CN109060778A - 一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法 - Google Patents

一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法，以石墨烯量子点为发光体，过硫酸钾氯化钾溶液为共反应剂，玻碳电极为工作电极，铂电极为对电极，Ag/AgCl为参比电极，组成三电级体系，用电化学发光的方法检测丁基羟基茴香醚。本发明检测丁基羟基茴香醚的成本低、灵敏度高、操作简单，选择性好。

Description

一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的 方法
技术领域
本发明涉及一种电化学发光检测领域。具体涉及一种基于石墨烯量子点的电化学发光特丁基检测羟基茴香醚的方法。
背景技术
食品安全是一项关系国际民生的“民心工程”，直接关系到广大人民群众的身体健康和生命安全，关系到经济发展和社会稳定。我国食品安全治理体系仍然存在薄弱环节，仍处于食品安全风险隐患凸显和食品安全事件高发期，其中凸显的主要食品安全风险为病原微生物污染、农兽药化学污目前食品安全检测的研究主要集中在前处理技术和快速灵敏检测技术开发两方面。目前比较普及的食品安全检测主要有色谱法，免疫法及传感器法。但这些方法都存在明显的缺陷，如仪器设备昂贵，检测时间长，难以小型化，结果不稳定等问题，而利用电化学发光原理来检测食品添加剂弥补了传统方法选择性差专一性不强等缺点，又保留了操作简单省时省力的优点。
电致化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)是三种典型的冷发光之一，因为具有灵敏度高、线性范围宽、仪器简单等优点而在分析化学中有着广泛的应用。石墨烯量子点点是一种粒径小于10nm的石墨烯纳米晶体,由于具有良好的生物相容性和低毒性、良好的水溶性、很好的化学惰性、抗光漂白性及可调的带隙等优点,作为碳纳米家族的一颗新星,引起了人们的广泛关注。尤其是石墨烯量子点具备独特的光学和电化学性质,在传感、光电子、生物医药和电催化等领域具有潜在的应用。
丁基羟基茴香醚，又名叔丁基-4-羟基茴香醚、丁基大茴香醚，简称BHA，为两种成分(3-BHA和2-BHA)的混合物。分子式为C11H16O2，相对分子质量为180.25。丁基羟基茴香醚的抗氧化作用是由它放出氢原子阻断油脂自动氧化而实现的。2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，叔丁基对羟基茴香醚(BHA)在2B类致癌物清单中。丁基羟基茴香醚对热较稳定，在弱碱性条件下不容易被破坏，因此是一种良好的抗氧化剂。BHA对动物性脂肪的抗氧化作用较之对不饱和植物油更有效。尤其适用于使用动物脂肪的焙烤制品。BHA因有与碱土金属离子作用而变色的特性，所以在使用时应避免使用铁、铜容器。BHA具有一定的挥发性和能被水蒸气蒸馏，故在高温制品中，尤其是在煮炸制品中易损失，BHA也可用于食品的包装材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法，旨在利用石墨烯量子点的电化学发光性能实现丁基羟基茴香醚含量的准确检测。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法，按照下述步骤进行：将待测样品均匀分散在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中，利用三电极体系进行电化学荧光强度检测，将测量的电化学荧光强度与线性归化方程进行对照，即可获知在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中的丁基羟基茴香醚浓度，进而得到待测样品中丁基羟基茴香醚含量。
电化学荧光强度和丁基羟基茴香醚浓度对数值(log)进行线性归化，得到相应的线性回归方程—Y1(a.u.)＝-1917.03725X1+5596.109(R2＝0.97246)，即Y1(a.u.)＝-1917.04X1+5596.11(R2＝0.97246)，Y1为电化学荧光强度，X1为丁基羟基茴香醚浓度对数值(log)，丁基羟基茴香醚浓度范围为5.0×10-6～1.6×10-4mol/L。
电化学测试条件为：光电倍增管高压800V，在-2.1V的电压处进行电化学荧光强度检测。
