應(yīng)用石墨烯修飾電極電化學(xué)檢測胭脂紅

【摘 要】目的：應(yīng)用石墨烯修飾電極，建立一種快速檢測胭脂紅的電化學(xué)方法。

方法：利用循環(huán)伏安法和交流阻抗法對石墨烯修飾電極進(jìn)行表征。應(yīng)用差分脈沖伏安法對胭脂紅進(jìn)行定量檢測。結(jié)果：在最佳實(shí)驗(yàn)條件下對胭脂紅進(jìn)行檢測，其線性范圍為2.0×10-6mol/L～26.0×10-6mol/L，最低檢測限為3.25×10-7mol/L。結(jié)論：該方法具有操作簡單、價格低廉、方便快捷等優(yōu)點(diǎn)，適用于現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)胭脂紅快速定量分析。

【關(guān)鍵詞】石墨烯;胭脂紅;電化學(xué)

中圖分類號： O657.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）20-0228-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.106

納米材料是指在三維空間里至少有一維的尺度在1～100nm的材料[1]。石墨烯是近年來研究較多的一種碳納米材料，完美的石墨烯是二維空間材料，只包括六角元胞，如果有五角元胞和七角元胞的存在，它們將構(gòu)成石墨烯的缺陷[2]。其特殊的二維結(jié)構(gòu)使得石墨烯具有一系列的優(yōu)異性質(zhì)[3，4]，例如：超大的比表面積，其理論值高達(dá)2600m2/g[5];良好的導(dǎo)熱性;高強(qiáng)度以及優(yōu)越的導(dǎo)電性。

胭脂紅是一種合成染料，由于其具有成本低廉、性質(zhì)穩(wěn)定、著色力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛的應(yīng)用于食品、藥品、紡織、印刷等行業(yè)[6]。該類物質(zhì)具有高度穩(wěn)定性、致畸、致癌、致突變等作用[7]，目前各國已經(jīng)對其嚴(yán)加控制。

目前常用的檢測方法有：紫外吸收光譜法，氣相色譜及質(zhì)譜聯(lián)用法及高效液相色譜法[8]。這些方法大多儀器昂貴，耗時長，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測。本研究利用石墨烯修飾電極實(shí)現(xiàn)胭脂紅的快速測定。

1 儀器與試劑

CHI660D電化學(xué)工作站，工作電極（玻碳電極），參比電極（Ag/AgCl電極），鉑絲電極（上海辰華儀器有限公司）。超聲清洗器（昆山市儀器公司）。

石墨烯粉末（北京德科金島有限公司），胭脂紅標(biāo)準(zhǔn)液（天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司），N，N-二甲基甲酰胺（DMF）， H2SO4等，實(shí)驗(yàn)試劑均為分析純，用水均為二次蒸餾水。

2 實(shí)驗(yàn)方法

取5mg石墨烯溶于DMF中，超聲處理制備懸濁液，以滴涂法修飾玻碳電極，然后利用循環(huán)伏安法和交流阻抗法對其進(jìn)行表征。在最佳電解底液中應(yīng)用差分脈沖伏安法測定胭脂紅。根據(jù)不同濃度胭脂紅引起電流信號改變做標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線對胭脂紅進(jìn)行定量檢測。

3 結(jié)果與討論

3.1 循環(huán)伏安行為

在1mmol/L K3Fe（CN）6+0.2mol/L KNO3溶液中測定修飾電極及裸玻碳電極的循環(huán)伏安行為，結(jié)果見圖1。由圖可見，兩電極均顯示出清晰的氧化還原峰，石墨烯修飾玻碳電極（b）氧化還原峰明顯高于裸玻碳電極（a）。

3.2 電化學(xué)阻抗譜

利用電化學(xué)交流阻抗法對石墨烯修飾前后電極進(jìn)行表征，結(jié)果如圖2所示，裸玻碳電極（a）的電子轉(zhuǎn)移阻力小于石墨烯修飾電極（b），這表明石墨烯修飾電極導(dǎo)電性增強(qiáng)。

3.3 電解底液優(yōu)化

分別以0.1mol/L H2SO4，pH3.5、4.0、4.5和5.0的乙酸-乙酸鈉溶液，pH6.0、6.5、7.0和7.5的PBS緩沖液為電解底液，檢測胭脂紅產(chǎn)生的電流變化，根據(jù)產(chǎn)生電流信號強(qiáng)弱，選擇0.1mol/L H2SO4作為最佳電解底液。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限的測定

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，測定不同濃度胭脂紅標(biāo)準(zhǔn)溶液引起的電流信號變化，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖5。線性范圍為2.0×10-6mol/L～2.6×10-5mol/L。線性回歸方程為Y=0.1917x+2.0189，相關(guān)系數(shù)為r=0.999，最低檢出限為3.25×10-7mol/L。

3.5 樣品測定

為檢測本方法實(shí)際測定效果，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下對處理好的三種樣品進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1。

表1 樣品中胭脂紅含量

4 結(jié)論

石墨烯不僅具有優(yōu)越的導(dǎo)電性能，良好的力學(xué)性能，而且易于修飾，因此應(yīng)用石墨烯修飾電極為胭脂紅的檢測提供了一種簡便快速，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場測定的檢測方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張立德，牟季美.納米材料和納米結(jié)構(gòu)[M].北京，科學(xué)出版社，2001.

[2]張澤仁，井立強(qiáng)，李偉超.新型材料石墨烯的初探[J].企業(yè)文化（下旬刊），2014（10）：29-30.

[3]Lee C，Wei XD，Kysar JW，Hone J.Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene.Science.2008;321（5887）：385-388.

[4]代波，邵曉萍，馬擁軍，等.新型碳材料——石墨烯的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報：綜述篇，2010;24（2）：17-21.

[5]李紹娟，甘勝，沐浩然，等.石墨烯光電子器件的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].新型炭材料，2014;29（5）：329-356.

[6]Hazrat A.Biodegradation of Synthetic Dyes—A Review.Water Air Soil Pollut.2010;213（1-4）：251-273.

[7]Jiang M，Ten Z，Ding SJ.Decolorization of Synthetic Dyes by Crude and Purified Laccases from Coprinus comatus Grown Under Different Cultures：The Role of Major Isoenzyme in Dyes Decolorization.Appl Biochem Biotechnol.2013;169（2）：660-672.

[8]石文秀，劉曉雪，杜曉燕.石墨烯修飾電極的研究及其電化學(xué)檢測莧菜紅[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2014;24（22）：3208-3210.