止后取上清液加磷酸缓冲溶液(0.1mol/L，pH＝2)稀释100倍待测。
具体案例：
将实施例一制得的纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极具体应用在儿茶素中的EGCG的含量测定中。其中，EGCG存在两个特征峰，分别为0.33V与0.42V；故而在检测茶叶中的EGCG含量时，设定差分脉冲伏安法的扫描电压范围为0.2～0.6V。
分别向电解池中加入0.5μmol/L、1μmol/L、4μmol/L、6μmol/L、8μmol/L、10μmol/L、15μmol/L、20μmol/L、30μmol/L、40μmol/L的EGCG的标准溶液，采用差分脉冲伏安法得到不同浓度的EGCG的循环伏安曲线，测量并记录EGCG对应的特征峰的峰电流大小，如图2所示。
根据上述不同浓度的EGCG对应的特征峰的峰电流大小得到EGCG的浓度-0.33V特征峰的峰电流大小的标准曲线和EGCG的浓度-0.42V特征峰的峰电流大小的标准曲线，如图3和4所示；其中，两个标准曲线可以择一进行后续的比对。
接下来进行茶叶中EGCG的含量测定，取0.5g茶叶加50mL沸水冲泡十分钟，静止后取上清液加磷酸缓冲溶液稀释100倍；
将稀释的茶叶样本加入电解池中，采用差分脉冲伏安法测量并记录稀释的茶叶样本对应的特征峰的峰电流大小，并与两个EGCG的浓度-特征峰的峰电流大小的标准曲线进行比对，通过换算，即可得到待测样本中的待测组分的含量。
另外，为了验证纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的有效性，通过回收率实验进行验证；该验证可以在测试之前进行，以保证后续含量测定的准确性。
具体地，取0.5g茶叶加50mL沸水冲泡十分钟，静止后取上清液加磷酸缓冲溶液稀释100倍待测。
将纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极通过电极转换器连接到电化学工作站，纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极插入磷酸缓冲溶液，采用循环伏安法在0～1.2V扫描至稳定；随后向电解池中加入10μL上述茶样本稀释液，磁力搅拌均匀后采用差分脉冲伏安法测量并记录特征峰的峰电流大小，此时，该特征峰的峰电流大小对应的茶样本稀释液中的EGCG浓度为3.14μmol/L；随后分别向电解池中加入10、20、30、40μL浓度为10mmol/L的EGCG标准溶液，重复上述过程，可以得到每次加入EGCG标准溶液后的回收率，如下表所示：
| EGCG标准溶液加入量/μL | 检测量/μmol/L | 回收率/％ |
| - | 3.14 | - |
| 10 | 13.426±0.4 | 102.17±3.85 |
| 20 | 21.844±0.47 | 94.4±2.49 |
| 30 | 24.874±1.08 | 105.23±3.41 |
| 40 | 42.415±0.9 | 98.32±2.29 |
可以根据回收率是否在误差范围内，确定纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的有效性。
应当说明的是，以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的应用，其特征在于，用于儿茶素中的EGCG的含量测定；
所述纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、配制石墨烯溶液；
步骤二、将氯金酸溶液加入所述石墨烯溶液中得到混合液；
步骤三、将混合液涂覆于丝网印刷电极的工作电极区域，室温干燥成膜后得到具有膜层的丝网印刷电极；
步骤四、将具有膜层的丝网印刷电极连接至一电化学工作站，并于NaCl溶液中进行循环伏安法扫描，得到纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极；所述循环伏安法的扫描参数包括：电压扫描范围-1.3～0.8V，扫描速度50mV/s，扫描圈数10～15圈；
所述儿茶素中的EGCG的含量测定，包括以下步骤：
(a)获取EGCG的浓度-特征峰的峰电流大小的标准曲线；
(b)将一待测样本加入电解池中，采用差分脉冲伏安法测量并记录待测样本的EGCG对应的特征峰的峰电流大小，并与浓度-特征峰的峰电流大小的标准曲线进行比对，得到待测样本中的EGCG的含量；所述差分脉冲伏安法的扫描电压范围为0.2～0.6V；
所述步骤(a)包括：
(a1)将纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极通过一电极转换器连接至一电化学工作站，并将纳米金/石墨烯修饰丝网印刷电极插入含有缓冲溶液的电解池中；
(a2)分别向电解池中加入多种不同浓度的EGCG的标准溶液，采用差分脉冲伏安法测量并记录EGCG对应的特征峰的峰电流大小；
(a3)根据各种不同浓度的EGCG对应的特征峰的峰电流大小得到EGCG的浓度-特征峰的峰电流大小的标准曲线；
所述步骤(a1)还包括：采用循环伏安法在设定的扫描电压范围内扫描至稳定。
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