本发明涉及蜜蜂养殖领域，具体涉及一种蜂蜜中丙酮醛含量的检测方法及检测装置。
背景技术：
市面上存在一种产自新西兰的麦卢卡蜂蜜，其具有很强的抗菌活性，其活性物质之一就是丙酮醛。由于丙酮醛的应用值得进一步探索，因此对丙酮醛含量的测定进行了大量的研究，常见技术是采用如高效液相色谱法、离子对色谱法等色谱技术以及质谱法、毛细管电泳测试法等进行检测。然而这些方法由于其特定的标准程序、复杂的样品预处理过程而导致检测过程耗时过长，另外，由于上述技术必须搭配价格昂贵的仪器，如各类色谱仪、质谱仪等进行使用，因此其检测成本过高，不适合推广。
技术实现要素：
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种采用电化学方法检测蜂蜜中丙酮醛含量的方法及检测装置，其主要采用已被羧基官能化的多壁碳纳米管进行修饰的玻碳电极来对蜂蜜中的丙酮醛含量进行检测，其具有分析快速、成本低、操作简便、灵敏度高、稳定性好、选择性好等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一方面，提供了一种蜂蜜中丙酮醛含量的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1、置备检测电极；
s2、采用碳纳米管对所述检测电极进行修饰；
s3、采用已被所述碳纳米管进行修饰的检测电极对蜂蜜进行检测，获取蜂蜜中的丙酮醛含量数据。
优选的，步骤s1包括：
s11、将所述检测电极的裸电极表面打磨至光滑，然后用去离子水冲洗干净；
以及s12、在超声波中依次用去离子蒸馏水、无水乙醇、去离子蒸馏水对步骤s11中获得的裸电极进行处理，每个处理过程用时均为4-10分钟，然后在室温下晾干。
优选的，步骤s1中，所述检测电极包括玻碳电极，步骤s2中采用碳纳米管对所述玻碳电极进行修饰。
优选的，所述步骤s2包括：
s21、制得0.15-0.45mgml-1的羧甲基纤维素溶液以及0.8-1.2mgml-1的羧甲基纤维素—碳纳米管悬浮液；
s22、制备0.15-0.25％的壳聚糖溶液，并将所述羧甲基纤维素—碳纳米管悬浮液和壳聚糖溶液按体积比10:1进行混合，以获得混合液；
以及s23、将3-8μl的混合液滴在所述玻碳电极上并烘干，由此完成碳纳米管对所述玻碳电极的修饰。
优选的，所述步骤s3包括：
s31、采用0.1mol/l磷酸盐缓冲液对蜂蜜样品进行稀释，并用naoh溶液将稀释后的蜂蜜样品溶液ph调整为9-11；
s32、采用已被所述碳纳米管进行修饰的检测电极，按照方波伏安法和/或循环伏安法对稀释后的、ph为9-11蜂蜜样品溶液进行检测，获取蜂蜜中的丙酮醛含量数据。
优选的，步骤s31中用naoh溶液将稀释后的蜂蜜样品溶液ph调整为10。
另一方面，还提供一种蜂蜜中丙酮醛含量的检测装置，其包括被碳纳米管进行修饰的检测电极。
优选的，所述检测电极被碳纳米管进行修饰的步骤包括：
s100、制得0.15-0.45mgml-1的羧甲基纤维素溶液以及0.8-1.2mgml-1的羧甲基纤维素—碳纳米管悬浮液；
s101、制备0.15-0.25％的壳聚糖溶液，并将所述羧甲基纤维素—碳纳米管悬浮液和壳聚糖溶液按体积比10:1进行混合，以获得混合液；
以及s102、将3-8μl的混合液滴在所述玻碳电极上并烘干，由此完成碳纳米管对所述玻碳电极的修饰。
优选的，所述检测电极包括玻碳电极。
本发明构建了一种基于聚壳糖-羧甲基纤维素-多壁碳纳米管电极的新型简单的电化学传感平台，并将其用于蜂蜜丙酮醛的含量测定，其具有灵敏度高，检测限低，重复性及稳定性好，对干扰物无反应等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一中蜂蜜丙酮醛含量检测方法的步骤流程图；
