专利名称：一种用于检测三聚氰胺的电化学修饰电极及检测装置的制作方法
技术领域：
一种用于检测三聚氰胺的电化学修饰电极及检测装置技术领域[0001]本实用新型涉及分析化学和检测领域，更具体地，本实用新型涉及一种用于检 测三聚氰胺的电化学修饰电极及检测装置。
背景技术：
[0002]三聚氰胺是制造三聚氰胺-甲醛树脂(密胺塑料)的原料，该树脂有时也被俗称 为三聚氰胺，常用于制造日用器皿、装饰贴面板、织物整理剂等。目前食品工业中蛋白 质含量的测定通常采用凯氏定氮法，通过测定氮原子的含量来间接推算食品中蛋白质的 含量。由于三聚氰胺(含氮量66%)与蛋白质(平均含氮量16%)相比具有更高的含氮 量，所以被一些不法分子利用，添加在食品中以造成食品蛋白质含量较高的假象，进而 造成严重的食品安全事故。[0003]从2007年美国首发的“宠物毒粮”风波，到2008年的“三鹿奶粉”事件，三聚氰胺已经引起了广泛关注。2006年粮农组织和世界卫生组织农药残留联席会议发布， 三聚氰胺的长期摄入将会造成生殖、泌尿系统的损害，形成膀胱、肾部结石，甚至可以 进一步诱发膀胱癌。据文献报道，三聚氰胺在强酸强碱的环境下会水解成三聚氰酸一酰 胺、三聚氰酸二酰胺及三聚氰酸，在尿液的pH下与三聚氰酸结合成不可溶的物质，这种 结合物会结晶进而伤害组织。[0004]为了避免此类事故的再次发生，食品中三聚氰胺的快速、准确检测成为当前高 度重视和亟待解决的问题。目前色谱法在三聚氰胺检测的检测上应用较多，包括高效液 相色谱-二极管阵列检测法(HPLC-DAD)、液相色谱-串联质谱检测法(LC-MS/MS)、 气相色谱-质谱检测法(GC-MS)等。我国现行的原料乳与乳制品中三聚氰胺检测国家 标准方法即采用HPLC、LC-MS/MS和GC-MS、GC-MS/MS对样品进行检测。但是色 谱方法和质谱检测的运行成本相对较高，且试样的处理过程比较复杂，在实际分析测定 中耗时较长，因此有必要研究建立更加高效、快速、灵敏的分析测试方法。此外，毛细 管电泳-二极管阵列检测法(CE-DAD)、毛细管电泳-紫外检测法(CE-UV)、分子印迹 法等在三聚氰胺检测上的运用和尝试也纷纷见诸于各类文献资料。但是上述方法中存在 着仪器昂贵、检测时间长、操作困难等缺点，因此在实际应用中还存在着一定的不足。[0005]电化学方法由于其仪器设备简单、制作方便且成本低廉等优点而在食品安全、 生命科学及临床医学等领域得到广泛应用。但是在检测灵敏度上还有待进一步提高。因 此，本领域迫切需要一种高灵敏度、快速方便检测三聚氰胺的检测电极及检测装置。发明内容[0006]为了快速灵敏地检测牛奶等中的三聚氰胺，本实用新型提供了一种用于快速检 测三聚氰胺的电化学修饰电极。[0007]本实用新型的还提供了 一种检测三聚氰胺的电化学检测装置。[0008]本实用新型第一方面提供了一种用于快速检测三聚氰胺的电化学修饰电极，所述电极包括[0009]-基底电极；[0010]-设置于基底电极外表面的PDDA膜；以及[0011]-设置于PDDA膜外表面的FDU膜。[0012]其中，所述基底电极(1)是玻碳电极。[0013]本实用新型的第二方面提供了一种用于快速检测三聚氰胺的电化学检测装置， 所述检测装置为电解池，所述电解池包括工作电极、对电极和参比电极；设置在电解 池顶部的支架，所述支架用于放置所述对电极和参比电极；以及设置在电解池底部的电 解液。[0014]其特点在于，所述工作电极采用修饰电极、所述修饰电极包括[0015]-基底电极；[0016]-设置于基底电极外表面的PDDA膜；以及[0017]-设置于PDDA膜外表面的FDU膜。[0018]在本实用新型中，所述的基底电极是玻碳电极。[0019]在本实用新型中，所述的对电极是钼电极。[0020]在本实用新型中，所述的参比电极是Ag/AgCl参比电极。[0021]在本实用新型中，所述的电解液为含有:K3[Fe(CN)6]及KCl的磷酸盐缓冲液。[0022]本实用新型的有益效果在于[0023](1)本实用新型利用FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极对三聚氰胺进行直接电 化学检测时，发现在一定的浓度范围内，三聚氰胺的浓度与[Fe(CN)6]3"4还原峰电流值 的减小量具有线性相关性，检测线性范围为5.0X10—9 1.4Xl(T7m0l/L，检测限达到 UXlO^nol/L。FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极制备简单、响应速度快。[0024](2)本实用新型中FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极还具有良好的选择性，当三 聚氰胺的浓度为1.0Xl(Tmol/L时，50倍的Na+、SO42 > NH4+、CH3COCT及葡萄糖对三 聚氰胺的检测基本无影响。[0025](3)本实用新型的电极制备方法和检测方法操作简单方便，使用仪器价格便宜， 成本低廉。[0026](4)本实用新型的电极材料无污染，不会造成环境污染，符合人们对与环保的要 求。
[0027]图1为本实用新型的修饰电极的结构示意图。其中1为基底电极(玻碳电 极)，2为涂覆于玻碳电极1表面的是PDDA分子层，3为修饰的FDU分子层。4为本实 用新型FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极4。[0028]图2显示本实用新型修饰电极的结构示意图。其中1为基底电极(玻碳电 极)，2为修饰的PDDA分子层，3为修饰的FDU-15-Pt分子层。[0029]图3显示本实用新型检测装置的结构示意图。其中4为工作电极(即图1显 示的修饰电极4)，5为对电极，6为Ag/AgCl参比电极，7为检测池容器，8为电解液，9为电极支架。[0030]图4 (A)表示的FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极在不同三聚氰胺浓度下对 [Fe(CN)6]3_λ_的DPV响应，横坐标为电位，纵坐标为电流响应大小。[0031]图4 (B)表示FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极检测三聚氰胺的工作曲线，横坐 标为三聚氰胺的浓度，纵坐标为电流响应的减小值。
具体实施方式
[0032]以下对本实用新型的各方面进行详述。本发明的以下实施例并不是对本发明的 限制。因此，在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优 点都被包括在本发明中，并且以权利要求书为保护范围。[0033]带负电荷的玻碳电极能吸引带正电荷的高分子电解质PDDA，作为稳定剂的 PDDA能很好的吸附介孔材料FDU，这样便能形成稳定的FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电 极。利用循环伏安、示差脉冲伏安、交流阻抗和透射电镜可以对修饰电极的电化学行为 及物理性状等进行了表征。[0034]基底电极[0035]基底电极选用了玻碳电极(GCE)，这是因为玻碳电极表面带负电，很容易与表 面带正电荷的修饰材料PDDA结合。[0036]PDDA[0037]PDDA[聚二烯丙基二 甲基氯化铵，poly (diallyl dimethylammonium) chloride]是一种水溶性的带正电荷的高分子电解质，能与带负电荷的玻碳电极表面通过静电作用进行 有效地结合，因此PDDA常在修饰电极的制备中作为稳定剂和介质。[0038]FDU[0039]FDU是具有酚醛树脂结构的介孔材料，兼具介孔材料和有机聚合物的优点，不 仅在结构上微孔排列有序、表面积大、结构可调节，同时具有高疏水性和耐酸碱性等特 征。由于FDU的电导率低，通常不单独作为电化学传感器的探针，因此需要修饰上金属 纳米颗粒(如Pt、Pd等)来改善其导电性能。本实用新型中所采用的FDU修饰材料为 FDU-15-Pto[0040]图1中的修饰电极4是这样得到的[0041]1)玻碳电极的预处理[0042]对基体电极1 (玻碳电极)依次用03#砂纸、0.3和0.05 μ m Al2O3粉末、清洁干 净的麂皮上反复抛光至镜面后，水下冲洗，依次经0.2mol/L HCl溶液、0.2mol/L NaOH 溶液、乙醇、二次去离子水超声洗涤5η ι，电极晾干后备用。