利用多孔石墨烯检测食品中苋菜红的方法与流程

本发明涉及电化学分析测试技术或食品安全领域，具体地说是以金属蚀刻方法制备的多孔石墨烯为电极修饰材料，采用电化学手段检测食品中苋菜红的方法。

背景技术：

利用电化学检测食品添加剂、药物以及生物分子的发展导致一系列生物传感器、食品传感和环境传感器的快速出现。由于其高的灵敏度、价格低昂、操作简单以及容易小型化等优点，电化学检测技术已经成功应用于蛋白质分析、生物监测、药物分析、以及食品分析等领域。为了引起大家的食欲，苋菜红等色素经常被添加到甜点、糖果、饮料等食品中。根据食品卫生组织（FAO）以及世界卫生组织（WHO）规定，苋菜红的日摄入量为0~0.5mg/kg。然而，为了引起消费者的消费欲望以增加暴利，不法商贩经常把过量的苋菜红添加到产品中。因此，实现对食品中苋菜红的高效检测迫在眉睫。当然，电化学传感器优异性能的发挥取决于电极材料的设计。多孔石墨烯由于具有大的表面积和高的导电性，成为一种性能优良的电极材料。

技术实现要素：

基于上述现有技术，本发明的目的是提供一种利用多孔石墨烯修饰玻碳电极检测苋菜红的方法。利用金属蚀刻方法制备了多孔石墨烯修饰玻碳电极传感器，利用多孔石墨烯的大的比表面积和极好的传质效应，对食品中的苋菜红进行了快速检测。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种利用多孔石墨烯检测食品中苋菜红的方法，包括如下步骤：

（1）、多孔石墨烯制备

将硝酸镍粉末溶解在去离子水中，然后在搅拌条件下将氧化石墨GO溶液添加到上述硝酸镍溶液中，控制GO与Ni元素的质量比为10：1；将上述混合溶液超声后，迅速将混合溶液转移进冷冻干燥器中，于低于0℃的温度下用液氮真空冷冻48h，接着将得到的粉末以10℃/min速率在管式炉中从室温加热至800℃，并在流动的Ar气氛中保持1h，得到了黑色固体粉末；最后，用稀盐酸对得到的黑色粉末进行清洗使得石墨烯表面的孔洞显现出来后，用去离子水洗涤，真空干燥，制得多孔石墨烯PG。

（2）、多孔石墨烯修饰玻碳电极PG/GCE

将玻碳电极GCE用α-Al₂O₃粉浊液作抛光处理，接着清洗干净玻碳电极；将PG分散在高纯水中并超声，制得PG分散液，将PG分散液滴涂在清洗干净的GCE表面并在红外灯下烘干获得电极PG/GCE。

（3）、利用多孔石墨烯修饰玻碳电极检测食品中苋菜红

将PG/GCE作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝电极作为辅助电极，组成三电极体系；将该三电极体系首先置于含有5.0×10^-6mol·L^-1苋菜红的pH为7.0的BR缓冲溶液中，于开路条件下搅拌富集210s，静置10s后，在0.5V到1.0V的电位范围内利用循环伏安法进行扫描，记录循环伏安曲线，研究苋菜红在PG/GCE表面的电化学行为，可知苋菜红在PG/GCE上的氧化峰电流获得了明显的增强；进一步利用方波溶出伏安法在0.5V到1.0V的电位范围内扫描不同浓度的苋菜红，方波伏安法的参数设定如下：电位增量为4mV；振幅为25mV；频率为10Hz；记录方波伏安曲线，并读出苋菜红的氧化峰电流值；所得数据经统计后，以苋菜红的浓度为横坐标，峰电流值为纵坐标，在5.0×10^-9mol/L~1.0×10^-6mol/L范围内绘制标准曲线，检测限为0.8×10^-10mol/L，推算出苋菜红对应的线性回归方程为I(µA)=45.77×C(µM)–0.18，该方程用来测定实际样品中苋菜红的浓度。

（4）、实际样品检测

取样品置于容量瓶中，用pH为7.0的BR缓冲溶液定容；按照与步骤（3）相同的电化学测试方法即方波溶出伏安法对待测样品溶液进行测试，以获得待测溶液中苋菜红的氧化峰电流值，将所得到的电流值代入用步骤（3）得到的线性回归方程中进行计算，得出待检测样品中苋菜红的浓度。

本发明中合成的多孔石墨烯具有纳米尺寸的孔洞，且孔隙均匀，这种结构使得该多孔石墨烯作为电极材料时，不仅具有大的比表面积，同时还有很好的传质效应，可以充分发挥二维多孔石墨烯的独特性质，制备的电极材料明显提高了对苋菜红的电化学响应。与现有电化学检测苋菜红的技术相比，该方法检测效果更好，检测限更低，且操作简单，省时，应用前景广阔。

附图说明

图1表示本发明多孔石墨烯的TEM图。

图2表示GCE电极(b)、G/GCE电极(c)和PG/GCE电极(d)在包含5.0×10^-6mol·L^-1苋菜红的0.1mol·L^-1的pH为7.0的BR缓冲溶液中的循环伏安图；表示PG/GCE电极(a)在不包含苋菜红的0.1mol·L^-1的pH为7.0的BR缓冲溶液中的循环伏安图，扫描速度为100mV·s^-1。