图2为本申请中壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳纳米管、甲基纤维素-多壁碳纳米管以及壳聚糖的扫描电镜图；
图3为本申请中壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳纳米管、甲基纤维素-多壁碳纳米管以及壳聚糖的红外光谱图；
图4为本申请中分别用裸电极、甲基纤维素-多壁碳纳米管/玻碳电极和壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳碳纳米管/玻碳电极检测丙酮醛的方波伏安图；
图5a为本申请中在不同ph值的磷酸盐缓冲溶液(pbs)中，用壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳碳纳米管/玻碳电极检测丙酮醛的方波伏安图；
图5b为本申请中ph值对丙酮醛的电氧化催化中ipa的影响曲线图；
图5c为本申请中ph值对丙酮醛的电氧化催化中epa的影响曲线图；
图6a为本申请中不同浓度的丙酮醛用壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳碳纳米管/玻碳电极检测的方波伏安图；
图6b为本申请中峰值电流与丙酮醛浓度之间的线性关系图；
图7a为本申请中壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳碳纳米管/玻碳电极在0.1mol/lpbs中的重现性；
图7b为本申请中壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳碳纳米管/玻碳电极在0.1mol/lpbs中的重复性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
如图1所示，本发明的蜂蜜中丙酮醛含量的检测方法包括如下步骤：
s1、置备检测电极，本实施例中，所述检测电极为三电极系统，其包括：作为工作电极的玻碳电极(gce)，作为参比电极的饱和kcl甘汞电极(sce)以及作为辅助电极的铂丝(pt)；具体的，所述步骤s1包括：
s11、将所述玻碳电极的裸电极表面在麂皮上用0.05μmal2o3研磨粉打磨至光滑，然后用去离子水冲洗干净；
s12、依次用去离子蒸馏水、无水乙醇、去离子蒸馏水对步骤s11中获得的裸电极进行超声清洗处理，每个处理过程用时均为4-10分钟(优选为5分钟)，然后在室温下晾干；
s2、采用碳纳米管(cnts)(优选为多壁碳纳米管(fmwcnts))对所述检测电极中的玻碳电极进行修饰；步骤s2中采用碳纳米管对所述玻碳电极进行修饰，其具体过程包括：
s21、将羧甲基纤维素完全溶解于蒸馏水制得0.3mgml-1的羧甲基纤维素溶液，以及将1mg多壁碳纳米管分散在1.0ml所述羧甲基纤维素溶液中，制备获得1mgml-1的羧甲基纤维素—多壁碳纳米管(cmc-fmwcnt)悬浮液，并用超声搅拌均匀；
s22、将0.1g壳聚糖分散在2％醋酸(hac)溶液中制备0.2％壳聚糖(cs)溶液，并将所述羧甲基纤维素—碳纳米管悬浮液和壳聚糖溶液按体积比10:1进行混合，以获得混合液；
s23、将5μl步骤s22中制备好的混合液滴在所述玻碳电极上并烘干，由此完成碳纳米管对所述玻碳电极的修饰，获得壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳碳纳米管/玻碳电极(cs-cmc-fmwcnts/gce)；
