零流電位法對4-氨基聯苯的檢測

馬明明,梁娟麗,蘇新科，劉 佳

(西安工程大學 環境與化學工程學院，陜西 西安 710048)

4-氨基聯苯(4-ABP)最早發現于香煙煙霧中[1-2]，易造成泌尿系統癌癥[3],嚴重危害人體健康，已被許多國家列為主要環境污染物，因此監測4-ABP的含量十分重要。目前，檢測4-ABP的方法主要有液相色譜-質譜聯用法[3-6]、氣相色譜-質譜聯用法[7]、高效液相色譜法[8]、離子色譜熒光檢測法[9]等。但上述方法檢測前處理復雜，儀器設備昂貴，檢測成本高，不易實現快速現場分析檢測，因此有必要建立新型的4-ABP快速檢測方法。

零流電位法是一種新型的界面電位傳感技術，目前已用于聯苯胺[10]、4-氨基偶氮苯[11]、鄰甲苯胺[12]、人血清白蛋白[13-14]、Ce4+及牛血清白蛋白[15-16]、工業廢水中Hg2+[17]、酸度[18]等的檢測，但未見用于測定4-ABP的報道。分子印跡聚合物(MIP)綠色環保[19]，選擇性和親合力好[20]，因此本文以丙烯酸為功能單體，4-ABP為模板分子，在鉛筆芯電極表面制備4-ABP分子印跡聚合物(4-ABP-MIP)，并將該MIP電極用于4-ABP的零流電位法檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

CHI610D型電化學工作站(上海辰華儀器廠)；KQ-250DB型數控超聲波清洗器(上海昆山儀器有限公司)；Quanta-450-FEG型場發射掃描電鏡儀(美國FEI公司)。

4-氨基聯苯、4-氨基偶氮苯、對氯苯胺(阿拉丁試劑)；丙烯酸(天津市福晨化學試劑廠)；聯苯胺(天津市科密歐化學試劑有限公司)；鄰甲苯胺(上海山撲化工有限公司)；2B鉛筆(中國第一鉛筆有限公司)；絕緣膠水(撫順哥倆好化學有限公司)。所用試劑均為分析純，實驗用水為去離子水。

1.2 電極的制備

1.2.1PGE的制作與預處理將2B鉛筆芯截成長度為2 cm的小段，放入石蠟溶液中煮沸30 min后取出，用稱量紙拋光；將兩根銅絲分別纏繞在鉛筆芯兩端并用膠水固定(導電體長度固定)構成鉛筆芯電極。以無水乙醇超聲洗滌除去電極表面的雜質，晾干備用。

1.2.24-ABP-MIP/PGE的制備將上述處理好的PGE作為工作電極，鉑電極為輔助電極，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，置于含1.0×10-3mol/L 4-氨基聯苯、4.0×10-3mol/L丙烯酸的磷酸鹽緩沖溶液(PBS，pH 7.17)中，在-1.6～1.6 V范圍內以0.1 V·s-1掃描速率循環掃描16圈后，取出PGE用水清洗數次，再將其置于無水乙醇中超聲振蕩清洗6 min，即得4-ABP分子印跡聚合物修飾的鉛筆芯電極(4-ABP-MIP/PGE)，制備過程見圖1。

1.2.3實驗方法將工作電極和輔助電極端分別與4-ABP-MIP/PGE的兩端連接，飽和甘汞電極(SCE)為參比電極，同時浸沒在含一定濃度4-ABP的PBS(pH 7.17)中，以0.1 V·s-1在-1.6～1.6 V電位范圍內線性掃描，在I～E曲線上記錄電流I為零的電位EZCP(零流電位)。

2 結果與討論

2.1 4-ABP-MIP/PGE制備參數的優化

支持電解質的pH值、掃描電位范圍、模板分子濃度及其與功能單體的濃度比、掃描圈數、洗脫時間等對印跡聚合物的印跡空穴活性點數量和分布均會產生影響，從而導致其零流電位響應的差異，因此本實驗考察了上述條件對印跡聚合物零流電位的影響。由于4-ABP-MIP/PGE印跡吸附結合模板分子4-ABP的過程中，修飾電極的界面電位會發生變化，當零流電位變化最大時印跡吸附結合作用最強，所以采用零流電位的差值ΔEZCP(ΔEZCP=E結合后-E結合前)優化制備條件。實驗發現，當PBS的pH值為7.17、4-ABP與丙烯酸的濃度比為1∶4、掃描電位范圍為-1.6～1.6 V、掃描圈數為16圈、4-ABP濃度為1.0×10-3mol/L、洗脫時間為6 min時，ΔEZCP最大，說明在上述條件下制備出的印跡聚合物印跡空穴最多，對模板分子的選擇性吸附最大。

