CN110501402B - 一种超灵敏检测磺胺噻唑的电化学传感器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了超灵敏检测磺胺噻唑的电化学传感器及其检测方法，所述电化学传感器是以Au@COF复合材料、CuS信号探针和MIP共同修饰电极为工作电极；其中，Au@COF复合材料具有较大的比表面积、导电性能好等优点，能显著增大电流信号强度；CuS作为信号探针能够提高传感器的灵敏度。MIP修饰电极能够实现电化学传感器对磺胺噻唑的专一性识别。采用本发明的电化学传感器对磺胺噻唑的最低检出限分别为0.002μg/kg，能够满足检测需要，前处理时间和分析时间分别比传统的检测方法缩短85分钟和9分钟左右，适用于快速检测磺胺噻唑。

Description

一种超灵敏检测磺胺噻唑的电化学传感器及其检测方法

技术领域

本发明涉及磺胺噻唑的检测方法，特别是涉及一种超灵敏检测磺胺噻唑的电化学传感器及其检测方法，属于食品安全检测技术领域。

背景技术

磺胺噻唑是目前我国临床上常用的一种磺胺类抗感染药物。通过干扰叶酸的代谢来抑制细菌生长繁殖。由于其高效、廉价、性质稳定等特点被广泛应用于治疗各类动物细菌感染。也正因为其应用广泛，滥用现象日趋严重，磺胺噻唑在动物性食品中残留会通过食物链在人体内蓄积，从而使人体的身体机能下降，造成胃部不适感、贫血症，并发肾脏疾病及血液疾病，且具有潜在的毒性及致癌性。中华人民共和国农业部规定磺胺类药物在动物源性食品中的最大允许残留限量为100μg/kg；对于磺胺噻唑的检出限(或定量)的要求不低于0.50μg/kg。

目前国内外有关食品中磺胺噻唑的检测方法大都采用液相色谱法或液相、气相色谱与质谱联用的方法进行定性、定量的检测。但上述几种检测方法所使用的设备价格昂贵，分析时间长，需要复杂的样品前处理技术；而且上述几种检测方法的灵敏度刚刚达到相关要求，现有技术中还未有能够实现超灵敏检测磺胺噻唑的报道，因此研发快速、准确、灵敏的磺胺噻唑的检测方法具有重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种超灵敏检测磺胺噻唑的电化学传感器。本发明的电化学传感器能够实现快速、超灵敏检测磺胺噻唑，其样品前处理简单、检测灵敏度高、分析时间短、实验操作简单，适用于各种食品中磺胺噻唑的快速、灵敏检测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面，提供一种超灵敏检测磺胺噻唑的电化学传感器，所述电化学传感器以Au@COF复合材料、CuS信号探针和MIP共同修饰电极为工作电极；所述工作电极由如下方法制备而成：

将Au@COF复合材料溶液滴涂到裸玻碳电极表面，晾干，得到修饰后的Au@COF/GCE电极；

将CuS分散液滴涂到Au@COF/GCE电极表面，晾干，得到修饰后的CuS/Au@COF/GCE电极；

将CuS/Au@COF/GCE电极浸入含有磺胺噻唑、吡咯和四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中进行电化学聚合，利用循环伏安法在-0.6V－+1.2V电位范围内以100mV/s的速率扫描3～8圈；然后再将电极浸入浓度为0.5～1.0mol/L NaOH溶液中利用循环伏安法在-0.6V－+1.2V电位范围内以50mV/s的速率扫描10～20圈，得到由MIP/CuS/Au@COF/GCE，即为工作电极。

优选的，所述Au@COF复合材料溶液的浓度为1-2mg/mL。

优选的，所述Au@COF复合材料由如下方法制备而成：

将均三苯甲醛和对苯二胺按重量比为(0.1-0.2)：(0.1-0.2)混合并分散到1,4-二氧六环中，然后滴加醋酸溶液，得到混合液；将混合液在高压反应釜中于120℃加热反应2-4天，所得产物经洗涤和真空干燥，制备得到COF；

