日落黃在乙炔黑-殼聚糖修飾玻碳電極上的電化學行為研究

石 震， 王金收， 張升暉*

(湖北民族學院化學與環(huán)境工程學院，湖北恩施 445000)

日落黃作為一種人工合成著色劑常常被用于果蔬、飲品的食用添加劑。研究表明過量食用日落黃會引發(fā)腹瀉、濕疹、焦躁等癥狀甚至導致癌癥[1]。我國《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》規(guī)定日落黃用于飲品中的量不得超過0.1 g/kg[2]。目前測定日落黃的方法主要有高效液相色譜法[3，4]、薄層色譜法[5]、紫外分光光度法[6，7]、熒光光譜法[8]、毛細管電泳法[9]和電化學分析法[10-12]。

乙炔黑(AB)是一種導電性能好、比表面積大的新型炭材料，但由于水溶性不好，限制了其在薄膜修飾電極方面的應用。殼聚糖(CTS)是分子鏈上含有較多具有配位能力的基團，可以螯合或吸附金屬離子，是很好的電極修飾材料[13]。本文研究了日落黃在AB -CTS復合膜修飾玻碳電極(AB -CTS/GCE)上的電化學行為,發(fā)現(xiàn)AB -CTS/GCE能顯著提高日落黃的氧化峰電流。通過優(yōu)化各種實驗參數(shù),建立了一種直接測定日落黃的電化學分析新方法。該方法成本低廉,靈敏度高,檢出限低,操作便捷。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Autolab302N電化學工作站(瑞士，萬通公司)，三電極系統(tǒng)：AB -CTS/GCE為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，鉑絲電極為對電極。

乙炔黑、殼聚糖、Na2HPO4-NaH2PO4(國藥集團化學試劑有限公司)。10-2mol/L日落黃(99%,國藥集團化學試劑有限公司)儲備液用二次蒸餾水配制，并置于冰箱中4 ℃保存，使用時用二次水逐級稀釋。

1.2 AB -CTS/GCE的制備

在5 mL 0.02 mol/L乙酸溶液中加入準確稱取的5 mg CTS，超聲溶解2 h，然后再稱取5 mg AB加入到上述溶液中，超聲分散約6 h，即得到AB -CTS分散液。GCE用0.05 μm Al2O3拋光粉拋光至鏡面，依次在乙醇、二次水中各超聲清洗5 min，最后移取10 μL AB -CTS分散液滴涂到GCE表面，在紅外燈下烘干，即制得AB -CTS/GCE。

1.3 實驗方法

將一定量的日落黃標準溶液加入到0.1 mol/L的pH=7.0的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)中，富集攪拌3 min，記錄0.3～1.0 V的微分脈沖伏安(DPV)曲線，測量0.782 V處的氧化峰作為日落黃的分析信號。

2 結果與討論

圖1 AB -CTS/GCE在K3[Fe(CN)6]溶液中的循環(huán)伏安(CV)圖；內(nèi)插圖為不同掃速下的CV圖Fig.1 Cyclic voltammograms of K3[Fe(CN)6] solution containing 0.1 mol/L KCl at different electrodes;Inset:CVs of AB -CTS/GCE at different scan ratesa:AB -CTS/GCE;b:GCE.scan rate:100 mV/ s.

2.1 AB -CTS膜的電化學表征

如圖1所示,圖中曲線a和曲線b分別是AB -CTS/GCE和裸GCE在含有 0.1 mol/L KCl的K3[Fe(CN)6](5 mmol/L)中的循環(huán)伏安(CV)圖?？梢悦黠@地看出，電極修飾后峰電流明顯增大，且由內(nèi)插圖可見氧化還原峰電位差減小，表明AB -CTS/GCE能有效提高電子傳導速率。內(nèi)插圖為AB -CTS/GCE在K3[Fe(CN)6]中于不同掃速下的CV圖，可以看出隨著掃速的增加，氧化峰電流明顯增大，且在10～375 mV/s掃速范圍內(nèi)，峰電流與掃速的平方根(v1/2)呈良好的線性關系，說明該電極反應受擴散過程控制。

2.2 日落黃的電化學行為研究

圖2 1.0×10-5 mol/L日落黃在AB -CTS/GCE(a)和玻碳電極(b)上的循環(huán)伏安圖Fig.2 Cyclic voltammograms of 1.0×10-5 mol/L sunset yellow at AB -CTS/GCE(a) and GCE(b)Scan rate:100 mV/s.