s24、将所述壳聚糖-甲基纤维素-碳纳米管/玻碳电极放在0.1mol/l的磷酸盐缓冲溶(pbs)(ph10.0)中搅拌55-65s(优选为60s)；通过移液枪将预定浓度的丙酮醛溶液加入到含有5ml0.1mol/lpbs的容器中，并按照方波伏安法(swvs)对丙酮醛含量进行检测，以完成对所述壳聚糖-甲基纤维素-碳纳米管/玻碳电极的电化学测定；
以及s3、采用已被所述碳纳米管进行修饰的检测电极对蜂蜜进行检测，获取蜂蜜中的丙酮醛含量数据；具体的，所述步骤s3包括：
s31、采用0.1mol/l磷酸盐缓冲液对蜂蜜样品进行稀释，并用naoh溶液将稀释后的蜂蜜样品溶液ph调整为10；本实施例中，从江西农业大学养蜂场获取三种不同的蜂蜜样品：椴树蜂蜜、槐树蜂蜜以及枣树蜂蜜，其中，用0.1mol/lpbs分别将椴树蜂蜜样品稀释10倍，将槐树蜂蜜样品稀释100倍，将枣树蜂蜜样品稀释1000倍，并用naoh溶液将所有样品溶液调节至ph为10；
s32、采用已被所述碳纳米管进行修饰的玻碳电极，按照方波伏安法和/或循环伏安法对步骤s31中获得的蜂蜜样品(稀释后的ph为10的蜂蜜样品)溶液进行检测，获取蜂蜜中的丙酮醛含量数据。
实施例二：
本实施例与实施例一的不同之处仅在于，步骤s21中，制得0.15mgml-1的羧甲基纤维素溶液以及0.8mgml-1的羧甲基纤维素—多壁碳纳米管(cmc-fmwcnt)悬浮液；步骤s22中，制备0.15％壳聚糖(cs)溶液；步骤s23中，将3μl步骤s22中制备好的混合液滴在所述玻碳电极上并烘干；步骤s31中，用naoh溶液将稀释后的蜂蜜样品溶液ph调整为9。
实施例三：
本实施例与实施例一的不同之处仅在于，步骤s21中，制得0.45mgml-1的羧甲基纤维素溶液以及1.2mgml-1的羧甲基纤维素—多壁碳纳米管(cmc-fmwcnt)悬浮液；步骤s22中，制备0.25％壳聚糖(cs)溶液；步骤s23中，将8μl步骤s22中制备好的混合液滴在所述玻碳电极上并烘干；步骤s31中，用naoh溶液将稀释后的蜂蜜样品溶液ph调整为11。
碳纳米管(cnts)作为常见的碳纳米材料之一，其具有良好的电学、化学、机械和结构性能，能极好的对电极进行修饰。由于其具备诸多优异的性能，例如高导电率，大的活性表面积，容易改变的表面，催化活性，优异的化学稳定性和良好的生物相容性，如今已被广泛用于电化学传感器中。
羧甲基纤维素(cmc)是一种具有良好水溶性的重要纤维素衍生物，由于其具有两亲性，环境友好性，生物相容性，无毒性，良好的成膜性和亲水性，因此作为多糖阴离子聚电解质被广泛应用于许多领域。cmc能够提高复合材料的电催化能力粘附能力和灵敏度，这些使得cmc在电化学传感器应用方面具有很大的优势。此外，羧甲基纤维素功能化碳纳米管在水中具有良好的稳定性和溶解性，cmc与cnts的混合可以改善cnts的分散性。本实施例中优选用cmc分散碳纳米管。
壳聚糖(cs)是几丁质的脱乙酰衍生物，高分子量物质，第二丰富的天然生物聚合物，通常存在于海洋甲壳动物壳和真菌细胞壁中，可溶于水溶液，壳聚糖可用于不同的应用如制作水凝胶，薄膜，纤维或海绵。壳聚糖优于其他多糖化合物(纤维素，淀粉，半乳甘露聚糖等)的优点是其化学结构允许在c-2位置在简单的情况下进行特定修饰，从而可以引入特定基团用来设计用于选定应用的聚合物。
图2中显示了壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳纳米管(cs-cmc-fmwcnts)，甲基纤维素-多壁碳纳米管(cmc-fmwcnts)以及壳聚糖(cs)的扫描电镜(sem)图，图2中c图显示了原始的cs结构，可看到许多壳聚糖纳米粒构成的圆形结构。原始的fmwcnts是松散的丝状结构，弯曲的纠缠在一起，而原始的cmc是光滑、紧密和均匀的结构，所以当cmc加入到fmwcnts中后，如图2中的b图所示，cmc很好的粘附在fmwcnts表面；图2中的a图显示的是cs粘附或者嵌入到fmwcnts中后，其同时与cmc一起形成cs-cmc-fmwcnts纳米管网状结构。