将COF分散到由双蒸水和HAuCl₄·4H₂O组成的混合溶液中，搅拌反应30min，然后加入柠檬酸三钠溶液，室温下搅拌反应12h，所得产物经洗涤和真空干燥，制备得到Au@COF复合材料。

优选的，所述CuS分散液的浓度为1-2mg/mL。

优选的，所述CuS由如下方法制备而成：

将CuCl₂·2H₂O和硫脲按重量比为(0.05-0.1)：(0.2-0.3)混合并溶解到乙二醇中，得到混合液；将混合液在高压反应釜中于120℃加热反应10h，所得产物经洗涤和真空干燥，制备得到CuS。

优选的，所述乙腈溶液中，磺胺噻唑的浓度为5mM，吡咯和四丁基高氯酸铵的浓度均为0.1M。

进一步的，所述电化学传感器中还包括：参比电极和辅助电极。

优选的，所述参比电极为饱和甘汞电极；所述辅助电极为铂电极。

本发明的第二方面，提供上述电化学传感器在检测磺胺噻唑中的应用。

本发明的第三方面，提供一种利用上述电化学传感器同时检测磺胺嘧啶和对乙酰氨基酚的方法，包括以下步骤：

一种利用上述电化学传感器检测磺胺噻唑的方法，包括以下步骤：

(1)将电化学传感器中的工作电极、参比电极和辅助电极构成三电极体系，利用差分脉冲伏安法在电位窗口0.2-0.4V范围内，将工作电极浸入用氯化钾溶液配制的不同浓度磺胺噻唑标准溶液中孵育，记录相应电流值I_P；分别以磺胺噻唑标准溶液浓度对数为横坐标，电流值ΔI为纵坐标，绘制工作曲线；

(2)利用步骤(1)绘制的工作曲线对经前处理的待测物中的磺胺噻唑的含量进行检测。

优选的，步骤(1)中，所述氯化钾的浓度为0.1mol/L。

优选的，步骤(2)中，所述待测物的前处理方法为：将待测物用乙酸乙酯涡旋离心重复提取2-4次，合并提取液并用氮气吹干。

更优选的，所述待测物与乙酸乙酯加入量的比为1g:(1-5)mL。

本发明的有益效果：

(1)本发明以Au@COF复合材料，CuS信号探针和MIP共同修饰的电极作为工作电极，构建了能够对磺胺噻唑进行超灵敏检测的电化学传感器，其中，Au@COF复合材料具有较大的比表面积、导电性能好等优点，能显著增大电流信号强度。CuS作为信号探针能够提高传感器的灵敏度。MIP修饰电极能够实现电化学传感器对磺胺噻唑的专一性识别。采用本发明的电化学传感器对磺胺噻唑的最低检出限为0.002μg/kg，能够满足检测需要，前处理时间和分析时间分别比传统的检测方法缩短85分钟和9分钟左右，适用于快速检测磺胺噻唑。

(2)本发明制备的电化学传感器成本较低，并且前处理简单、灵敏度高、分析时间短、实验操作简单，适用于各种食品中磺胺噻唑的快速检测。

本发明与现有其他方法检测磺胺噻唑的比较：

附图说明

图1：磺胺噻唑标准曲线。

由图1可知，该方法中磺胺噻唑线性范围分别是1.0×10^-4-1.0×10^-11mol/L，最低检出限为4.3×10^-12mol/L(0.002μg/kg)。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

本发明中所提及的“室温”是指温度为15-30℃。

正如背景技术部分所介绍的，目前国内外有关食品中磺胺噻唑检测方法大都采用液相色谱法或液相、气相色谱与质谱联用的方法进行定性、定量的检测，但上述几种检测方法所使用的设备价格昂贵，分析时间长，需要复杂的样品前处理技术；基于此，本发明的目的是提供一种能够超灵敏检测磺胺噻唑的电化学传感器及其检测方法。

