基于Au/MWCNTs修飾電極的叔丁基羥基茴香醚檢測

金華麗 白 天

(河南工業大學糧油食品學院，鄭州 450001)

抗氧化劑叔丁基羥基茴香醚(BHA)，可阻止和延緩油脂和含油食品氧化酸敗，提高食用油脂和含油食品穩定性，延長其貨架期，所以作為食品添加劑在食品中應用廣泛[1]。但近年來，經動物試驗研究表明，BHA存在一定安全性隱患，過量添加對人體健康有害[1－2]。因此，其在食品中應用及其添加量日益受到人們關注，精確、快速測定油脂及含油食品中BHA對油脂穩定性和安全性極為必要。傳統的檢測方法如氣相色譜和高效液相色譜，雖然精確度高，但處理樣品復雜，耗時而且也需要專業人員操作[3－5]。電化學檢測由于可以避免上述不足而受到廣泛關注。

納米金(Au)具有良好的穩定性、小尺寸和表面效應、高催化活性以及獨特的生物親和性能夠增加電極的導電性，促進電子轉移，被廣泛應用在電化學傳感器中[6－7]。多壁碳納米管(MWCNTs)具有獨特的導電性，良好的機械強度，大的比表面積，強的物理吸附能力，在電化學傳感器中常用來作為有效的催化載體[8－9]。結合上述兩種材料的優越性，本試驗制備Au/MWCNTs納米復合物修飾硼摻雜金剛石電極(BDD)，研究了 BHA在 Au/MWCNTs－BDD電極上的電化學行為，以期實現BHA的快速、經濟、高靈敏檢測。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

CHI－660D電化學工作站:上海辰華儀器有限公司；BS210S型分析天平:北京賽多利斯天平有限公司；KQ－100E型超聲波清洗器:昆山市超聲儀器有限公司；KT100 Ag/AgCl(飽和 KCl)電極、KT115鉑電極:南京科土電極部。電化學實驗用三電極系統，裸BDD電極和納米材料修飾的BDD電極為工作電極，鉑絲電極為對電極，Ag/AgCl(飽和 KCl)為參比電極電極。采用差示脈沖伏安(DPV)對叔丁基羥基茴香醚(BHA)進行檢測，所用電極及實驗條件如表1所示，所測BHA電化學試驗都是在攪拌震蕩條件下完成。

叔丁基羥基茴香醚(BHA):國藥集團化學試劑有限公司，純度≥99.0%；高氯酸:天津市鑫源化工有限公司，純度為70～72%；無水乙醇:天津市天力化學試劑有限公司。大豆油:福臨門一級大豆油，中糧食品營銷有限公司。

表1 測定叔丁基羥基茴香醚的方法及條件

1.2 修飾電極的制備

利用硼氫化鈉還原法制備納米Au顆粒。根據文獻[10]制備Au/MWCNTs復合物。將4.0 mg Au/MWCNTs復合物置于10 mL蒸餾水中超聲分散1 h，得到黑色懸濁液。BDD電極經無水乙醇和超純水超聲清洗干凈并室溫干燥后，用移液槍取適量的Au/MWCNTs復合材料溶液滴于BDD電極的表面，并于室溫條件下干燥即可得到修飾電極。

1.3 植物油樣品的處理及測定

稱取2 g植物油樣品于100 mL棕色容量瓶中，用0.1 mol/L的高氯酸/乙醇溶液稀釋到最終刻度。于40～50℃超聲30 min后，在攪拌震蕩下每次移取3 mL樣品溶液于電解池中進行測定。每個油樣做三次平行實驗，計算其平均值，并將其作為最終測定結果。

1.4 數據處理

所有實驗數據來自于CHI－660D電化學工作站的測試結果，通過保存txt格式，在origin7.5中作圖完成。

2 結果和討論

2.1 Au/MWCNTs修飾電極的電化學表征

圖1所示為BDD和Au/MWCNTs－BDD電極在含 10 mmol/L[Fe(CN)6]3－/4－的 0.1 mol/L KCl溶液中的交流阻抗曲線。實驗頻率范圍為105Hz到0.1 Hz，開路電壓下交流振幅為10 mV。根據半圓部分的直徑大小可以得出電子傳遞的快慢[11]。相對于BDD電極，Au/MWCNTs－BDD電極的半徑減小，這表明電極表面的Au/MWCNTs具有增加反應位點、減小界面阻力、加快電子轉移的作用，有利于電化學反應的檢測。