圖2為1.0×10-5mol/L日落黃pH=7.0的0.1 mol/L PBS中，分別在AB -CTS/GCE(曲線a)和裸GCE(曲線b)上的CV行為，曲線a在0.793 V出現(xiàn)一個峰形尖銳的氧化峰。但隨著掃描圈數(shù)的增多，日落黃的電流響應明顯減弱，為了獲得較高的靈敏度和好的重現(xiàn)性，把第一圈的氧化峰電流作為其分析信號。

進一步采用DPV法比較了5.0×10-6mol/L日落黃在pH=7.0 PBS中的電化學行為。如圖3所示，日落黃在GCE上于0.65 V出現(xiàn)一個非常弱的氧化峰(曲線a)，然而在AB -CTS/GCE上(曲線b)，日落黃的氧化峰電流明顯增大，同時峰電位正移。此外，AB -CTS/GCE在空白溶液中沒有觀察到氧化峰(曲線c)，日落黃在AB -CTS/GCE上的增敏效果歸結于乙炔黑大的比表面積和良好的催化活性，這為日落黃的氧化提供了較多的反應位點，加速了電子交換速率，與殼聚糖的協(xié)同作用使得電流有顯著的提高。

2.3 支持電解質(zhì)及pH值的影響

用DPV法考察日落黃在HCl、NaOH溶液、HAc-NaAc緩沖液、B-R緩沖液和PBS中的電化學行為。發(fā)現(xiàn)在PBS緩沖溶液中峰形較好，峰電流最大，所以選擇PBS作為測定介質(zhì)。同時考察了日落黃介質(zhì)pH值的影響。結果表明，當pH值從5.0增加到8.0時氧化峰逐漸負移，且氧化峰電位Epa與pH值呈良好的線性關系，其線性方程為：Epa=1.026-0.0429pH(R=0.998)。結合能斯特方程[14]，代入斜率推算出參與反應的電子數(shù)和質(zhì)子數(shù)為1。

2.4 掃描速度的影響及氧化機理研究

圖3 5.0×10-6 mol/L日落黃在GCE(a)、AB -CTS/GCE(b)和AB -CTS/GCE在空白(c)中的微分脈沖伏安圖Fig.3 Differential pulse voltammograms of 5.0×10-6 mol/L sunset yellow at GCE(a),AB -CTS/GCE (b) and AB -CTS/GCE in blank(c)pulse amplitude:50 mV;pulse width:40 ms;scan rate:40 mV/s;accumulation time:3 min.

圖4 5.0×10-6 mol/L日落黃在AB -CTS/GCE上于不同掃速下的CV圖；內(nèi)插圖為ipc與掃速的關系Fig.4 Cyclic voltammograms of 5.0×10-6 mol/L sunset yellow on the AB -CTS/GCE at different scan rates;The inset graph is the plot for the dependence of peak current on the scan ratesscan rate (a-h):20，50,75,100,150,200，250 and 300 mV/s,respectively.

2.5 修飾劑用量、富集電位、時間的影響

當修飾劑用量從1 μL增加到10 μL時，日落黃的峰電流顯著增加。當修飾劑用量進一步增加時，日落黃的氧化峰電流反而下降，這可能是由于CTS的量增多而阻礙了質(zhì)子傳遞，從而降低了修飾電極的導電性，不利于電子轉(zhuǎn)移。因此，修飾劑的用量選擇為10 μL。

當富集電位在0.3 V時，電流響應達到最大。故選取0.3 V為富集電位?？疾旄患瘯r間對氧化峰電流的影響，發(fā)現(xiàn)富集為3 min時氧化峰電流最大且穩(wěn)定，當繼續(xù)增加到5 min時，氧化峰電流基本不變，說明電極表面日落黃的吸附趨于飽和。綜合考慮，選定富集時間為3 min。

2.6 重現(xiàn)性、線性范圍和檢測限

日落黃在AB -CTS/GCE上測定多次后會產(chǎn)生鈍化，峰電流會明顯降低，實驗中每支修飾電極只使用一次?？疾?支不同修飾電極平行測定1.0×10-6mol/L日落黃，其相對標準偏差(RSD)為2.87%，說明此方法有良好的重現(xiàn)性。在最優(yōu)條件下，用DPV法測定了方法的線性范圍和檢測限，富集3 min后，日落黃的氧化峰電流與其濃度在5.0×10-8～1.0×10-5mol/L范圍內(nèi)呈良好的線性關系，其線性回歸方程為:ipa(μA)=0.3789+2.06×106c(mol/L),R=0.996；檢測限(S/N=3)為9.0×10-9mol/L。

2.7 干擾實驗

2.8 實際應用

飲料樣品購買于當?shù)爻?。實驗前將樣品超?0 min以除去CO2，將1.0 mL樣品加入到9.0 mL pH=7.0的PBS中，在上述最優(yōu)條件下進行測定，在飲料樣品中沒有檢測到日落黃。采用標準加入法測定回收率，結果如表1所示。

表1 日落黃的回收率實驗結果(n=3)

3 結論

本文研究了著色劑日落黃在AB -CTS/GCE上的電化學行為，通過對各項參數(shù)的優(yōu)化和選擇，建立了一種快速便捷測定日落黃的電化學分析新方法。該方法可用于食品、飲料等的常規(guī)測定。