为实现超灵敏检测磺胺噻唑，本发明是以Au@COF复合材料，CuS信号探针和MIP共同修饰电极，其中，利用Au@COF复合材料对电极进行修饰，可以增强电流信号强度；以CuS中铜离子的还原峰电流作为信号探针，利用硫化铜中的二价铜离子在被还原时产生的峰电流作为信号，当磺胺噻唑被吸附到电极表面时会改变铜离子的还原峰电流的大小，同时用Au@COF复合材料来实现信号放大；利用MIP对电极进行修饰，可以实现电化学传感器对磺胺噻唑的专一性识别；利用磺胺噻唑浓度与还原峰电流的关系建立标准曲线实现对磺胺噻唑的定量检测，从而建立对磺胺噻唑具有高灵敏度的快速检测方法。采用本发明的方法对磺胺噻唑的最低检出限达0.002μg/kg，实现了对磺胺噻唑的超灵敏检测。

在本发明的一种实施方案中，所述电化学传感器以Au@COF复合材料、CuS信号探针和MIP共同修饰电极的方法为：

将5～10μL浓度为2.0mg/mL的Au@COF复合材料溶液滴涂在裸玻碳电极表面，室温下晾干，得到修饰后的Au@COF/GCE电极；将5～10μL浓度为1.5mg/mL的CuS分散液滴涂到Au@COF/GCE电极表面，晾干，得到修饰后的CuS/Au@COF/GCE电极；将CuS/Au@COF/GCE电极浸入到含有5mM磺胺噻唑、0.1M吡咯和0.1M四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中进行电化学聚合。利用循环伏安法在-0.6V－+1.2V电位范围内以100mV/s的速率扫描3～8圈。然后将将此电极浸入浓度为0.5～1.0mol/L NaOH溶液中利用循环伏安法在-0.6V－+1.2V电位范围内以50mV/s的速率扫描10～20圈，得到由Au@COF复合物、CuS和MIP共同修饰电极(MIP/CuS/Au@COF/GCE)。

作为优选的方案，所述Au@COF复合材料由如下方法制备而成：

将0.1～0.2g均三苯甲醛和0.1～0.2g对苯二胺分散到8～10mL1,4-二氧六环中，然后将1～3mL醋酸溶液(3mol/L)缓慢滴加到以上混合溶液中。将此混合物转移到25mL高压反应釜中在120℃下加热3天。将所得产品分别用N,N-二甲基甲酰胺、双蒸水和丙酮清洗，然后在80℃下真空干燥12h，得到COF。接下来，将15～25mgCOF分散到20mL双蒸水和1mL1％HAuCl₄·4H₂O的混合溶液中搅拌30min，然后立即加入3.5mL 1％的柠檬酸三钠溶液，在室温下搅拌12h。将所得产品用双蒸水清洗三次然后在50℃下真空干燥12h得到Au@COF。

所述CuS由如下方法制备而成：

将CuCl₂·2H₂O(0.05～0.1g)和硫脲(0.2～0.3g)溶解到30mL乙二醇中，然后转移到50mL高压反应釜中在120℃下加热10h。所得产品用双蒸水冲洗，60℃下真空干燥8h得到CuS。

在本发明的另一种实施方案中，给出了利用本发明的电化学传感器超检测磺胺噻唑的方法，具体如下：

(1)将饱和甘汞电极和铂电极分别作为参比电极和辅助电极，Au@COF复合物、CuS和MIP共同修饰电极(MIP/CuS/Au@COF/GCE)作为工作电极构成三电极体系，利用差分脉冲伏安法在电位窗口0.2－0.4V范围内，将工作电极浸入用0.1mol/L的氯化钾溶液配制的不同浓度磺胺噻唑标准溶液中孵育，记录相应电流值I_P。

