CN109115850A - 一种灵敏检测强力霉素的化学修饰电极及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种灵敏检测强力霉素的化学修饰电极及其制备方法与应用,所述的修饰电极为电活性高的ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物修饰的玻碳电极,涉及电分析化学和电化学传感器领域;本发明公开的ZnIn2S4@In2O3@MXene分级管状异质结纳米复合材料,具有大的比表面积和催化活性,能够增强电化学检测介质中强力霉素的富集量,提高测定的灵敏度,也能有效地加速电子传递,提高电化学响应信号;选择性好,简便,价廉,稳定性好,适合现场检测。本发明制备的化学修饰电极已成功应用于动物源食品中强力霉素的准确检测。
Description
技术领域
本发明涉及电分析化学和电化学传感器领域,具体为一种灵敏检测强力霉素的化学修饰电极及其制备方法与应用。
背景技术
强力霉素是一种四环素类抗生素,广泛用于治疗衣原体支原体感染,如慢性前列腺炎、呼吸道感染、鼻窦炎和性传播疾病等。由于其广泛的抗菌能力,强力霉素也应用于农业、林业、畜牧业,水产养殖作为肥料或动物食品添加剂。但是,强力霉素过度使用会导致严重的环境和食品污染,对人类健康造成相当大的风险,尤其对儿童危害更大,并可能导致病菌产生抗药性,长期和反复摄入强力霉素也会影响牙齿的生长和形成。强力霉素残留主要存在于我们的日常食品中,如鸡肉、猪肉、牛奶和蜂蜜等。因此,强力霉素残留的检测很重要。近几年,许多分析方法已用于检测强力霉素,如高效液相色谱、电致发光分子印迹聚合物膜、免疫吸附和液相色谱-质谱联用。然而,上述方法需要复杂的样品预处理、昂贵的仪器设备和繁琐的操作,限制了实际强力霉素的检测应用。基于此,很有必要开发一种具有高灵敏度、选择性和操作简便的强力霉素检测的替代方法。电化学分析法具有快速、高效、简便、灵敏、抗干扰能力强和对环境友好等特点。研究一种新方法对强力霉素测定也是一个热门的话题。
近年来,纳米材料的可控合成一直是科技界热门的研究领域。当前,开发一种新的对环境友好、催化活性高、经济成本低的异质结催化剂取代传统贵金属催化剂已成为发展趋势,也是向着绿色化学方向发展的必然趋势。ZnIn2S4@In2O3@MXene分级管状异质结纳米复合材料,具有大的比表面积和催化活性,能够提高测定的灵敏度,也能有效地加速电子传递,提高电化学响应信号。
因此,提供一种采用ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物修饰电极作为传感界面,实现了对强力霉素的灵敏检测,是一个值得研究的问题。
发明内容
为了克服现有上述检测技术中的不足,本发明提供了一种用于灵敏检测强力霉素的ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物修饰的玻碳电极的制备方法及应用。本发明建立的方法能有效减少复杂基体成分干扰,被成功应用于动物源食品中强力霉素的测定,检出限为0.11 μM。
本发明的目的是这样实现的:
一种灵敏检测强力霉素的化学修饰电极,即ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物修饰的玻碳电极,其制备方法包括以下步骤:
步骤1、ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物的制备:
In-MIL-68 prisms的合成:60 mg In(NO3)3·xH2O和60 mg对苯二甲酸溶解在40 mLDMF中,搅拌2 min。然后将所得溶液置于油浴中120 °C搅拌加热30 min,冷却至室温后,离心白色沉淀用乙醇洗涤5次,40 °C真空干燥过夜;
六方In2O3微米管的合成:以5 °C/min升温速率至120 °C,在此条件下将得到的In-MIL-68 prisms煅烧2 h,然后继续以相同的升温速率升至500 °C煅烧2 h;
三明治状ZnIn2S4@In2O3分级管状异质结的制备:在容量25 mL玻璃瓶中加入10 mL pH2.5的H2O,再加入7.5 mg In2O3微管,搅拌30 min。然后搅拌下依次加入27.2 mg ZnCl2、44.2 mg InCl3和30 mg硫代乙酰胺。将得到的混合物搅拌5 min,然后放入油浴中搅拌加热到80 °C,2 h后,过滤产物,用乙醇洗涤5次,60 °C真空干燥;
MXene的制备:1 g多层Ti3C2Tx粉末分散到10 mL (C4H9)4NOH中,室温下磁力搅拌18 h,8000 rpm离心4 min,得到的粉末加入250 mL去离子水中,通入氩气超声2 h,3500 rpm离心1 h,收集上清液,视为1 mg/mL;
ZnIn2S4@In2O3@MXene异质结纳米复合物的制备:0.1 g ZnIn2S4-In2O3分散在10 mL异丙醇和0.1 mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷混合液中,搅拌过夜得到表面氨基化材料。过夜后,8000 rpm离心10 min,水洗2次,将得到的材料分散在20 mL蒸馏水中,往上述溶液里面加30mL 1 mg/mL MXene水溶液,搅拌2 h,10000 rpm离心8 min,水洗一次,直接干燥;
