聚L-精氨酸/石墨烯修飾電極測定誘惑紅

胡晴晴，陶姣姣，劉　旭，孫登明

（淮北師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽淮北235000）

聚L-精氨酸/石墨烯修飾電極測定誘惑紅

胡晴晴，陶姣姣，劉旭，孫登明*

（淮北師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，安徽淮北235000）

利用電化學(xué)聚合法制備了聚L-精氨酸/石墨烯復(fù)合修飾電極，探究了誘惑紅在此修飾電極上的電化學(xué)行為，建立了測定誘惑紅的新方法。結(jié)果表明，修飾電極對誘惑紅有較好的催化活性，在pH3.5的磷酸鹽介質(zhì)中，誘惑紅在修飾電極上產(chǎn)生一對靈敏的氧化還原峰，峰電位分別為Epa=0.296 V和Epc=0.083 V。采用循環(huán)伏安法，對誘惑紅進(jìn)行測定的線性范圍為7.50×10-7～1.00×10-4mol/L，檢出限為1.0×10-8mol/L。該修飾電極具有良好的穩(wěn)定性和選擇性，用于樣品中誘惑紅的測定，結(jié)果滿意。

石墨烯；誘惑紅；L-精氨酸；修飾電極

0　引言

誘惑紅（Allura red，AR），又名艷紅，是一種人工合成色素，溶于水，不溶于油脂。因其具有鮮艷的深紅色，廣泛應(yīng)用于汽水、硬糖、糕點、冰淇淋等食品的著色，以改善它們在加工生產(chǎn)中的色澤，使其更加誘人。有研究表明，合成色素大多對人體存在一定的不安全性，過量添加對人體有害［1-2］。誘惑紅屬于偶氮類色素，被人體吸收后會在體內(nèi)分解出致癌物，不恰當(dāng)?shù)氖秤么祟惿貢θ梭w的健康造成不同程度的危害。近年來，文獻(xiàn)報道誘惑紅的檢測方法有高效液相色譜法［3］，紫外可見分光光度法［4］，磁性富集分光光度法［5］等，這些方法有些操作復(fù)雜，有些靈敏度不高。電化學(xué)檢測方法具有成本較低，操作簡單，檢測速度快等優(yōu)點，但對誘惑紅的測定報道不多［6］。因此建立測定誘惑紅的靈敏快速的電化學(xué)檢測方法具有重要意義。石墨烯（GO）是一種新型碳材料，具有較大的比表面積［7］，能夠提高電子的傳輸速率，實現(xiàn)良好的重現(xiàn)性和再生性［8］。目前，石墨烯已在電子、儲能和轉(zhuǎn)換以及生物科學(xué)和生物技術(shù)方面獲得有效的開發(fā)和運用［9-10］，同時，在電化學(xué)領(lǐng)域也得到了一些重要應(yīng)用［11-12］。該實驗將兩種具有催化活性的L-精氨酸（LA）和石墨烯通過聚合的方法制備了PLA-ERGO/GCE修飾電極。用該電極研究了誘惑紅的電化學(xué)行為，并且對實際樣品中誘惑紅進(jìn)行了檢測，取得了令人滿意的結(jié)果。

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

BAS100/W電化學(xué)分析系統(tǒng) （美國BAS公司）；pHS-3C型酸度計（上?？祪x儀器有限公司）；三電極系統(tǒng):鉑絲電極為對電極，PLA-ERGO/ GCE玻碳電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極。

GO分散液：2 mg/mL（南京先鋒納米材料科技有限公司）；AR貯備液：1.00×10-3mol/L，LA貯備液：5.0×10-3mol/L，兩者均避光保存，使用時逐級稀釋至所需濃度；磷酸鹽緩沖溶液（PBS）：pH2.0～pH9.0，用0.1 mol/L磷酸鹽按常規(guī)方法配制，并在pH計校準(zhǔn)。

1.2修飾電極的制備

玻碳電極（Ф=3 mm）的預(yù)處理按文獻(xiàn)［13］進(jìn)行。放入10 mL含有1.00 mg/mL GO，1.00×10-3mol/L的LA，pH=5.5的聚合底液中，以玻碳電極為工作電極，鉑絲電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極，靜置12 s，在-2.5～2.4 V電位范圍內(nèi)，以100 mV/s掃描速率循環(huán)掃描9周，即制得PLA-ERGO/GCE修飾電極，用亞沸水沖洗，晾干備用。

1.3實驗方法

向10 mL電解池中，加入一定量的誘惑紅標(biāo)準(zhǔn)溶液和5.0 mL pH為3.5的PBS溶液，用亞沸水定容后充分搖勻。以鉑電極為對電極，Ag/AgCl電極為參比電極，修飾的玻碳電極為工作電極。在-0.4～0.6 V的電位范圍內(nèi)，靜置180 s，進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，并記錄峰電流和峰電位。掃描結(jié)束后，將修飾電極放入空白液中，掃至無峰，即可進(jìn)行下一次實驗測定。