(2)分别以磺胺噻唑标准溶液浓度对数为横坐标，电流值为纵坐标，绘制工作曲线。按照下列公式分别计算不同电流值对应的样品中磺胺噻唑的含量：

ΔI(-μA)＝1.98lgCSTZ(M)﹢36.67

(3)分析物中按重量体积比(g/mL)1:1加入乙酸乙酯溶液涡旋离心重复提取三次，合并提取液用氮气吹干。用10mL0.1mol/L的氯化钾溶液溶解氮吹之后得到的剩余物，0.22μm滤膜过滤得样品提取液；将样品提取液代替磺胺噻唑标准溶液,重复步骤2)操作，根据电流值由标准曲线分别计算出分析物中磺胺噻唑含量。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

本发明实施例中所用的未进行具体说明试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。其中：

Au@COF复合材料由如下方法制备而成：

将0.16g均三苯甲醛和0.16g对苯二胺分散到10mL1,4-二氧六环中，然后将2mL醋酸溶液(3mol/L)缓慢滴加到以上混合溶液中。将此混合物转移到25mL高压反应釜中在120℃下加热3天。将所得产品分别用N,N-二甲基甲酰胺、双蒸水和丙酮清洗，然后在80℃下真空干燥12h，得到COF。接下来，将20mg COF分散到20mL双蒸水和1mL 1％(质量分数)HAuCl₄·4H₂O的混合溶液中搅拌30min，然后立即加入3.5mL 1％的柠檬酸三钠溶液，在室温下搅拌12h。将所得产品用双蒸水清洗三次然后在50℃下真空干燥12h得到Au@COF复合材料。

Au@COF复合材料用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)分散，制备得到Au@COF复合材料溶液。

CuS分散液由如下方法制备而成：

将CuCl₂·2H₂O 0.0876g和硫脲0.228g溶解到30mL乙二醇中，然后转移到50mL高压反应釜中在120℃下加热10h。所得产品用双蒸水冲洗，60℃下真空干燥8h得到CuS。

将CuS用pH7.0的0.2M的磷酸盐缓冲溶液分散，制备得到CuS分散液。

实施例1：

1.电化学传感器电极修饰：

将8μL浓度为2.0mg/mL的Au@COF复合材料溶液滴涂在裸玻碳电极表面，在室温下晾干。得到修饰后的Au@COF/GCE电极；将10μL浓度为1.5mg/mL的CuS分散液滴涂到Au@COF/GCE电极表面，晾干，得到修饰后的CuS/Au@COF/GCE电极；将CuS/Au@COF/GCE电极浸入到含有5mM磺胺噻唑、0.1M吡咯和0.1M四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中进行电化学聚合。利用循环伏安法在-0.6V－+1.2V电位范围内以100mV/s的速率扫描5圈。然后将此电极浸入浓度为1.0mol/LNaOH溶液中利用循环伏安法在-0.6V－+1.2V电位范围内以50mV/s的速率扫描15圈，得到由Au@COF复合物、CuS和MIP共同修饰电极(MIP/CuS/Au@COF/GCE)。

2.将饱和甘汞电极和铂电极分别作为参比电极和辅助电极，本实验修饰后所得的电极MIP/CuS/Au@COF/GCE作为工作电极构成三电极体系，利用差分脉冲伏安法在电位窗口0.2－0.4V范围内，将工作电极浸入用0.1mol/L的氯化钾溶液配制的浓度分别为0，0.00001，0.0001，0.001，0.01，0.1，1，10和100μmol/L的磺胺噻唑标准溶液中孵育，分别记录相应电流值I_P。

3.以磺胺噻唑标准溶液浓度对数为横坐标，电流值为纵坐标，绘制工作曲线。按照下列公式计算不同电流值对应的样品中磺胺噻唑的含量：

ΔI(-μA)＝1.98lgCSTZ(M)﹢36.67

4.准确称取鸡肝5g，加入20mL乙酸乙酯溶液涡旋离心，重复提取三次，合并提取液用氮气吹干。用10mL0.1mol/L的氯化钾溶液溶解氮吹之后得到的剩余物，用0.22μm滤膜过滤得样品提取液。