[0043]2) PDDA 的修饰[0044]将PDDAO0wt%，Sigma公司，德国)用二次去离子水修饰为0.5wt%。将上述 处理后的GCE电极置于稀释后的PDDA溶液中浸泡15分钟，冲洗后在红外灯下烘干。[0045]3) FDU 的修饰[0046]FDU-15-Pt由华东师范大学上海绿色化学与化学过程重点实验室提供。称取 IOmg粉末分散于ImL的pH 7.6磷酸盐缓冲溶液中。将修饰了 PDDA的玻碳电极浸泡在 上述FDU-15-Pt的分散液中浸泡20分钟，冲洗后红外灯下烘干。[0047]4) FDU-15-Pt/PDDA/GCE 修饰电极的结构[0048]上述方法得到的FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极4的结构如图1所示，基底电 极为玻碳电极1，涂覆于玻碳电极1表面的是PDDA分子层2，最外层是FDU-15-Pt分子层3ο[0049]本实用新型中，将PDDA和FDU依次修饰到基底电极1的表面，使得所述基底 电极1外表面涂覆有PDDA膜，所述的PDDA膜2外表面涂覆有FDU膜3。以本实用新 型这种结构的修饰电极4作为工作电极检测样品中的三聚氰胺，具有极其优异的检出效^ ο[0050]采用本实用新型的修饰电极4检测三聚氰胺，是基于如下原理[0051]检测是在含有lmmol/L K3[Fe(CN)6]及0.5mmol/L KCl的磷酸盐缓冲溶液(pH 6.5)中进行的，(CN)6]起探针的作用。三聚氰胺分子主体为C_N杂环结构，含 有三个N原子并连接三个氨基取代基，相邻的分子之间可以通过N-H...N氢键的作用结 合。在三聚氰胺与电极修饰材料相互作用的过程中，三聚氰胺分子进入FDU-15-Pt的孔 隙中，并与其结构上的羟基发生氢键作用形成超分子结构，从而堵塞了孔道。作为探针 的!^[Fe(CN)6]无法接近玻碳电极，检测到[Fe(CN)6]3_λ_的还原峰电流就会减小。因此 可以通过[Fe(CN)6]〃4_还原峰电流的减小量间接地检测三聚氰胺的。[0052]图2显示了该修饰电极的另一个具体实施方式
的结构示意图。其中1为基底 电极(玻碳电极)，2为修饰的PDDA分子层，3为修饰的FDU-15-Pt分子层。所述基底 电极1为平面结构。[0053]如图3所示，检测装置包括工作电极4对电极5和参比电极6，设置在电解池 7顶部的电极支架9;以及设置在电解池7底部的电解液8。在电极支架9上分布有修 饰电极4、对电极5和参比电极6。在电解池7中还含有电解液8，含量如下lmmol/L K3[Fe (CN)6]及O.5mmol/LKC1的pH 6.5，0.05mol/L的磷酸盐缓冲溶液。各电极的下端 侵入到电解液中，上端分别与CHI832电化学工作站(上海辰华仪器公司)相连。[0054]工作电极4采用FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极，对电极5为钼丝，参比电 极6为Ag/AgCl电极(饱和KCl)。将三电极置于含有一定浓度三聚氰胺的电解中。测 定前，在+0.80V恒电位下富集30s;实验采用示差脉冲伏安法(DPV)，电位扫描范围从 +0.60V -0.30V，记录还原峰处的峰电流。根据三聚氰胺浓度与还原峰电流减小量之间 的线性关系，可以对三聚氰胺进行定量检测。每次使用后，用二次蒸馏水将电极冲洗干 净。[0055]图3的电解液是这样运作的[0056]电解池中，以修饰电极4为工作电极，Ag/AgCl电极作为参比电极6，Pt电 极作为对电极5，建立三电极体系，电解池中为电解液8。以电化学工作站对三电极体 系进行数据控制传输，采用示差脉冲伏安法测三聚氰胺分子。此检测电位窗口通常为 +0.60V -0.30V。[0057]具体检测过程[0058]检测方法[0059]实验采用三电极体系，工作电极采用FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极，对电 极为钼丝，参比电极为Ag/AgCl电极(饱和KC1)，置于含有一定浓度三聚氰胺的pH 6.5的测试底液中。测定前，在+0.80V恒电位下富集30s;实验采用示差脉冲伏安法(DPV)，电位扫描范围从+0.60V -0.30V，记录还原峰处的峰电流。