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石墨烯电化学传感器法快速测定植物油中的苯并(a)芘

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-07-09
核心提示:苯并(a)芘(BaP)是由5 个苯环构成的稠环化合物,具有较强的致癌性、致畸性、致突变性,是世界卫生组织确定的三大致癌物质之一,其普遍存在于环境与食品中,可通过皮肤、呼吸、饮食等多种途径进入人体。因此,建立一种简便、快速、准确的BaP检测方法成为研究的重点。
   苯并(a)芘(BaP)是由5 个苯环构成的稠环化合物,具有较强的致癌性、致畸性、致突变性,是世界卫生组织确定的三大致癌物质之一,其普遍存在于环境与食品中,可通过皮肤、呼吸、饮食等多种途径进入人体。因此,建立一种简便、快速、准确的BaP检测方法成为研究的重点。
 
  目前,检测BaP的方法主要有荧光分析法、高效液相色谱等。而电化学方法具有操作简单、成本低、速度快、灵敏度高等特点,受到了广大研究人员的青睐,成为食品安全快速检测技术方法的主流之一。来自河北科技大学生物科学与工程学院的冯亚净和李书国等人采用新型材料石墨烯(GS)和壳聚糖(CS)构建电化学纳米传感器,研究了BaP在修饰电极表面的氧化还原性质,建立了一种快速检测植物油中痕量BaP的纳米传感器方法,并将其应用在实际样品中。
 
  1
 
  BaP在不同修饰电极表面的氧化还原行为
 
  BaP在各GCE上均出现了一个明显的氧化峰,电位也均在1.0 V附近,而没有出现还原峰,说明该反应是不可逆的;修饰了CS后,其氧化峰电流比裸GCE减小了17.37%,这是由于CS在GCE表面形成了一层膜,阻碍了电子之间的传递;而修饰了GS后,峰电流明显增大,增大了3.85 倍,这是由于GS具有相当大的比表面积以及突出的电学性质,为电子与电极之间的电子传递提供了一个微通道;当修饰了CS-GS后,峰电流进一步增大,增大了4.71 倍,这可能是由于CS极好的成膜性将更多的GS固定在GCE的表面。所以CS-GS/GCE具有良好的电化学性质。BaP的氧化响应电流随着BaP浓度的增大而增大。
 
  2
 
  实验条件的优化
 
  修饰液配比与修饰量
 
  当CS溶液与GS悬浮液体积比为1∶2时,峰电流达到最大值,之后在一定范围内随着CS的增加峰电流逐渐减小,这是由于CS的成膜性质会阻碍电子传递的结果。所以选择修饰液的配比为1∶2。分别将1、3、5、7、9 μL的CS-GS修饰液滴涂到GCE上,采用线性扫描伏安法测定其电流的大小。随着修饰量的增加,峰电流逐渐增加,当修饰量为5 μL时,峰电流达到最大,然后随着修饰量的增大,峰电流逐渐减小,这是因为修饰膜太厚影响电子传递的结果。
 
  电解质浓度
 
  采用线性扫描伏安法,研究BaP在不同LiClO4浓度(0.05、0.1、0.15、0.2、0.25、0.3 mol/L)的底液条件下的氧化响应电流的变化,一开始,峰电流随着电解质浓度的增大而显着增大,当LiClO4浓度为0.2 mol/L时,氧化峰电流值达到最大,LiClO4的浓度继续增大,其峰电流的变化趋向平稳,说明电子之间的传递达到了平衡,导电率达到了最大。所以选择电解质浓度为0.2 mol/L。
 
  硫酸浓度
 
  BaP的响应电流先随着硫酸浓度的增加而增大,这是由于硫酸可提供质子以促进BaP发生氧化反应;当硫酸浓度为0.1 mol/L时,峰电流的值达到最大,继续添加硫酸,其对峰电流的影响不大,说明此时BaP发生氧化反应所需要的质子的量已达到最大,所以选取硫酸浓度为0.1 mol/L。
 
  富集时间
 
  在5~15 min范围内峰电流随着富集时间的延长而增大,当富集时间达到15 min后,峰电流的变化较小,说明BaP在电极表面的富集达到了饱和状态。实验选择富集时间为15 min。
 
  3
 
  电化学测定BaP的分析性能
 
  BaP的氧化反应电流Ip值随BaP浓度的增大而增大,且在BaP浓度范围为0~100 nmol/L时Ip值与CBaP之间的关系满足线性关系方程:Ip=0.1162CBaP+22.9262,线性相关系数R2=0.9978,其检测限为0.103 nmol/L(RSN=3)。可见,本实验构建的电化学传感器具有较好的灵敏度,可作为一种快速测定BaP的分析方法。
 
  4
 
  电化学传感器的抗干扰性、稳定性和重复性
 
  该电化学传感器对3 种脂溶性抗氧化剂均可吸附,但其峰位置均在0.35~0.65之间,而BaP的峰位置在1.03左右,互相不影响;且在分别添加VE、TBHQ和PG后,BaP的氧化响应电流变化仅为6.15%、4.72%、4.07%。说明该电化学传感器的抗干扰性较好。
 
  5
 
  香油样品中BaP的测定
 
  分别采用纳米电化学传感器法和HPLC法检测样品中BaP的含量,并进行加标回收实验。本法测得样品中BaP含量为22.96 nmol/L,而HPLC法测得23.04 nmol/L,二者相差仅0.35%;在分别加有5、10、20 nmol/L的BaP标准品后,本法的回收率在98.51%~100.57%之间,HPLC法则在98.22%~100.58%;另外,两种方法的相对标准偏差均在2.15%~3.16%之间。所以二者基本一致,电化学传感器法快捷方便。
 
  结 论
 
  壳聚糖-石墨烯(1∶2,V/V)混合溶液作为修饰液,修饰量5 μL、电解质LiClO4浓度0.2 mol/L、硫酸浓度0.1 mol/L、富集时间15 min,在此条件下,BaP的氧化还原峰电流与其浓度在0~100 nmol/L之间具有良好的线性关系,校正曲线方程为:Ip=0.1162CBaP+22.9262(R2=0.9978),其检测限为0.103 nmol/L(RSN=3)。利用该法对香油样品中的BaP进行检测,其加标回收率为98.51%~100.57%,检测结果与高效液相色谱法基本一致,并且具有良好的稳定性和重复性,样品预处理简单、检测时间短、速度快、成本低。
 
 
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