2　結(jié)果與討論

2.1修飾電極的最佳聚合條件

氧化石墨烯的表面具有含氧官能團(tuán)，會阻礙電子的傳遞速率，需用電化學(xué)方法進(jìn)行還原，因此GO和LA的用量和酸度，掃描次數(shù)，循環(huán)電位區(qū)間等條件都會對誘惑紅的靈敏度，檢出限有較大的影響。實驗表明，修飾電極的最佳聚合條件為：GO的用量為5.0 mL，精氨酸的用量為2.0 mL，掃描電位為-2.5～2.4 V，掃描速率為 100 mV/s，掃描周次為9周，靜置時間為12 s時，制得的修飾電極對誘惑紅的響應(yīng)電流最大。

2.2電化學(xué)阻抗譜分析

圖1為電化學(xué)阻抗圖譜。由圖可知，PLAERGO/GCE修飾電極的容抗弧較裸玻碳電極明顯減小，這可能是因為石墨烯修飾在電極后，增大了電子傳遞速率，同時也說明在該實驗條件下成功制備了聚L-精氨酸/石墨烯復(fù)合修飾電極。

圖1　GCE（a）和PLA-ERGO/GCE（b）在含5.0×10-3mol/L K3［Fe（CN）6］，1.0 mol/L KCl溶液的交流阻抗譜圖Fig.1　EIS graph of GCE（a）and PLA-ERGO/GCE（b）in 5.0×10-3mol/L K3［Fe（CN）6］，1.0 mol/L KCl solution

2.3誘惑紅在修飾電極上的電化學(xué)行為

2.3.1誘惑紅循環(huán)伏安特性

用循環(huán)伏安法研究了誘惑紅的電化學(xué)行為，圖2是在-0.4～0.6 V的掃描電位范圍內(nèi)，pH=3.5 的PBS中靜置180 s后，1.00×10-4mol/L的誘惑紅在裸電極和修飾電極上的循環(huán)伏安曲線。在GCE上，誘惑紅只出現(xiàn)氧化峰而無還原峰，氧化峰電位為 Epa=0.242 V，在 PLA/GCE和 PLAERGO/GCE修飾電極上均出現(xiàn)氧化還原峰，峰電位分別為Epa=0.276 V、Epc=0.102 V和Epa=0.296 V、Epc=0.083 V，峰電流也明顯變大，其中PLAERGO/GCE修飾電極上的氧化峰電流比GCE提高近11倍，比PLA/GCE提高了20%，說明PLAERGO/GCE修飾電極對誘惑紅的催化效果最強，這可能是因為石墨烯沉積在電極表面，增大了表面積，并與PLA共同作用的結(jié)果。

2.3.2底液酸度的影響

圖3表示不同pH對1.00×10-4mol/L的誘惑紅測定結(jié)果的影響。結(jié)果表明，在pH3.5的磷酸鹽介質(zhì)內(nèi)，用PLA-ERGO/GCE修飾電極測定誘惑紅，得到的氧化峰電流最大。故該實驗選擇的最佳酸度為pH=3.5。在pH2.5～pH8.0范圍內(nèi)，隨著pH的增大氧化峰電位負(fù)移，峰電位（Epa）與pH呈線性關(guān)系，線性方程為：Epa=0.4981-0.06024pH，r=0.9952，斜率為60 mV/pH，接近59 mV/pH，可以說明，誘惑紅在修飾電極上發(fā)生的是等電子等質(zhì)子反應(yīng)。

圖2　AR在GCE（a），PLA/GCE（b）和PLA-ERGO/GCE （c）上的循環(huán)伏安曲線Fig.2　CVs of AR on GCE（a），PLA/GCE（b）and PLAERGO/GCE（c）at a scan rate of 0.10 V/s in PBS（pH3.5）

圖3　AR在不同pH下的CV曲線（A）和E與pH的關(guān)系曲線（B）Fig.3　CVs of AR with different pH（A）and the corresponding relationship curve between the peak potential and pH（B）pH 1～12:2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0，5.5，6.0，6.5，7.0，7.5，8.0；Scan rate of 0.10 V/s

2.3.3掃描速率對誘惑紅電化學(xué)行為的影響

圖4是1.00×10-4mol/L的誘惑紅在pH=3.5 PBS中，改變掃描速率測定的CV曲線。結(jié)果表明，隨著掃描速率逐漸增大，誘惑紅在PLAERGO/GCE修飾電極上的電化學(xué)信號也在增大，但可逆性隨著掃速的增大變差，故該實驗選擇最佳掃描速率為100 mV/s。在20～400 mV/s范圍內(nèi)，掃描速率與氧化峰電流呈線性關(guān)系，其回歸方程為I=9.921+0.2298 v，r=0.9938，說明誘惑紅在PLA-ERGO/GCE修飾電極上的電化學(xué)行為受吸附控制。由吸附量公式［14］計算，在掃速為100 mV/s，pH=3.5底液中，對誘惑紅進(jìn)行測定，得出誘惑紅在電極表面的吸附量為4.17×10-9mol/cm2。