在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中，石墨烯量子点的浓度为0.01mg/mL，KCl的浓度为0.09mol/L，K2S2O8的浓度为0.09mol/L，pH＝7。
含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液按照下述步骤进行配置：首先，使用ph＝7.0的0.1mol/L磷酸盐(PBS)缓冲溶液作为支持电解质，配置石墨烯量子点的PBS溶液，石墨烯量子点的浓度为0.1mg/mL，并使用去离子水为溶剂，KCl和K2S2O8为溶质，配置KCl和K2S2O8的混合溶液，KCl的浓度为0.1mol/L，K2S2O8的浓度为0.1mol/L；然后将石墨烯量子点的PBS溶液和KCl和K2S2O8的混合溶液按1：9的体积比进行混合，最终混合溶液中，石墨烯量子点的浓度为0.01mg/mL，KCl的浓度为0.09mol/L，K2S2O8的浓度为0.09mol/L。
采用CHI660B型电化学工作站进行电化学测试。采用三电极体系，3mm的玻碳电极作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极。玻碳电极用前需对电极表面进行预处理，具体步骤如下：使用粒径分别为1.0um，0.3um，0.05um的Al2O3抛光粉在2000目的砂纸和鹿皮布上抛光，然后分别在己醇和水中超声1-2min，最后用高纯氮气将玻碳电极吹干备用。
本发明还提供了石墨烯量子点在检测丁基羟基茴香醚中的应用。
本发明的一种检测限更低、线性范围更宽、灵敏度更高的，基于量子点电化学发光的仪器简单的丁基羟基茴香醚的检测方法。利用电化学发光的优点与特性制作传感器，并且将其应用于食品添加剂的检测。电化学发光是化学发光方法与电化学方法相互结合的产物，它不仅保留了化学发光方法所具有的优点,如线性范围宽、灵敏度高、观察方便和仪器简单等,同时又具有许多化学发光方法无法比拟的优势,如试剂稳定、重现性好、控制容易和一些试剂可以重复使用等等。利用其优点和特性制作成传感器并且将其应用到食品添加剂的检测方面有着广阔的前景，以更好地实现对食品内丁基羟基茴香醚之类的抗氧化剂的有效监控。本发明的工作原理是：被检测物质(各种可溶性食品添加剂以及重金属离子)被传感器的电极所吸引，在电极表面附近发生氧化或还原反应等消耗反应过程中产生激发态，接着在其返回基态的过程中会发射出光子。通过测定光子被激发时的发光情况，所以说明该传感器可以检测出一定浓度的该种物质。并根据发光信号的强弱可以推测出该物质的浓度大小。而且我们提前根据国家标准提前测定出在每种添加剂最大浓度下的发光情况，将它作为标准与测定的发光强弱进行对比，从而检测添加剂浓度是否超标。
本发明技术方案以量子点为发光体，过硫酸钾氯化钾溶液为共反应剂，玻碳电极为工作电极，铂电极为对电极，Ag/AgCl为参比电极，组成三电级体系，用电化学发光的方法检测丁基羟基茴香醚。该方法的检测范围为5.0×10-6～1.6×10-4mol/L。本发明检测丁基羟基茴香醚的成本低、灵敏度高、操作简单，选择性好。
附图说明
图1是本发明实施例采用的石墨烯量子点粉末在水溶液中的照片(左)和在365nm紫外灯下的照片(右)。
图2是本发明实施例采用的石墨烯量子点(水)溶液PL谱图，其中1为激发光谱，2为发射光谱。
图3是本发明实施例采用的石墨烯量子点(水)溶液PL谱图，其中1为320nm，2为350nm，3为380nm，4为410nm，5为440nm。
图4是本发明使用的电化学检测池示意图，其中1为铂丝—对电极，2为玻碳电极—工作电极，3为Ag/AgCl电极—参比电极，4为盖子—保证三电级对准，5为溶液池—存放检测溶液，6为底座—固定溶液池，7为光电倍增管—增强光信号。
图5是本发明使用的石墨烯量子点发光原理示意图。
图6是本发明中石墨烯量子点检测丁基羟基茴香醚的电压与光强关系曲线图。
图7是本发明中选取-2.1V处的电压，光强随丁基羟基茴香醚浓度的对数的线性回归方程曲线图。
图8是在本发明中针对20μmol/L的丁基羟基茴香醚溶液的电化学稳定性扫描曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明作进一步的说明。实施例采用的石墨烯量子点购自南京先锋纳米材料有限公司(南京市国家级江北新区步月路29号9栋，联系电话400-025-3200，XF075-氧化石墨烯量子点)，使用的MPI-E型电化学发光检测仪购自中国西安瑞迈公司。