图3中显示了壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳纳米管(cs-cmc-fmwcnts)，甲基纤维素-多壁碳纳米管(cmc-fmwcnts)以及壳聚糖(cs)的红外光谱图。从cs的光谱图(即图3的c曲线)中可以看到，在3440cm-1左右是-oh伸缩振动吸收峰与-nh的伸缩振动吸收峰重叠而增宽的多重吸收峰，壳聚糖分子中存在着大量的链内、链间氢键，因氢键的长短和强弱不等，使其伸缩峰出现在一较宽的频率范围内，导致峰较宽。在2870cm-1处是c-h的伸缩振动吸收峰，1420cm-1处是＝ch2弯曲和-ch3变形吸收峰，cs在1590-1660cm-1处的中强吸收峰为nh面内弯曲振动,663cm-1处的弱峰为面外摇摆振动吸收峰。在cmc-fmwcnts的光谱图(即图3的b曲线)中，由于o-h伸缩振动，在3454cm-1左右出现了宽峰。而1441cm-1处出现羧基基团中c＝o伸缩振动，1644cm-1附近是羧基基团中的c-o伸缩振动。在cs-cmc-fmwcnts复合材料的光谱图(即图3的c曲线)中，cs特征吸收峰强度明显变弱，这表明当cmc存在时，cs和fmwcnts之间存在强烈的相互作用。
此外，本申请还对不同电极对于丙酮醛的氧化响应做了相关对比，其具体结果如图4所示，其中显示了在ph10的0.1mol/lpbs中，分别用裸电极(bare/gce)、甲基纤维素-多壁碳纳米管/玻碳电极(cs-cmc-fmwcnts/gce)和壳聚糖-甲基纤维素-多壁碳碳纳米管/玻碳电极(cs-cmc-fmwcnts/gce)检测浓度为0.32μmol的丙酮醛的方波伏安图。
在裸电极图形中仅显示有一个小的丙酮醛氧化峰，而cmc-fmwcnts/gce电极与裸电极相比，其丙酮醛的氧化响应电流有轻微增加，这是因为具有高导电性能的fmwcnts促进了电子的转移。然而，对于cs-cmc-fmwcnts/gce，其在约-0.86v处可以观察到丙酮醛的氧化电流有着显着的增强，其主要是由于cs-cmc-fmwcnts纳米复合材料在gce上进行修饰后使得电极的相对表面积增加，致使峰电流明显增强，同时，在逆向扫描中没有还原峰，表明在该cs-cmc-fmwcnts/gce处丙酮醛的氧化是不可逆过程，由此，结果清楚地表明cs-cmc-fmwcnts纳米复合材料对丙酮醛的电化学氧化具有良好的催化性能。
进一步的，本申请运用swvs研究ph值对cs-cmc-fmwcnts在不同ph值下丙酮醛电化学行为的影响。图5a显示了在7-12的ph范围内检测160μm丙酮醛的伏安响应。图5b显示了阳极峰值电流(ipa)与ph值之间的关系。结果表明，随着ph值的增加，丙酮醛的峰值在ph为10时达到最大值，之后随着ph值的增加而急剧下降。因此，本申请中选择将稀释后的蜂蜜样品溶液ph调整为10作为最优的ph条件。此外，图5c示出了峰电位(epa)和ph值之间的关系，从中可以看出，随着溶液ph值的增加，epa线性地向负电位线性移动，可以推断存在质子参与丙酮醛的电化学过程。epa与ph之间的关系根据nernst方程：
其中m是参与电化学过程的质子数，它是从epa斜率对ph值中获得的；从图5c可以看出，depa/dph的斜率为-0.034，所以m/n的比值约为1，这意味着电子和质子的数量是相同的，因此，在cs-cmc-fmwcnts处甲基乙二醛的电极反应涉及双质子和双电子过程。