根据三聚氰胺浓度 与还原峰电流减小量之间的线性关系，可以对三聚氰胺进行定量检测。每次使用后，用 二次蒸馏水将电极冲洗干净。[0060]检测结果[0061]在上述条件下，利用DPV对不同的三聚氰胺浓度下[Fe(CN)6]3+的还原峰电 流进行了检测，[Fe(CN)6]3"4-峰电流减小量(Δ )与三聚氰胺的浓度(c)成正比，图 4(A)、(B)分别为所制备的FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极在不同三聚氰胺浓度下对 [Fe (CN)6广/4_的DPV响应和工作曲线。图中表示，含lmmol/L K3[Fe (CN) 6]和0.5mmol/L KCl的pH 6.5的PBS缓冲液中，a_j 三聚氰胺的浓度依次为0，5.0X10—9，1.X10—8， 2Χ1(Γ8，3.0Χ1(Γ8，4.0Χ1(Γ8，6.0Χ1(Γ8，1.0Χ1(Γ7，1.2Χ1(Γ7，，1.4Χ l(T7mol/L。 从工作曲线可以得知，FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极对三聚氰胺的检测范围为 δ.ΟΧΚ^-ΒΧΚΓιηοΙ/Χ，并且遵循以下方程式Δi = 0.0085c+0.3527,线性相关系数 为0.9912，检测限达到1.3X10_9mol/L(信噪比=3 1)。[0062]牛奶中三聚氰胺的检测[0063]牛奶的预处理[0064]本实验参考国家标准《原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法O2388-2008)》， 对牛奶样品进行预处理。称取2g牛奶置于50mL具塞离心管中，加入15mL三氯乙酸溶 液(1% )和5mL乙腈。混合液超声ΙΟη ι，再振荡提取ΙΟη ι后，以不低于4000r/min 离心ΙΟη ι。上清液经三氯乙酸溶液润湿的滤纸过滤后，用三氯乙酸溶液定容至25mL。 移取5mL滤液，加入5mL水混勻后在50°C下吹氮浓缩至5mL(相当于(Ug样品)，经 2 μm醋酸纤维滤膜过滤后备用。[0065]牛奶中三聚氰胺的检测结果[0066]经检测，样品中均未检出三聚氰胺，因此采用标准加入法，将相同稀释浓度的 三聚氰胺储备液以不同体积加入处理后的样品中后，取IOyL加入测试溶液中进行检 测，结果见表1。[0067]表l.FDU-15-Pt/PDDA/GCE修饰电极对牛奶中三聚氰胺的测定结果[0068]
权利要求1.一种用于检测三聚氰胺的电化学修饰电极G)，其特征在于，所述修饰电极(4)包括-基底电极(1)；-设置于基底电极⑴外表面的PDDA膜(2)；以及 -设置于PDDA膜(2)外表面的FDU膜(3)。
2.如权利要求1所述的电化学修饰电极，其特征在于，所述基底电极(1)是玻碳电极。
3.—种用于检测三聚氰胺的检测装置，其特征在于，所述检测装置为电解池(7)；所 述电解池(7)包括-工作电极；所述工作电极是如权利要求1所述的电化学修饰电极； -对电极(5)； -参比电极(6)；-设置在电解池(7)顶部的支架(9)，所述支架(9)用于放置所述对电极( 和参比 电极(6)；以及-设置在电解池(7)底部的电解液(8)。
4.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述对电极(5)是钼电极。
5.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述参比电极(6)是Ag/AgCl参比 电极。
专利摘要本实用新型公开了一种用于快速检测三聚氰胺的修饰电极，包括基底电极；设置于基底电极外表面的PDDA膜；以及设置于PDDA膜外表面的FDU膜。本实用新型还公开了以所述修饰电极作为工作电极的检测装置。本实用新型的电极灵敏度高，可检测三聚氰胺，并且，本实用新型的电极采用环保材料，不会造成污染。
文档编号G01N27/30GK201811939SQ20102029976
公开日2011年4月27日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者于妍妍, 刘晓倩, 周天舒, 姜大为, 张丹, 施国跃, 李平, 李璨, 赵文杰 申请人:华东师范大学