步骤2、ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物的分散预处理:
称取步骤1中制得的ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物,与二次水混合,超声2 h得到2mg/mL的分散液,用于电极的修饰;
步骤3、玻碳电极的预处理:
先用氧化铝抛光粉对玻碳电极进行打磨,经水冲洗后,再依次用体积比为1:1的硝酸/水溶液、乙醇/水溶液和二次水超声清洗;
步骤4、化学修饰电极的制备:
将步骤2中得到的ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物材料分散液滴涂到步骤3预处理过的玻碳电极表面,蒸发干燥后得到所述的化学修饰电极,表示为ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE;;其他修饰电极按类似方法制备;
再进一步对上述修饰电极进行常规的电化学性能测试,结果良好;
所述检测强力霉素的化学修饰电极可应用于动物源食品中强力霉素的测定,灵敏度、准确度和选择性良好;
所述的样品包括鸡肉、鱼、虾、猪肉、羊肉、牛肉、牛奶;
所述的检测条件为:
测定介质:pH 8.0的Tris-HCl缓冲溶液;
富集电位:0.5 V;
微分脉冲条件:振幅为 0.05 V,脉冲周期为0.5 s,脉冲宽度为0.05 s;
所述的具体检测方法为:记录0.1 M KCl中10.0 mM的K3[Fe(CN)6]在不同修饰电极上的电化学交流阻抗图谱;以ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE为工作电极,将三电极体系置于pH8.0的Tris-HCl缓冲溶液中,富集时间为180 s、富集电位为0 .5V,采集强力霉素在不同扫速下的线性扫描伏安曲线和不同浓度强力霉素的方波伏安曲线;以多种动物源食品为例考察ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE的实际应用价值,对动物源食品中的强力霉素进行检测分析。
积极有益效果:本发明具有如下优点:(1)首次采用ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物材料作为传感器敏感材料,制备简便,成本低廉,具有比表面积大、导电性好和富集能力强的优点,并利用简单滴涂和蒸发溶剂的方法在电极表面形成均匀的薄膜,制备过程只需4min;(2)能够显著提高强力霉素的电化学响应信号,分析灵敏度高,检出限可达0.11 μM;(3)分析速度快,可直接测定,分析时间约为4 min,可满足现场快速监测的需求;(4)重现性好,用20个传感器测定同等浓度的强力霉素时,相对标准偏差小于3.5%;(5)操作简便,不需要特殊实验条件,便于携带,实用性强:将该修饰电极应用于动物源食品的测定中,通过加标实验,发现加标回收率介于96%-104%之间,所得结果与用高效液相色谱法所获结果基本一致,说明化学修饰电极在实际样品的测定中准确度好。本发明还提供了根据上述制备方法所制备的化学修饰电极以及该化学修饰电极在检测强力霉素中的应用。
附图说明
图1为10.0 mM K3[Fe(CN)6]在裸GCE(a),MXene/GCE(b),ZnIn2S4@In2O3/GCE(c),ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE(d)上的电化学交流阻抗图谱;
图2为强力霉素在不同修饰电极上的方波伏安曲线;
图3为最优条件下强力霉素在不同扫速下的线性扫描伏安曲线,插图为相关线性关系图;
图4为最优条件下强力霉素的氧化峰电流与其浓度之间的方波伏安曲线,插图为相关线性关系图。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明做进一步的说明:
所述修饰电极为ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物修饰的玻碳电极,其制备方法如下:
步骤1、ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物的制备:
In-MIL-68 prisms的合成:60 mg In(NO3)3·xH2O和60 mg对苯二甲酸溶解在40 mLDMF中,搅拌2 min。然后将所得溶液置于油浴中120 °C搅拌加热30 min,冷却至室温后,离心白色沉淀用乙醇洗涤5次,40 °C真空干燥过夜;
六方In2O3微米管的合成:以5 °C/min升温速率至120 °C,在此条件下将得到的In-MIL-68 prisms煅烧2 h,然后继续以相同的升温速率升至500 °C煅烧2 h;
三明治状ZnIn2S4@In2O3分级管状异质结的制备:在容量25 mL玻璃瓶中加入10 mL pH2.5的H2O,再加入7.5 mg In2O3微管,搅拌30 min。然后搅拌下依次加入27.2 mg ZnCl2、44.2 mg InCl3和30 mg硫代乙酰胺。将得到的混合物搅拌5 min,然后放入油浴中搅拌加热到80 °C,2 h后,过滤产物,用乙醇洗涤5次,60 °C真空干燥;