2.2 4-ABP-MIP/PGE的選擇性

由于結構上的相似性，4-氨基偶氮苯(4-AAB)、對氯苯胺(PCA)、聯苯胺(BZ)、鄰甲苯胺(OT)等與4-ABP結構相近的物質可能被印跡聚合物吸附，從而影響印跡電極對4-ABP的選擇性吸附，因此分別考察了4-ABP-MIP/PGE對同濃度(1.0、30 μmol/L)的4-ABP及上述結構相似物的印跡吸附容量(印跡吸附容量=ΔE/E0，ΔE為修飾電極在4-ABP中的零流電位值與其在空白PBS溶液中零流電位值的差值，E0為修飾電極在空白PBS中的零流電位值)。結果表明，修飾電極對4-ABP的印跡吸附容量最大，說明上述結構相似物不干擾4-ABP測定；此外，廢水中常見無機離子的ΔE幾乎為零，印跡吸附容量接近零。因此制備的4-ABP-MIP/PGE對4-ABP具有高的選擇性識別能力。

2.3 4-ABP-MIP/PGE的零流電位響應與表面形貌

考察不同電極在含相同濃度4-ABP溶液和空白溶液中的EZCP變化。結果發現，PGE和未洗脫的4-ABP-MIP/PGE的EZCP幾乎無變化，而洗脫6 min后4-ABP-MIP/PGE的EZCP變化較大，洗脫10 min后其EZCP不穩定。采用掃描電鏡研究了PGE、未洗脫4-ABP-MIP/PGE、洗脫6 min的4-ABP-MIP/PGE、洗脫10 min的4-ABP-MIP/PGE 4個電極的表面形貌。由于鉛筆芯的主要組分為石墨和黏土，因此PGE表面呈無序的片層結構(圖2A)；未洗脫4-ABP-MIP/PGE的表面相對平展、均一(圖2B)，因此溶液中的4-ABP很難被這兩種表面吸附，EZCP幾乎不變；洗脫6 min后的4-ABP-MIP/PGE表面具有印跡位點的空洞(圖2C)，可對溶液中4-ABP進行印跡再吸附結合，導致MIP界面的電位變化大，因而4-ABP-MIP/PGE的EZCP變化顯著；洗脫10 min后的4-ABP-MIP/PGE，因過度洗脫而使得電極表面粗糙甚至被破壞(圖2D)，從而導致EZCP不穩定。因此，實驗選擇最佳洗脫時間為6 min。

圖2 不同電極的掃描電鏡圖Fig.2 SEM images of different electrodesA.PGE,B.4-ABP-MIP/PGE (no washing)，C.4-ABP-MIP/PGE(washing 6 min)，D.4-ABP-MIP/PGE(washing 10 min)

2.4 分析應用

圖3 傳感器在不同濃度;4-ABP中的I～E曲線Fig.3 I-E curves for sensor in different concentrations of 4-ABPinsert:the linear plot of EZCP and lgc4-ABP;4-ABP concentration(a-i):0.005,0.01,0.05,0.1,0.5,1.0,5.0,10,50 μmol/L

2.4.1傳感器的精密度與穩定性用同一傳感器連續平行6次測定1.0×10-7mol/L的 4-ABP，測得零流電位值的相對標準偏差(RSD)為0.23%，說明印跡電極精密度好；間隔30 d后，用該傳感器測定同一濃度的4-ABP，響應值與初始值僅相差0.001 3 V，變化率為1.3%，表明傳感器具有良好穩定性。

2.4.2標準曲線與檢出限用4-ABP-MIP/PGE以零流電位法對不同濃度的4-ABP進行檢測(圖3)。結果顯示，隨著4-ABP濃度的增加，4-ABP-MIP/PGE的零流電位逐漸正移；當4-ABP濃度在0.005～50 μmol/L范圍內時，零流電位值與4-ABP濃度的對數呈線性關系(圖3插圖)，線性方程為EZCP=0.015 55 lgc4-ABP+0.208 7(r=0.994 3)，按照3σ/k，計算得檢出限(LOD)為1.07 nmol/L。

表1 不同檢測方法測定4-ABP的結果比較Table 1 Comparison of different methods for the measurement of 4-ABP

表2 廢水中4-ABP的測定結果Table 2 Determination results of 4-ABP in waste water sample

2.4.3與其他方法的比較比較了本傳感器、超高效液相色譜-串聯質譜法(UPLC-MS/MS)、高效液相色譜法(HPLC)及離子色譜熒光檢測法(IC)測定4-ABP的線性范圍及檢出限(表1)。由表1可知，與其他傳感器相比，本傳感器的線性范圍最寬，檢出限最低。

2.4.4實際樣品的測定在最佳條件下，采用本方法對廢水樣品進行檢測，結果顯示廢水中未檢出4-ABP。在廢水樣品中分別加入0.1、0.5、1.0、5.0 μmol/L的4-ABP標準溶液進行加標回收實驗，平行測定3次，得樣品中4-ABP的平均回收率為96.0%～102%(表2)，結果滿意。

3 結 論

本文采用循環伏安法，通過零流電位法優化制備條件，在低成本的鉛筆芯電極表面制備出4-ABP-MIP傳感器。該電極的印跡空穴重新吸附4-ABP后，4-ABP-MIP的界面結構改變，導致其零流電位發生變化，且零流電位值與4-ABP濃度的對數呈線性關系，因此可用于4-ABP檢測。本傳感器靈敏度高，選擇性好，且制作成本低，可用于廢水樣品中4-ABP的測定。