根据厂商提供的信息，石墨烯量子点性能如下所示，其荧光性能如附图1—3所示，均匀分散石墨烯量子点的水溶液在365nm紫外灯下呈现均匀的蓝色，激光光谱在380nm左右，发射光谱在450nm左右。
名称 石墨烯量子点
层数L 1—5AFM/TEM
厚度nm 1—2HRTEM
横向尺寸nm 5—15AFM/TEM
荧光量子产率at.％ ～20％
本发明采用CHI660B型电化学工作站进行电化学测试。采用三电极体系，3mm的玻碳电极作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极。玻碳电极用前需对电极表面进行预处理，具体步骤如下：使用粒径分别为1.0um，0.3um，0.05um的Al2O3抛光粉在2000目的砂纸和鹿皮布上抛光，然后分别在己醇和水中超声1-2min，最后用高纯氮气将玻碳电极吹干备用。
使用ph＝7.0的0.1mol/L磷酸盐(PBS)缓冲溶液作为支持电解质，配置石墨烯量子点的PBS溶液，石墨烯量子点的浓度为0.1mg/mL。
使用去离子水为溶剂，KCl和K2S2O8为溶质，配置KCl和K2S2O8的混合溶液，KCl的浓度为0.1mol/L，K2S2O8的浓度为0.1mol/L。
将石墨烯量子点的PBS溶液和KCl和K2S2O8的混合溶液按1：9的体积比进行混合，最终混合溶液中，石墨烯量子点的浓度为0.01mg/mL，KCl的浓度为0.09mol/L，K2S2O8的浓度为0.09mol/L。
准确称量丁基羟基茴香醚粉末，用去离子水配置1.0×10-3mol/L标准溶液。再将标准溶液和上述配置的含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液进行混合，以得到一系列不同浓度的丁基羟基茴香醚标准溶液，浓度范围为5.0×10-6～1.6×10-4mol/L。
利用三电极体系对一系列不同浓度的丁基羟基茴香醚标准溶液进行电化学光强度检测(如附图4—5所示)—准确量取20mL一系列不同浓度的丁基羟基茴香醚标准溶液作为待检溶液，将三电极体系置于一系列不同浓度的丁基羟基茴香醚标准溶液(pH＝7的PBS缓冲溶液)中，在-2.1～-0.6V的电化学窗口范围内，光电倍增管高压800V，扫速0.1V/s，进行循环伏安扫描，记录E-ECL曲线。如附图6所示，在电压为-1.6～-2.1V的范围里发光强烈，且随着浓度的上升发光强度不断下降(1:5μmol/L,2:10μmol/L,3:20μmol/L,4:40μmol/L,5:80μmol/L,6:160μmol/L)。如附图8所示，对20μmol/L的丁基羟基茴香醚标准溶液进行循环处理，经过十圈扫描循环后，其发光强度基本保持稳定。
选择-2.1V处的电压进行检测(即电化学荧光强度的检测)，将一系列不同浓度的丁基羟基茴香醚标准溶液进行电化学荧光强度的检测，并将电化学荧光强度和丁基羟基茴香醚浓度对数值(log)进行线性归化，得到相应的线性回归方程—Y1(a.u.)＝-1917.03725X1+5596.109(R2＝0.97246)，即Y1(a.u.)＝-1917.04X1+5596.11(R2＝0.97246)。
根据上述测试情况，可得到电化学荧光强度和丁基羟基茴香醚浓度对数值(log)的线性归化，将待测样品分散在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中，并采用-2.1V处的电压进行检测(即电化学荧光强度的检测)，将测量的电化学荧光强度与线性归化方程进行对照，即可获知待测的丁基羟基茴香醚浓度。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法，其特征在于，按照下述步骤进行：将待测样品均匀分散在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中，利用三电极体系进行电化学荧光强度检测，将测量的电化学荧光强度与线性归化方程进行对照，即可获知在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中的丁基羟基茴香醚浓度，进而得到待测样品中丁基羟基茴香醚含量，其中：