图3a表示本发明中不同浓度的苋菜红在PG/GCE电极上的方波伏安图。

图3b表示本发明中以苋菜红浓度为横坐标、峰电流值为纵坐标的线性关系图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

一种利用多孔石墨烯检测食品中苋菜红的方法，包括如下步骤：

（1）、多孔石墨烯制备

将一定量的硝酸镍（II）粉末溶解在15mL去离子水中，然后在搅拌条件下将10mL浓度为4mg·mL ^-1的氧化石墨（GO）溶液添加到上述硝酸镍溶液中。控制GO与Ni元素的质量比为10：1。将上述混合溶液超声10min后，迅速将混合溶液转移进冷冻干燥器中，于低于0℃的温度下用液氮真空冷冻48h，接着将得到的粉末以10℃/min速率在管式炉中从室温加热至800℃，并在流动的Ar气氛中保持1h，得到了黑色固体粉末。最后，用稀盐酸对得到的黑色粉末进行清洗使得石墨烯表面的孔洞显现出来后，用大量去离子水洗涤，真空干燥，制得多孔石墨烯（PG）。附图1为PG的TEM图，本制备方法中可以通过调整GO与Ni的质量比以调整多孔石墨烯基面中的孔隙和孔隙密度的大小。

（2）、多孔石墨烯修饰玻碳电极获得PG/GCE电极

将玻碳电极（GCE）在麂皮上依次用1.0，0.3和0.05µM的α-Al₂O₃粉浊液作抛光处理，接着依次用去离子水、质量比为1:1的HNO₃和丙酮分别超声3min清洗获得干净的玻碳电极。将5.0mg PG分散在2.5mL高纯水中并超声30min，制得浓度为2.0mg/mL的PG分散液。接下来，用量程为5.0µL的注射器将5.0µL PG分散液滴涂在清洗干净的GCE表面并在红外灯下烘干获得PG/GCE电极。

（3）、利用多孔石墨烯修饰玻碳电极检测食品中苋菜红

将PG/GCE作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝电极作为辅助电极，组成三电极体系；将该三电极体系首先置于含有5.0×10^-6mol·L^-1苋菜红的pH为7.0的BR（Britton-Robinson）缓冲溶液中，于开路条件下搅拌富集210s，静置10s后，在0.5V到1.0V的电位范围内利用循环伏安法进行扫描，记录循环伏安曲线，研究苋菜红在PG/GCE表面的电化学行为。从附图2可以看出，与裸GCE和石墨烯修饰玻碳电极（G/GCE）相比，苋菜红在PG/GCE电极上的氧化峰电流获得了明显的增强。进一步利用方波溶出伏安法在0.5V到1.0V的电位范围内扫描不同浓度的苋菜红，方波伏安法的参数设定如下：电位增量为4mV；振幅为25mV；频率为10Hz；电化学工作站为上海辰华CHI 660D工作站。记录方波伏安曲线（见附图3a），并读出苋菜红的氧化峰电流值；所得数据经统计后，以苋菜红的浓度为横坐标，峰电流值为纵坐标，在5.0×10^-9mol/L~1.0×10^-6mol/L范围内绘制标准曲线（见附图3b），检测限为0.8×10^-10mol/L，推算出苋菜红对应的线性回归方程为I(µA)=45.77×C(µM)–0.18(线性相关系数R=0.996)，该方程可用来测定实际样品中苋菜红的浓度。

（4）、实际样品检测

市售红酒和鸡尾酒样品无须特别处理。取1.0mL红酒或鸡尾酒样品置于100mL容量瓶中，用pH为7.0的BR缓冲溶液定容至100mL；按照与步骤（3）相同的电化学测试方法即方波溶出伏安法对待测样品溶液进行测试，以获得待测溶液中苋菜红的氧化峰电流值，将所得到的电流值代入用步骤（3）得到的线性回归方程中进行计算，得出待检测样品中苋菜红的浓度。测定结果表明：测得的红酒和鸡尾酒中苋菜红的氧化峰电流值分别为2.23µA和2.05µA。即所测样品中均含有苋菜红，把峰电流值代入标准曲线方程计算，最后得出红酒和鸡尾酒中所含的苋菜红的浓度应为3.2µg·mL^-1和2.9µg·mL^-1。

基于上述测验结果，可以看到，本发明的方法对苋菜红进行了快速检测，该方法对苋菜红检测检线性范围宽，检测限低，灵敏度高，操作简单，能够对红酒和鸡尾酒等样品中的苋菜红进行检测准确的定量分析。

总之，本发明利用简单的金属蚀刻方法制备了多孔石墨烯，将多孔石墨烯的分散液滴涂在玻碳电极表面制备了多孔石墨烯修饰玻碳电极，由于多孔石墨烯具有大的比表面积，高的导电性、强的吸附能力及好的传质效应，实验利用该多孔石墨烯修饰玻碳电极对食品中的苋菜红进行了检测。本发明的检测方法具有灵敏度较高，检测限低，方法简便和结果准确的优点。

上述实施方式仅用于说明本发明的内容，但这并非是对本发明的限制，本领域的相关技术人员，在不脱离本发明的范围的情况下，还可以做出相应的调整和变型，因此所有等同替换或等效变型的方式形成的技术方案均属于本发明的保护范围。