本申请中还采用swvs方法研究用cs-cmc-fmwcnts/gce纳米复合物修饰电极检测不同浓度的丙酮醛。图6a显示用cs-cmc-fmwcnts/gce检测不同浓度丙酮醛时的峰值变化情况，从a到j的丙酮醛浓度分别为4.8，8，16，48，80，160，320，480，640和800μm，其中可以看出，峰值电流值随着丙酮醛浓度的增加而增加，图6b中则显示峰值电流和丙酮醛浓度的良好线性关系。此外，cs-cmc-fmwcnts/gce检测不同浓度丙酮醛时，检测限(lod)和定量限(loq)分别计算为3s/m和10s/m，其中m是校准曲线的斜率，s是样品在相同条件下没有加入分析物时重复测量的标准偏差，根据相关公式，可以计算出lod和loq分别为0.21μm和0.7μm，由此可见，本申请中采用cs-cmc-fmwcnts/gce来检测丙酮醛可获得令人满意的线性范围和检测限，其检测成本低，灵敏度高，可用于丙酮醛的定量电化学测定。
本申请进一步研究了cs-cmc-fmwcnts/gce的重现性、重复性和稳定性。重现性其是通过在相同步骤(即步骤s2)下对六根不同的玻碳电极进行修饰，获得对应的cs-cmc-fmwcnts/gce，然后观察其各自对48μmol/l的丙酮醛的响应情况来实现的。具体的，如图7a所示，图中计算得到的对标准偏差(rsd)为3.18％；此外，使用相同的cs-cmc-fmwcnts/gce对48μmol/l丙酮醛进行25次重复测试，测定修饰电极的稳定性，计算得到的对标准偏差(rsd)约为2.77％，上述数据表明，cs-cmc-fmwcnts/gce对丙酮醛的测定具有良好的稳定性和重复性。
实际的蜂蜜样品中由于存在许多物质(氨基酸、糖类、无机离子、有机酸等)，因此其会对实际样品中微量的丙酮醛检测产生一定的干扰，因此本申请还研究了上述干扰物质对电化学检测微量丙酮醛的影响。具体的，本申请使用swvs方法研究几种干扰物对丙酮醛检测的影响。在上述研究的最优条件下(如ph＝10等)，向48μmol/l丙酮醛样品中分别加入果糖、柠檬酸钠、色氨酸、醋酸钠作为干扰物，以cs-cmc-fmwcnts/gce对含有干扰物的丙酮醛样品进行检测。如表1所示，丙酮醛的峰电流响应没有显著变化，信号变化基本都在5％以下，由此表明cs-cmc-fmwcnts/gce对丙酮醛的测定具有良好的选择性。
表1加入不同干扰物对48μm/l丙酮醛峰值电流的影响
表2示出了步骤s3中三种不同蜂蜜样品丙酮醛的检测值以及向上述三种蜂蜜中添加一定剂量的丙酮醛(16μmol/l、160μmol/l)后丙酮醛的实测量，从中可以看出显示所有蜂蜜样品的回收率在89.9-108.5％的范围内，且rsd值都在5％以内，因此证明本申请的检测方法足以用于实际蜂蜜样品中的丙酮醛定量分析。
表2蜂蜜中丙酮醛含量的检测及回收率
实施例四：
本实施例还提供了一种能实现上述检测方法的检测装置，其包括被碳纳米管进行修饰的检测电极，所述检测电极包括玻碳电极，且所述检测电极被碳纳米管进行修饰的步骤包括：
s100、制得0.15-0.45mgml-1的羧甲基纤维素溶液以及0.8-1.2mgml-1的羧甲基纤维素—碳纳米管悬浮液；
s101、制备0.15-0.25％的壳聚糖溶液，并将所述羧甲基纤维素—碳纳米管悬浮液和壳聚糖溶液按体积比10:1进行混合，以获得混合液；
以及s102、将3-8μl的混合液滴在所述玻碳电极上并烘干，由此完成碳纳米管对所述玻碳电极的修饰。
需要说明的是，上述实施例一至三中的技术特征可进行任意组合，且组合获得技术方案均属于本发明的保护范围。
综上所述，本发明构建了一种基于cs-cmc-fmwcnts/gce的蜂蜜丙酮醛检测方法及装置，其具有检测灵敏度高，检测限低，重复性和稳定性好，对干扰物无反应等优点，可在0.5至80μm的线性范围内成功检测出丙酮醛，且低检测限为0.21μm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。