MXene的制备:1 g多层Ti3C2Tx粉末分散到10 mL (C4H9)4NOH中,室温下磁力搅拌18 h,8000 rpm离心4 min,得到的粉末加入250 mL去离子水中,通入氩气超声2 h,3500 rpm离心1 h,收集上清液,浓度为1 mg/mL;
ZnIn2S4@In2O3@MXene异质结纳米复合物的制备:0.1 g ZnIn2S4@In2O3分散在10 mL异丙醇和0.1 mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷混合液中,搅拌过夜得到表面氨基化材料。过夜后,8000 rpm离心10 min,水洗2次,将得到的材料分散在20 mL蒸馏水中,往上述溶液里面加30mL 1 mg/mL MXene水溶液,搅拌2 h,10000 rpm离心8 min,水洗一次,直接干燥;
步骤2、ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物的分散预处理:
称取步骤1中制得的ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物,与二次水混合,超声2 h得到2mg/mL的分散液,用于电极的修饰;
步骤3、玻碳电极的预处理:
先用氧化铝抛光粉对玻碳电极进行打磨,经水冲洗后,再依次用体积比为1:1的硝酸/水溶液、乙醇/水溶液和二次水超声清洗;
步骤4、化学修饰电极的制备:
将步骤2中得到的ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物材料分散液滴涂到步骤3预处理过的玻碳电极表面,蒸发干燥后得到所述的化学修饰电极,表示为ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE;其他修饰电极按类似方法制备;
采用以ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE为工作电极的三电极体系进行随后的电化学检测,具体应用于动物源食品中强力霉素的检测;
所述的具体检测方法为:
记录10.0 mM的K3[Fe(CN)6]在不同修饰电极上的电化学交流阻抗图谱,如图1所示;采集pH 8.0的Tris-HCl缓冲溶液中强力霉素在不同修饰电极上的方波伏安曲线如图2所示;以ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE为工作电极,将三电极体系置于pH 8.0的Tris-HCl缓冲溶液中,富集时间为180 s、富集电位为0 .5V,如图3所示的采集强力霉素在不同扫速下的线性扫描伏安曲线和如图4所示的不同浓度强力霉素的方波伏安曲线;以多种动物源食品为例考察ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE的实际应用价值,对这些样品中的强力霉素进行检测分析,如下表所示,每个样品平行测定10次,RSD低于4.5%,说明该化学修饰电极稳定性好;
如图1所述的测定动物源食品样品中的加标回收实验结果:
本申请设计、制备了ZnIn2S4@In2O3分级管状异质结构,通过包覆MXene,使内外表面的六方氧化铟纳米管成为高效的双异质结催化剂。ZnIn2S4@In2O3@MXene分级管状异质结构纳米复合材料,具有大的比表面积和催化活性,能够增强电化学检测介质中强力霉素的富集量,提高测定的灵敏度,也能有效地加速电子传递,提高电化学响应信号。
本发明具有如下优点:(1)首次采用ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物材料作为传感器敏感材料,制备简便,成本低廉,具有比表面积大、导电性好和富集能力强的优点,并利用简单滴涂和蒸发溶剂的方法在电极表面形成均匀的薄膜,制备过程只需4 min;(2)能够显著提高强力霉素的电化学响应信号,分析灵敏度高,检出限可达0.11 μM;(3)分析速度快,可直接测定,分析时间约为4 min,可满足现场快速监测的需求;(4)重现性好,用20个传感器测定同等浓度的强力霉素时,相对标准偏差小于3.5%;(5)操作简便,不需要特殊实验条件,便于携带,实用性强:将该修饰电极应用于动物源食品的测定中,通过加标实验,发现加标回收率介于96%-104%之间,所得结果与用高效液相色谱法所获结果基本一致,说明化学修饰电极在实际样品的测定中准确度好。本发明还提供了根据上述制备方法所制备的化学修饰电极以及该化学修饰电极在检测强力霉素中的应用。
以上所述仅为本发明的优选实施方式,用以说明和解释本发明而非限制。在本发明的宗旨和原则之内,可以对上述实施例所说明的方案进行修改或等同替换,只要不违背本发明的思想,所作的任何修改或等同替换同样视为该发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种灵敏检测强力霉素的化学修饰电极,其特征在于:所述的化学修饰电极为ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物修饰的玻碳电极。