5.将样品提取液代替标样稀释液，重复步骤2操作，根据上述计算公式得出中磺胺噻唑浓度分别为1.0×10^-7mol/L，计算出鸡肝中磺胺噻唑含量为52.6μg/kg。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超灵敏检测磺胺噻唑的电化学传感器，其特征在于，所述电化学传感器以Au@COF复合材料、CuS信号探针和分子印迹聚合物(MIP)共同修饰电极为工作电极；所述工作电极由如下方法制备而成：

将Au@COF复合材料溶液滴涂到裸玻碳电极表面，晾干，得到修饰后的Au@COF/GCE电极；

将CuS分散液滴涂到Au@COF/GCE电极表面，晾干，得到修饰后的CuS/Au@COF/GCE电极；

将CuS/Au@COF/GCE电极浸入含有磺胺噻唑、吡咯和四丁基高氯酸铵的乙腈溶液中进行电化学聚合，利用循环伏安法在-0.6V－+1.2V电位范围内以100mV/s的速率扫描3～8圈；然后再将电极浸入浓度为0.5～1.0mol/L NaOH溶液中利用循环伏安法在-0.6V－+1.2V电位范围内以50mV/s的速率扫描10～20圈，得到MIP/CuS/Au@COF/GCE，即为工作电极。

2.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述Au@COF复合材料溶液的浓度为1-2mg/mL；

所述Au@COF复合材料由如下方法制备而成：

将均三苯甲醛和对苯二胺按重量比为(0.1-0.2)：(0.1-0.2)混合并分散到1,4-二氧六环中，然后滴加醋酸溶液，得到混合液；将混合液在高压反应釜中于120℃加热反应2-4天，所得产物经洗涤和真空干燥，制备得到COF；

将COF分散到由双蒸水和HAuCl₄·4H₂O组成的混合溶液中，搅拌反应30min，然后加入柠檬酸三钠溶液，室温下搅拌反应12h，所得产物经洗涤和真空干燥，制备得到Au@COF复合材料。

3.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述CuS分散液的浓度为1-2mg/mL；

所述CuS由如下方法制备而成：

将CuCl₂·2H₂O和硫脲按重量比为(0.05-0.1)：(0.2-0.3)混合并溶解到乙二醇中，得到混合液；将混合液在高压反应釜中于120℃加热反应10h，所得产物经洗涤和真空干燥，制备得到CuS。

4.根据权利要求1所述的电化学传感器，其特征在于，所述乙腈溶液中，磺胺噻唑的浓度为5mM，吡咯和四丁基高氯酸铵的浓度均为0.1M。

5.根据权利要求1-4任一项所述的电化学传感器，其特征在于，所述电化学传感器中还包括：参比电极和辅助电极；

所述参比电极为饱和甘汞电极；所述辅助电极为铂电极。

6.权利要求1-5任一项所述的电化学传感器在检测磺胺噻唑中的应用。

7.一种利用权利要求1-5任一项所述的电化学传感器检测磺胺噻唑的方法，包括以下步骤：

(1)将电化学传感器中的工作电极、参比电极和辅助电极构成三电极体系，利用差分脉冲伏安法在电位窗口0.2-0.4V范围内，将工作电极浸入用氯化钾溶液配制的不同浓度磺胺噻唑标准溶液中孵育，记录相应电流值I_P；分别以磺胺噻唑标准溶液浓度对数为横坐标，电流值ΔI为纵坐标，绘制工作曲线；

(2)利用步骤(1)绘制的工作曲线对经前处理的待测物中的磺胺噻唑的含量进行检测。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氯化钾的浓度为0.1mol/L。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述待测物的前处理方法为：将待测物用乙酸乙酯涡旋离心重复提取2-4次，合并提取液并用氮气吹干。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述待测物与乙酸乙酯加入量的比为1g:(1-5)mL。

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