在誘惑紅的電化學(xué)反應(yīng)過程中，掃速在40～400 mV/s范圍內(nèi)，Epa與lnυ呈線性關(guān)系，線性方程為：Epa=0.06148+0.04907lnυ，r=0.9903。根據(jù)文獻(xiàn)［15］，E～lnv方程中的斜率等于RT/anF，其中，電子傳遞系數(shù)a一般取理論值0.5，n為得失電子數(shù)，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，R為氣體常數(shù)，T為絕對溫度，求得誘惑紅參與電極反應(yīng)的實際得失電子數(shù)為0.96，接近理論得失電子數(shù)1。

2.3.4最佳靜置時間的選擇

采用CV法對1.00×10-4mol/L的誘惑紅進(jìn)行測定，結(jié)果表明，靜置時間對誘惑紅的吸附過程有較大的影響。由圖5可知，改變靜置時間，隨著時間的增加，峰電流逐漸增大，當(dāng)靜置時間為180 s時，峰電流達(dá)到最大，之后無明顯變化。這說明誘惑紅在修飾電極上的吸附已經(jīng)達(dá)到飽和。故靜置時間為180 s。

2.3.5工作曲線與檢出限

在最佳實驗條件下，用循環(huán)伏安法對誘惑紅進(jìn)行測定。實驗結(jié)果見圖6。定量分析的線性范圍、回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限見表1。

圖4　AR在不同掃速下的CV圖Fig.4　CVs of AR at PLA-ERGO/GCE with various scan rates from 1 to 15:0.02，0.04，0.06，0.08，0.10，0.12，0.14，0.16，0.18，0.20，0.24，0.28，0.32，0.36，0.40

圖5　靜置時間的影響Fig.5　Effect of standing time

圖6　測定AR的CV曲線Fig.6　CVs of different concentrations of AR（from 1 to 10:7.50×10-7，1.00×10-6，2.50×10-6，5.00×10-6，7.50×10-6，1.00×10-5，2.50×10-5，5.00×10-5，7.50×10-5，1.00×10-4mol/L）

2.4精密度和穩(wěn)定性

對1.00×10-4mol/L AR進(jìn)行20次平行實驗，RSD為3.1%，表明PLA-ERGO/GCE修飾電極對測定物具有良好的重現(xiàn)性。將該電極在室溫下放置10 d，相同實驗條件下再次測定時，峰電位和峰電流的數(shù)值均較為穩(wěn)定，這表明PLA-ERGO/ GCE修飾電極有良好的穩(wěn)定性。

2.5干擾實驗

對1.00×10-4mol/L的誘惑紅進(jìn)行測定，測定允許誤差控制在±5%之間，測定結(jié)果表明，L-酪氨酸、L-半胱氨酸、L-精氨酸、L-蘇氨酸、L-色氨酸草酸、葡萄糖、葉酸（≥1 mg，未做最高限）；抗壞血酸、胭脂紅（0.1 mg）、尿酸（0.3 mg）、檸檬酸（0.5 mg）均不干擾測定。

2.6樣品分析

將此方法用于兩種不同飲料中誘惑紅的測定，取一定量的樣品加pH=3.5的磷酸鹽溶液，按實驗方法測定誘惑紅的含量，平行測定5次。用標(biāo)準(zhǔn)加入法計算其回收率。實驗結(jié)果見表2。

表1　測定AR的線性范圍、線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限Tab.1　Linear ranges，regression equations，correlation coefficients and detection limits for determination of AR on PLA-ERGO/GCE

表2　樣品中誘惑紅的分析結(jié)果Tab.2　Analytical results of AR in samples（n=5）

3　結(jié)論

該實驗制備了PLA-ERGO/GCE修飾電極，并應(yīng)用于誘惑紅電化學(xué)行為的研究。實驗表明，該電極對誘惑紅有較強的催化作用，且電極的穩(wěn)定性好。用于實際樣品的測定，結(jié)果滿意。

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Determination of allura red by poly（L-arginine）-graphene modified electrode

Hu Qing-qing，Tao Jiao-jiao，Liu Xu，Sun Deng-ming*
（College of Chemistry and Materials Science，Huaibei Normal University，Huaibei 235000，China）

The poly（L-arginine）-graphene modified electrode was fabricated and the electrochemical behaviors of allura red was studied by cyclic voltammetric method.A new method was developed for determination of allura red. The study results showed that the modified electrode has better catalytic ability to the allura red.In phosphate buffer solution at pH=3.5，the redox peaks of allura red were Epa=0.296 V and Epc=0.083 V.The linear range for the determination of allura red was 7.50×10-7～1.00×10-4mol/L by cyclic voltammetric method.The detection limit was 1.0×10-8mol/L.The modified electrode demonstrated excellent stability and selectivity.This method had been successfully applied to the determination of allura red in the sample with satisfactory results.

graphene；allura red；L-arginine；modified electrode

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目 （201610373033）；安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201510373093）

*通信聯(lián)系人，E-mail:sundengming@126.com