圖1 裸BDD和Au/MWCNTs－BDD電極的交流阻抗圖

2.2 BHA在BDD和Au/MWCNTs－BDD電極上的差示脈沖伏安(DPV)響應

圖2為含1×10－4mol/L BHA的乙醇體積比為10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液分別在BDD和Au/MWCNTs－BDD電極上的 DPV掃描結果。Au/MWCNTs－BDD電極上的氧化峰電流是2.036μA，相對于BDD電極上的1.096μA，提高了85.77%。Au/MWCNTs－BDD電極的氧化峰電位為0.6 V，裸BDD電極的氧化峰電位為0.704 V，修飾電極電位負移0.104 V。這些結果說明Au/MWCNTs的存在對BHA產生電催化作用，促進了電極表面的電子轉移。

圖2 1×10－4mol/LBHA在 BDD和 Au/MWCNTs－BDD電極上的DPV曲線

2.3 最佳支持電解質溶液的確定

根據文獻報道[12，13]，選擇高氯酸溶液為支持電解質溶液。圖3所示為含1×10－4mol/L BHA的乙醇體積比為10%、20%、30%、40%、50%的0.1 mol/L的高氯酸溶液在BDD上的DPV測定結果。當溶液中乙醇的體積比從10%增大到50%的過程中，BHA的氧化峰電流逐漸減小，原因可能為隨著乙醇量的增加，支持電解質溶液的量變少，導電率降低。經過對比表明:乙醇體積比為10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液在相同的實驗條件下的峰電流較高。因此，選擇乙醇體積比為10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液為最佳支持電解質溶液，用于進一步的研究。

圖3 不同支持電解質溶液對峰電流的影響

2.4 Au/MWCNTs－BDD電極最佳修飾材料量的選擇

圖4為含1×10－4mol/L BHA的乙醇體積比為10%的0.1 mol/L的高氯酸溶液分別在不同修飾量的Au/MWCNTs－BDD電極上的DPV測定結果。當BDD電極上修飾材料的量從5μL增大到25μL的過程中，BHA的氧化峰電流先增加，峰電流增大與Au/MWCNTs的電化學性質有關，說明 Au/MWCNTs促進了反應過程中的電子轉移；在修飾量為10μL時達到最大值后逐漸減小，這是由于修飾材料的厚度增大后，反而阻礙了電子的轉移過程。因此，修飾量為10μL為最佳修飾量。

圖4 不同修飾量對峰電流的影響

2.5 BDD和Au/MWCNTs－BDD電極上標準曲線的建立

利用差示脈沖伏安法在BDD(圖5)電極和Au/MWCNTs－BDD(圖 6)電極上對不同濃度的BHA的高氯酸溶液進行定量測定，得到不同濃度與峰電流的線性關系圖。從圖5和圖6結果可以看出，氧化峰電流隨著檢測物濃度的增大而增大，在5～200μmol/L濃度范圍內呈線性關系。BDD電極的線性方程為Ip＝0.007 49c＋0.055 07(R2＝0.999 3，Ip為 BHA的氧化峰電流，c為 BHA的濃度)，檢出限為16.72μmol/L。Au/MWCNTs－BDD電極的線性方程為Ip＝0.009 58c＋0.050 56(R2＝0.999 4，Ip為BHA的氧化峰電流，c為BHA的濃度)，得到的檢出限是5.70μmol/L。檢出限根據式子3sb/m計算，其中sb為背景信號的標準偏差，m為線性方程的斜率。相比于BDD電極上的檢測，Au/MWCNTs－BDD電極具有更寬的線性范圍和更低的檢出限。

圖5 BDD電極上不同濃度的BHA和峰電流的關系

圖6 修飾電極上不同濃度的BHA和峰電流的關系

2.6 Au/MWCNTs－BDD電極對實際樣品中BHA的測定

將所建立的BHA分析方法應用于實際樣品大豆油中BHA的測定，并與高效液相色譜方法測得值進行比較。現選用大豆油作為樣品，取大豆油2.0 g，用0.1 mol/L的高氯酸乙醇溶液定容至100 mL，按所建立的方法操作，采用標準加入法測定稀釋樣品中BHA的含量及其回收率，測定結果如表2所示。可以看出，加標量50.0μmol/L時，Au/MWCNTs－BDD電極測定的平均回收率為95.8%，與高效液相色譜測定結果比較的相對誤差為2.44%；加標量75.0μmol/L時，Au/MWCNTs－BDD電極測定的平均回收率為93.1%，與高效液相色譜測定結果比較的相對誤差為4.51%。這些結果表明利用Au/MWCNTs－BDD電極在測定植物油中抗氧化劑BHA方面是可行的，且方法簡單、省時，具有一定的應用潛力。