电化学荧光强度和丁基羟基茴香醚浓度对数值(log)进行线性归化，得到相应的线性回归方程—Y1(a.u.)＝-1917.03725X1+5596.109(R2＝0.97246)，Y1为电化学荧光强度，X1为丁基羟基茴香醚浓度对数值(log)，丁基羟基茴香醚浓度范围为5.0×10-6～1.6×10-4mol/L；电化学测试条件为：光电倍增管高压800V，在-2.1V的电压处进行电化学荧光强度检测；在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中，石墨烯量子点的浓度为0.01mg/mL，KCl的浓度为0.09mol/L，K2S2O8的浓度为0.09mol/L，pH＝7。
2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法，其特征在于，处理后的线性回归方程Y1(a.u.)＝-1917.04X1+5596.11(R2＝0.97246)。
3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法，其特征在于，石墨烯量子点为氧化石墨烯量子点，层数为1—5，厚度为1—2nm，横向尺寸为5—15nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法，其特征在于，含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液按照下述步骤进行配置：首先，使用ph＝7.0的0.1mol/L磷酸盐(PBS)缓冲溶液作为支持电解质，配置石墨烯量子点的PBS溶液，石墨烯量子点的浓度为0.1mg/mL，并使用去离子水为溶剂，KCl和K2S2O8为溶质，配置KCl和K2S2O8的混合溶液，KCl的浓度为0.1mol/L，K2S2O8的浓度为0.1mol/L；然后将石墨烯量子点的PBS溶液和KCl和K2S2O8的混合溶液按1：9的体积比进行混合，最终混合溶液中，石墨烯量子点的浓度为0.01mg/mL，KCl的浓度为0.09mol/L，K2S2O8的浓度为0.09mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯量子点的电化学发光检测丁基羟基茴香醚的方法，其特征在于，采用CHI660B型电化学工作站进行电化学测试，采用三电极体系，3mm的玻碳电极作为工作电极，铂丝作为对电极，Ag/AgCl电极作为参比电极。玻碳电极用前需对电极表面进行预处理，具体步骤如下：使用粒径分别为1.0um，0.3um，0.05um的Al2O3抛光粉在2000目的砂纸和鹿皮布上抛光，然后分别在己醇和水中超声1-2min，最后用高纯氮气将玻碳电极吹干备用。
6.石墨烯量子点在检测丁基羟基茴香醚中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，石墨烯量子点为氧化石墨烯量子点，层数为1—5，厚度为1—2nm，横向尺寸为5—15nm。
8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于，将待测样品均匀分散在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中，利用三电极体系进行电化学荧光强度检测，将测量的电化学荧光强度与线性归化方程进行对照，即可获知在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中的丁基羟基茴香醚浓度，进而得到待测样品中丁基羟基茴香醚含量。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，电化学荧光强度和丁基羟基茴香醚浓度对数值(log)进行线性归化，得到相应的线性回归方程—Y1(a.u.)＝-1917.03725X1+5596.109(R2＝0.97246)，Y1为电化学荧光强度，X1为丁基羟基茴香醚浓度对数值(log)，丁基羟基茴香醚浓度范围为5.0×10-6～1.6×10-4mol/L；电化学测试条件为：光电倍增管高压800V，在-2.1V的电压处进行电化学荧光强度检测；在含有石墨烯量子点、氯化钾和K2S2O8的PBS溶液中，石墨烯量子点的浓度为0.01mg/mL，KCl的浓度为0.09mol/L，K2S2O8的浓度为0.09mol/L，pH＝7。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，处理后的线性回归方程Y1(a.u.)＝-1917.04X1+5596.11(R2＝0.97246)。
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