聚鲁米诺修饰电极测定日落黄

姚春雨，代凤婷，王欣玙，王培龙，高慧，刘根，马伟

（淮北师范大学 化学与材料科学学院，安徽 淮北 235000）

0 引言

人工色素一般是通过化学合成方法所制得的有机色素，因其溶解性好、稳定性好、成本低、色泽持久等优点，常常被用作食品添加剂［1-2］.此外，人工色素能够耐光照、耐氧化、耐酸碱和微生物污染，可以和食品一起长时间保存［3-4］.日落黄（SY）作为一种可食用色素，在一些饮料和甜点中广泛使用［5-7］.然而，SY分子中含有偶氮（N=N）官能团和芳香环结构，过多食用，会引起头痛、腹泻、哮喘、过敏、甚至癌变［8-10］.因此，为指导食品加工过程中SY的用量，需要建立一种稳定性好、灵敏度高、选择性好的SY检测方法.目前，酶联免疫法［11］、紫外-可见光谱法［12-13］、荧光光谱法［14］、高效液相色谱法［15-16］等多种分析方法已应用于食品中SY的测定.然而，这些方法往往需要昂贵的仪器作为检测平台，检测耗时长且操作繁琐.从检测效果上看，存在灵敏度低、背景干扰严重等问题.而以化学修饰电极为代表的电分析技术凭借其简单快捷的操作、电极制备方式多样以及高灵敏检测的优势，受到广大分析工作者的青睐［17-18］.

鲁米诺是一种强化学发光化合物，聚鲁米诺通常是通过化学或电化学方法用单体氧化合成，其聚合过程与苯胺类似，一个鲁米诺分子通过-NH2与另一个鲁米诺分子上的碳原子组成一个聚合单元［19-20］.鲁米诺可以在不同材质的电极上形成电化学聚合膜，并表现出良好的电催化性能.比如可以实现对抗坏血酸和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）的催化氧化［21-22］.

本文制备聚鲁米诺修饰玻碳电极（GCE/PLu），该电极制备过程简单，测定SY的灵敏度高，线性范围宽，重现性好，样品分析结果比较理想.GCE/PLu在食品药品分析中的应用前景广阔.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

CHI760电化学分析系统（上海辰华）；pHS-3C型酸度计（上海康仪仪器有限公司）；三电极系统，玻碳电极或GCE/PLu为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极.

鲁米诺和日落黄购买于上海阿拉丁试剂公司，硫酸购买于国药试剂公司.

鲁米诺贮备液：1.00×10-2mol·L-1；日落黄贮备液：5.00×10-3mol·L-1；磷酸盐缓冲溶液（PBS）：pH 2.5～9.5，用0.1 mol·L-1磷酸盐按常规方法配制.其它试剂均为分析纯，实验用水为二次去离子水.

1.2 修饰电极的制备

玻碳电极（Ф=3 mm）的预处理按文献［18］进行，然后将该电极放入含1.0×10-3mol·L-1和0.5 mol·L-1H2SO4的溶液中［23］，以Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极，在电位范围为-0.8～1.2 V，以0.10 V·s-1的扫速循环扫描10周.聚合完成后，用二次去离子水淋洗电极，晾干后使用.

1.3 实验方法

电解池中加入5.0 mL pH 2.5的PBS及5 mL一定浓度的SY标准溶液.GCE/PLu电极、Ag/AgCl电极以及铂丝电极插入其中，进行电化学测定.循环伏安扫描的参数如下，电位范围为0.3～1.1 V，扫描速率为0.10 V·s-1，记录SY的峰电位和峰电流.差分脉冲伏安参数为电位增量：5 mV；脉冲幅度：50 mV；脉冲宽度：60 ms；脉冲间隔：200 ms.