表2 大豆油中叔丁基羥基茴香醚的測定結果

3 結論

3.1 對電極進行交流阻抗表征的結果表明，電極表面的Au/MWCNTs具有增加反應位點、減小界面阻力、加快電子轉移的作用，有利于電化學反應的檢測。

3.2 在最佳實驗條件下，在5～200μmol/L范圍內，BDD電極上得到的線性方程為Ip＝0.007 49c＋0.055 07(R2＝0.999 3)，檢出限為 16.72μmol/L；Au/MWCNTs－BDD電 極 的 線 性 方 程 為Ip＝0.009 58c＋0.050 56(R2＝0.999 4)，檢出限是5.70 μmol/L。說明 Au/MWCNTs－BDD電極具有更高的靈敏度和更低的檢出限。

3.3 在選定的試驗條件下，采用標準加入法測定植物油樣品中BHA的含量及回收率，結果表明:加標量50.0μmol/L時，Au/MWCNTs－BDD電極測定的平均回收率為95.8%，與高效液相色譜測定結果比較的相對誤差為2.44%；加標量75.0μmol/L時，Au/MWCNTs－BDD電極測定的平均回收率為93.1%，與高效液相色譜測定結果比較的相對誤差為4.51%。

參考文獻

[1]凌關庭.食品抗氧化劑及其進展(三)[J].糧食與油脂，2000(8):45－47

[2]周建科，劉瑞英，郎玉苗.燒烤雞卷和蝦條中抗氧化劑的液相色譜法測定[J].食品工程，2008(4):50－52

[3]Agui M L，Reviejo A J，Yanez SP，et a1.Analytical applications of cylindrical carbon fiber microelectrodes.simultaneous voltammetric determination of phen－olic antioxidants in food[J].Ana1ytical Chemistry，1995，67:2195－2200

[4]Fuente C，Acuria J A，Vdzquez M D，et a1.Voltammetric determination of the phenolic antioxidants 3－tert－buty1－4－hydroxyanisole and tert－butylhydroquinone at polypyrrole electrode modified with a nickel phthalocyanine complex[J].Talanta，1999，49:441－452

[5]李書國，薛文通，陳輝，等.電分析法測定植物油中抗氧化劑研究[J].糧食與油脂，2009，6:39－43

[6]Narang J，Chauhan N and Pundir C S.A non－enzymatic sensor for hydrogen peroxide based on polyaniline，multiwalled carbon nanotubes and gold nanoparticles modified Au electrode[J].Analyst，2011，136:4460－4466

[7]Yu Q Z，Shi M M，Cheng Y，et al.Fe3O4＠Au/polyaniline multifunctional nanocomposites:their preparation and optical，electrical and magnetic properties[J].Nanotechnology，2008，19:1－6

[8]Rawal R，Chawla S，Dahiya T，et al.Development of an amperometric sulfite biosensor based on a gold nanoparticles/chitosan/multiwalled carbon nanotubes/polyaniline－modified gold electrode[J].Analytical Bioanalytical Chemistry，2011，401:2599－2608

[9]Chauhan N，Narang J，Pundir C S.Fabrication of multiwalled carbon nanotubes/polyaniline modified Au electrode for ascorbic acid determination[J].Analyst，2011，136:1938－1945

[10]Zhang R，Wang X.One Step Synthesis of Multiwalled Carbon Nanotube/Gold Nanocomposites for Enhancing Electrochemical Response[J].Chemistry Materials，2007，19:976－978

[11]藤嶋昭，相澤益男，井上徹著.電化學測定方法[M].陳震，姚建年譯.北京:北京大學出版社，1995

[12]Tormin T F，Cunha R R，Richter E M，et al.Fast simultaneous determination of BHA and TBHQ antioxidants in biodiesel by batch injection analysis using pulsed－amperometric detection[J].Talanta，2012，99:527－531

[13]Tormin T F，Gimenes D T，Richter E M，et al.Fast and direct determination of butylated hydroxyanisole in biodiesel by batch injection analysis with amperometric detection[J].Talanta，2011，85:1274－1278.