2.如权利要求1所述的灵敏检测强力霉素的化学修饰电极的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物的制备;
步骤2、ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物的分散预处理;
步骤3、玻碳电极的预处理;
步骤4、化学修饰电极的制备;
步骤5、再进一步对步骤4制备的上述修饰电极进行常规的电化学性能测试,结果良好。
3.根据权利要求2所述的的灵敏检测强力霉素的化学修饰电极的制备方法,其特征在于:
所述的步骤1 ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物的制备方法为:
In-MIL-68 prisms的合成:60 mg In(NO3)3·xH2O和60 mg对苯二甲酸溶解在40 mLDMF中,搅拌2 min;然后将所得溶液置于油浴中120 °C搅拌加热30 min,冷却至室温后,离心白色沉淀用乙醇洗涤5次,40 °C真空干燥过夜;
六方In2O3微米管的合成:以5 °C/min升温速率至120 °C,在此条件下将得到的In-MIL-68 prisms煅烧2 h,然后继续以相同的升温速率升至500 °C煅烧2 h;
三明治状ZnIn2S4@In2O3分级管状异质结的制备:在容量25 mL玻璃瓶中加入10 mL pH2.5的H2O,再加入7.5 mg In2O3微管,搅拌30 min;然后搅拌下依次加入27.2 mg ZnCl2、44.2 mg InCl3和30 mg硫代乙酰胺;将得到的混合物搅拌5 min,然后放入油浴中搅拌加热到80 °C,2 h后,过滤产物,用乙醇洗涤5次,60 °C真空干燥;
MXene的制备:1 g多层Ti3C2Tx粉末分散到10 mL (C4H9)4NOH中,室温下磁力搅拌18 h,8000 rpm离心4 min,得到的粉末加入250 mL去离子水中,通入氩气超声2 h,3500 rpm离心1 h,收集上清液,上清液浓度为1 mg/mL;
ZnIn2S4@In2O3@MXene异质结纳米复合物的制备:0.1 g ZnIn2S4@In2O3分散在10 mL异丙醇和0.1 mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷混合液中,搅拌过夜得到表面氨基化材料;过夜后,8000 rpm离心10 min,水洗2次,将得到的材料分散在20 mL蒸馏水中,往上述溶液里面加30mL 1 mg/mL MXene水溶液,搅拌2 h,10000 rpm离心8 min,水洗一次,直接干燥。
4.根据权利要求2所述的的灵敏检测强力霉素的化学修饰电极的制备方法,其特征在于:
所述的步骤2 ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物的分散预处理为:
称取步骤1中制得的ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物,与二次水混合,超声2 h得到2mg/mL的分散液,用于电极的修饰。
5.根据权利要求2所述的的灵敏检测强力霉素的化学修饰电极的制备方法,其特征在于:
所述的步骤4化学修饰电极的制备方法为:
先按步骤3对玻碳电极进行预处理:用氧化铝抛光粉对玻碳电极进行打磨,经水冲洗后,再依次用体积比为1:1的硝酸/水溶液、乙醇/水溶液和二次水超声清洗;
接着,将步骤2中得到的ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物材料分散液滴涂到步骤3预处理过的玻碳电极表面,蒸发干燥后得到所述的化学修饰电极,表示为ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE。
6.如权利要求2所述的制备方法制得的灵敏检测强力霉素的化学修饰电极的应用,其特征在于:采用以修饰电极ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE为工作电极进行电化学检测,具体应用于动物源食品中强力霉素的测定。
7.如权利要求1所述的ZnIn2S4@In2O3@MXene纳米复合物修饰玻碳电极的具体检测方法,其特征在于:
以ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE为工作电极,将三电极体系置于pH 8.0的Tris-HCl缓冲溶液中,设置富集时间为180 s、富集电位为0 .5V,采集强力霉素在不同扫速下的线性扫描伏安曲线和不同浓度强力霉素的方波伏安曲线;采集pH 8.0的Tris-HCl缓冲溶液中强力霉素在不同修饰电极上的方波伏安曲线;记录不同修饰电极的电化学交流阻抗图谱;以多种动物源食品样品为例考察ZnIn2S4@In2O3@MXene/GCE的实际应用价值,对这些样品中的强力霉素进行检测分析。
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