2 结果与讨论

2.1 聚合循环伏安曲线和交流阻抗图谱

图1是鲁米诺在GCE上电化学聚合图，采用循环伏安法连续扫描8圈，其中第1圈在0.57 V和0.82 V左右有明显的的氧化峰，且氧化峰电流较大；在0.68 V和-0.45 V处各有一还原峰.从第2圈开始，峰电流逐渐减小，其中第2圈的氧化峰电流降低较为明显，0.82 V处的氧化峰消失.聚合至第6圈，基本没有变化，说明鲁米诺已稳定地聚合在GCE表面.对裸GCE和GCE/PLu进行电化学阻抗测定，交流阻抗图谱（EIS）如图2所示，高频区GCE/PLu圆弧半径要比裸GCE小很多，说明PLu膜能够有效降低电化学阻抗，促进电子在电极/溶液界面传递.对GCE和GCE/PLu进行SEM表征，如图3所示，GCE表面平整光滑，而GCE/PLu表面比较粗糙，凸起较多.这表明PLu面膜具有较大的比表面积，电活性位点较多.

图1 鲁米诺在GCE上的聚合循环伏安曲线

图2 GCE和GCE/PLu在5.0×10-3 mol·L-1 K3［Fe（CN）6］和1.0 mol·L-1 KCl溶液中阻抗谱图

图3 GCE（A）和GCE/PLu（B）的扫描电子显微镜图

2.2 SY在GCE和GCE/PLu上的循环伏安特性

图4为1.00×10-4mol·L-1SY在GCE（a）和GCE/PLu（b）的循环伏安图.其中扫速为0.05 V·s-1，酸度均为pH 2.5.SY在GCE上于0.782 V处有一氧化峰，在GCE/PLu上分别在0.708 V和0.506 V处产生氧化峰和还原峰.其中，GCE/PLu氧化电流远大于GCE，且氧化峰电位较低.说明PLu膜能够有效降低SY的过电位，加速电子在电极/溶液界面上的交换，因此GCE/PLu具有较强的电催化能力.

图4 SY在GCE（a）和GCE/PLu（b）上的CV图

2.3 pH的影响

本实验探究不同酸度对1.00×10-4mol·L-1SY的影响.如图5所示，在pH 2.5～9.5范围内，随着pH增加，SY的峰电位负向移动，说明质子参与SY的氧化还原过程.氧化峰电位与pH满足线性方程为E=0.943 3-0.032 53 pH，r=0.990 9.其中，SY在pH 2.5时峰电流最大，所以本实验选择pH 2.5作为测定SY的最佳酸度.

图5 SY在不同pH下的CV图

2.4 扫速影响

图6是不同扫速下1.00×10-4mol·L-1SY循环伏安响应曲线，随着扫描速率的增加，SY的峰电流逐渐增加，同时氧化峰电位正移，还原峰电位负移.在0.02～0.40 V·s-1范围内，其扫速与氧化峰电流满足线性方程I=0.014 26+0.191 6v，r=0.998 4，说明SY在修饰电极上主要受吸附控制.

图6 SY在不同扫速下的CV图

2.5 工作曲线和重现性

在pH 2.5的PBS溶液中，用DPV技术对SY进行测定，结果见图7.氧化峰电流与SY的浓度在5.00×10-7～5.00×10-3mol·L-1范围内呈良好的线性关系，线性方程为lgI=1.029+0.181 6 lgC（I：μA；C：mol·L-1），r=0.990 2，检出限为2.50×10-7mol·L-1.对1.00×10-4mol·L-1的SY进行20次平行测定，峰电流的RSD为3.8%，表明该方法重现性较好.

图7 测定SY的DPV曲线（A）及电流与浓度的工作曲线（B）

2.6 干扰实验

5.00×10-4mol·L-1SY溶液中加入50倍浓度的MgCl2、CaCl2、草酸、柠檬酸和抗坏血酸；100倍的L-赖氨酸、L-苯丙氨酸、L-甘氨酸、苋菜红、葡萄糖、蔗糖，SY的DPV信号仍保持在90%以上，说明这些物质对SY的干扰较小.

2.7 样品分析

取5.0 mL芬达橘子汁进行测定，通过标准加入法来评价方法的可行性.计算出实际样品中SY的回收率.如表1，结果表明SY的回收率和精密度均达到较高水平.

表1 饮料中SY测定结果（n=5）

3 结论

本文成功地制备聚鲁米诺修饰玻碳电极，研究日落黄在该电极上的电化学行为，建立差分脉冲伏安法测定日落黄的新方法.这种方法灵敏度高，线性范围宽，对实际样品检测，结果令人满意.