一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器的制备方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器的制备方法及应用，属于纳米功能材料及食品安全领域。该核-壳分子印迹电化学传感器的制备方法是利用电极表面修饰技术，将制备的GO-MnO2和IL-MWCNTs复合物修饰至电极表面上，再与制备的核-壳分子印迹复合物（AuNPs@SiO2-MIP）结合构建电化学传感器，将制备成功的电化学传感器作为工作电极连接到电化学工作站，即可对叔丁基氢醌进行检测。本发明制备的核-壳分子印迹电化学传感器选择性强、灵敏度高、操作简单快速，适合食品中叔丁基氢醌的检测。
【专利说明】—种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器的制备方法及其应用
【技术领域】
0001]本发明属于纳米材料和食品添加剂检测领域，提供了一种检测叔丁基氢醌的分子印迹电化学传感器的制备方法及其应用，可以用于食品中叔丁基氢醌(TBHQ)的检测。
【背景技术】
[0002]叔丁基氢醌(TBHQ)，学名叔丁基对苯二酚，是一种很重要的抗氧化剂，属于食品添加剂的一种。由于其可以有效的延长食品发生腐败的时期，并且具有稳定性高、成本低等优点，在各种植物油类、动物油类、肉类等食品的生产过程中，叔丁基氢醌得到了广泛的应用。近期研究发现，长期使用含有叔丁基氢醌的食品可以给人类带来潜在的危害，比如，可以引起人体内营养元素的缺失等。很多国家都对叔丁基氢醌的使用做了限制规定，比如，在中国、美国、澳大利亚和新西兰，被允许添加到食品中的叔丁基氢!醒的最闻限量为200 mg/Kg ；在欧盟和日本，食品中禁止添加叔丁基氢醌。因此，需要建立一种快速、灵敏、简便、准确地检测食品中叔丁基氢醌的方法。
[0003]目前报道的检测叔丁基氢醌的方法主要包括高效液相色谱法、气象色谱法等。本研究实现了一种利用核-壳分子印迹电化学传感器检测食品中的叔丁基氢醌的方法，具有灵敏度高、分析速度快、操作简单及成本低廉的特性。通过在玻碳电极表面修饰可以增强电化学信号的一系列复合物，连接核-壳分子印迹聚合物，洗脱掉模板分子(TBHQ)构建电化学传感器，用于检测含有叔丁基氢醌的样品溶液，利用叔丁基氢醌与电化学传感器的结合导致电流信号的变化来分析测定待测液中叔丁基氢醌的含量。
【发明内容】
[0004]本发明的内容之一是提供了一种检测食品中叔丁基氢醌(TBHQ)的核-壳分子印迹电化学传感器的制备方法。
[0005]本发明的内容之二是将所制备的分子印迹电化学传感器，用于检测食品中的叔丁
基氢醌。
[0006]本发明的技术方案，包括以下步骤:
1、一种检测食品中叔丁基氢醌(TBHQ)的核-壳分子印迹电化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)GO-MnO2复合物的制备:
制备G0; 50 mgGO与50 ml KMnO4 (0.05 Μ)溶液混合均匀，超声I h，在搅拌条件下，加热溶液至160 V ;加入3 ml (0.1 Μ)的柠檬酸至上述溶液中；将所得溶液回流12 h，冷却至室温，过滤，水洗，干燥，得到GO-MnO2纳米复合物；
(2)IL-MWCNTs复合物的制备:
50 mg MWCNTs分散于40 ml H2S04/HN03 (V/V, 3:1)混合液中，超声4 h ;将所得均匀溶液进行过滤、水洗，直至PH值为中性，干燥得到MWCNTs-COOH ;取20 mg MWCNTs-COOH分别浸入于0.5 ml EDC/NHS (V/V, 1:1)和乙二胺溶液中I h，将所得溶液进行离心，干燥；1mg MWCNTs-NH2与I ml IL溶解于I ml 二甲基甲酰胺中，超声I h，得到IL-MWCNTs均一溶液；
(3)叔丁基氢醌印迹(TBHQ)的AuNPs@Si02核-壳纳米复合物(AuNPs@Si02_MIP)的制
备:
174 mL均匀的HAuCl4 (0.2 g/mL)溶液加入到287 mL蒸馏水中，在搅拌条件下加热至沸腾；快速加入适量的柠檬酸，保持加热直至溶液颜色转变为酒红色；将所得的胶体纳米金冷却至室温，4 °C保存；16 mg聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分散于65 ml蒸馏水中，超声15 min ;将得到的PVP均匀溶液加入到上述胶体纳米金溶液中，室温搅拌24 h ;离心得到AuNPs-PVP，在进行下一步骤之前AuNPs-PVP应当在水中保存至少2天；I ml AuNPs-PVP分散于2 mL乙醇溶液中(含4.2%氨水)，加入300μ1 0.1 M的叔丁基氢醌溶液，室温搅拌
2h ;加入 30 μ? 溶液 I (800 μ? ethanol + 80 μ? TMOS + 21 μ? PTMOS + 100 μ? TBHQ(0.1 Μ))，搅拌2 h;加入30 μ?溶液2 (840 μ? ethoxyethanol + 84 TMOS + 21 μ? PTMOS+ 28 ultrapure water +28 HCl (0.1 Μ)+100 μ? TBHQ (0.1 Μ))，搅拌 12 h (溶液 I 和溶液2在使用之前应分别搅拌2 h);将所得溶液进行离心，乙醇水洗，得到叔丁基氢醌印迹的AuNPsiSiO2 核-壳纳米复合物(AuNPs@Si02-MIP)；
(4)检测叔丁基氢醌(TBHQ)的分子印迹电化学传感器的制备方法，步骤如下:
1)滴加6μ?的GO-MnO2纳米复合物均一溶液于玻碳工作电极表面，过夜晾干；
2)滴加6μ?的IL-MWCNTs均一溶液于I)工作电极表面，过夜晾干；
3)滴加6μ?的AuNPs@Si02_MIP均一溶液于与2)工作电极表面，过夜晾干；
4)采用0.1 mol/L的盐酸溶液洗脱掉传感器表面上的模板分子(TBHQ)，过夜晾干，备用。
[0007]2、如上所述的制备的一种检测叔丁基氢醌的分子印迹电化学传感器的，用于叔丁基氢醌的检测步骤如下:
I)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，核-壳分子印迹电化学传感器为工作电极，连接到电化学工作站，在铁氰化钾溶液中，扫描电位为0.3-0.5 V，检测不同浓度的TBHQ标准溶液的计时电流，以电化学传感器洗脱和吸附模板分子前后的电流差与TBHQ浓度的关系，绘制工作曲线；
2)将待测样品溶液代替TBHQ标准溶液，按照工作曲线的绘制方法进行检测。
[0008]所述一种检测叔丁基氢醌的分子印迹电化学传感器，所用原材料均在化学试剂公司或者生物制药公司购买。
[0009]本发明体现的优势和特点是:
(1)本发明采用的GO-MnO2纳·米复合物和IL-MWCNTs复合物导电性强，成为构建电化学传感器的优良材料；
(2)本发明制备的核-壳分子印迹聚合物表面积大、吸附能力强、吸附位点多，成为构建分子印迹聚合物的优良材料；
(3)本发明制备的传感器灵敏度高，检测速度快，只需要几分钟就可以完成一个基本的检测过程；
(4)本发明检测叔丁基氢醌的方法，操作简单、快速、灵敏，便于现场检测。【具体实施方式】
[0010]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，还应理解，在阅读了本发明所讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0011]实施例1
一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器的制备方法，步骤如下:
(1)滴加6μι的GO-MnO2纳米复合物均一溶液于玻碳工作电极表面，过夜晾干；
(2)滴加6μ?的IL-MWCNTs均一溶液于I)工作电极表面，过夜晾干；
(3)滴加6μ?的AuNPs@Si02-MIP均一溶液于与2)工作电极表面，过夜晾干；
(4)采用0.1 mol/L的盐酸溶液洗脱传感器表面上的模板分子(TBHQ)，洗脱时间为10min,过夜晾干；
(5)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，以⑷所得传感器为工作电极，连接电化学工作站，扫描电位为0.5 V，采用即时电流法检测平衡时间时的电流。
[0012]实施例2
一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器的制备方法，步骤如下:
(1)滴加6μ?的GO-MnO2纳米复合物均一溶液于玻碳工作电极表面，过夜晾干；
(2)滴加6μ?的IL-MWCNTs均一溶液于I)工作电极表面，过夜晾干；
(3)滴加6μ?的AuNPs@Si02-MIP均一溶液于与2)工作电极表面，过夜晾干；
(4)采用0.1 mol/L的盐酸溶液洗脱传感器表面上的模板分子(TBHQ)，洗脱时间为20min,过夜晾干。
[0013](5)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，以⑷所得传感器为工作电极，连接电化学工作站，扫描电位为0.5 V，采用计时电流法检测平衡时间时的电流。
[0014]实施例3
将制备的一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器用于叔丁基氢醌的检测，步骤如下:
(1)滴加6μ?的GO-MnO2纳米复合物均一溶液于玻碳工作电极表面，过夜晾干；
(2)滴加6μ?的IL-MWCNTs均一溶液于I)工作电极表面，过夜晾干；
(3)滴加6μ?的AuNPs@Si02-MIP均一溶液于与2)工作电极表面，过夜晾干；
(4)采用0.1 mol/L的盐酸溶液洗脱传感器表面上的模板分子(TBHQ)，过夜晾干；
(5)将⑷得到的核-壳分子印迹电化学传感器浸泡于含有不同浓度模板分子(TBHQ)的PH 5的PBS缓冲液中；
(6)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，以(5)所得电化学传感器为工作电极，连接到电化学工作站，在铁氰化钾溶液中，扫描电位为0.5 V，检测不同浓度的叔丁基氢醌标准溶液的计时电流，依据工作电极在洗脱之后与结合模板分子之后的电流差值与叔丁基氢醌浓度的关系，绘制叔丁基氢醌的工作曲线。
[0015]实施例4
将制备的一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器用于叔丁基氢醌的检测，步骤如下:
(1)滴加6μι的GO-MnO2纳米复合物均一溶液于玻碳工作电极表面，过夜晾干；
(2)滴加6μ?的IL-MWCNTs均一溶液于I)工作电极表面，过夜晾干；
(3)滴加6μ?的AuNPs@Si02-MIP均一溶液于与2)工作电极表面，过夜晾干；
(4)采用0.1 mol/L的盐酸溶液洗脱传感器表面上的模板分子(TBHQ)，过夜晾干；
(5)将⑷得到的核-壳分子印迹电化学传感器浸泡于含有不同浓度模板分子(TBHQ)的PH 6的PBS缓冲液中；
(6)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，以(5)所得电化学传感器为工作电极，连接到电化学工作站，在铁氰化钾溶液中，扫描电位为0.5 V，检测不同浓度的叔丁基氢醌标准溶液的计时电流，依据工作电极在洗脱之后与结合模板分子之后的电流差值与叔丁基氢醌浓度的关系，绘制叔丁基氢醌的工作曲线。
[0016]实施例5
将制备的一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器用于叔丁基氢醌的检测，步骤如下:
(1)滴加6μ?的GO-MnO2纳米复合物均一溶液于玻碳工作电极表面，过夜晾干；
(2)滴加6μ?的IL-MWCNTs均一溶液于I)工作电极表面，过夜晾干；
(3)滴加6μ?的AuN·Ps@Si02-MIP均一溶液于与2)工作电极表面，过夜晾干；
(4)采用0.1 mol/L的盐酸溶液洗脱传感器表面上的模板分子(TBHQ)，过夜晾干；
(5)将⑷得到的核-壳分子印迹电化学传感器浸泡于含有不同浓度模板分子(TBHQ)的PH 6的PBS缓冲液中，孵化25 min ；
(6)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，以(5)所得电化学传感器为工作电极，连接到电化学工作站，在铁氰化钾溶液中，扫描电位为0.4 V，检测不同浓度的叔丁基氢醌标准溶液的计时电流，依据工作电极在洗脱之后与结合模板分子之后的电流差值与叔丁基氢醌浓度的关系，绘制叔丁基氢醌的工作曲线。
[0017]实施例6
将制备的一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器用于叔丁基氢醌的检测，步骤如下:
(1)滴加6μ?的GO-MnO2纳米复合物均一溶液于玻碳工作电极表面，过夜晾干；
(2)滴加6μ?的IL-MWCNTs均一溶液于I)工作电极表面，过夜晾干；
(3)滴加6μ?的AuNPs@Si02-MIP均一溶液于与2)工作电极表面，过夜晾干；
(4)采用0.1 mol/L的盐酸溶液洗脱传感器表面上的模板分子(TBHQ)，过夜晾干；
(5)将⑷得到的核-壳分子印迹电化学传感器浸泡于含有不同浓度模板分子(TBHQ)的PH 6的PBS缓冲液中，孵化30 min ；
(6)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，以(5)所得电化学传感器为工作电极，连接到电化学工作站，在铁氰化钾溶液中，扫描电位为0.5 V，检测不同浓度的叔丁基氢醌标准溶液的计时电流，依据工作电极在洗脱之后与结合模板分子之后的电流差值与叔丁基氢醌浓度的关系，绘制叔丁基氢醌的工作曲线。
[0018]实施例7
将制备的一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器用于实际样品中叔丁基氢醌的检测，步骤如下:
(1)滴加6μι的GO-MnO2纳米复合物均一溶液于玻碳工作电极表面，过夜晾干；
(2)滴加6μl的IL-MWCNTs均一溶液于I)工作电极表面，过夜晾干；
(3)滴加6μl的AuNPs@Si02-MIP均一溶液于与2)工作电极表面，过夜晾干；
(4)采用0.1 mol/L的盐酸溶液洗脱传感器表面上的模板分子(TBHQ)，过夜晾干；
(5)将⑷得到的核-壳分子印迹电化学传感器浸泡于含有不同浓度模板分子(TBHQ)的PH 6的PBS缓冲液中，孵化30 min ；
(6)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，以(5)所得电化学传感器为工作电极，连接到电化学工作站，在铁氰化钾溶液中，扫描电位为0.5 V检测不同浓度的叔丁基氢醌标准溶液的计时电流，依据工作电极在洗脱之后与结合模板分子之后的电流差值与叔丁基氢醌浓度的关系，绘制叔丁基氢醌的工作曲线。
[0019](7)将待测样品溶液代替叔丁基氢醌标准溶液，按照上述工作曲线的绘制方法进行检测；叔丁基氢醌在2 X 10_8 mol/L to 1 X 10-5 mol/L范围内与其浓度成新型关系，最低检测限为1.8Χ10-8 mol/L。加标回收实验的回收率在97.6%-103.0%之间。
[0020](8)采用制备的核-壳分子印迹电化学传感器检测瓶装植物油样品1，平行检测5次，植物油样品中未曾检测出叔丁基氢醌，属于合格样品；加标回收实验，其相对偏差为3.8%。
[0021]实施例8
将制备的一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器用于实际样品中叔丁基氢醌的检测，步骤如下:
(I)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，以所制备的分子印迹电化学传感器为工作电极，连接到电化学工作站，在铁氰化钾溶液中，扫描电位为0.5 V检测不同浓度的叔丁基氢醌标准溶液的计时电流，依据工作电极在洗脱之后与结合模板分子之后的电流差值与叔丁基氢醌浓度的关系，绘制叔丁基氢醌的工作曲线。
[0022](2)将待测样品溶液代替叔丁基氢醌标准溶液，按照按照上述工作曲线的绘制方法进行检测；
(3)采用制备的核-壳分子印迹电化学传感器检测瓶装植物油样品2，平行检测5次，植物油样品中未曾检测出叔丁基氢醌，属于合格样品；加标回收实验的回收率在95.9%-101.0% 之间。
[0023]实施例9
将制备的一种检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器用于实际样品中叔丁基氢醌的检测，步骤如下:
(I)以Ag/AgCL为参比电极，以Pt电极为对电极，以所制备的分子印迹电化学传感器为工作电极，连接到电化学工作站，在铁氰化钾溶液中，扫描电位为0.5 V检测不同浓度的叔丁基氢醌标准溶液的计时电流，依据工作电极在洗脱之后与结合模板分子之后的电流差值与叔丁基氢醌浓度的关系，绘制叔丁基氢醌的工作曲线。
[0024](2)将待测样品溶液代替叔丁基氢醌标准溶液，按照按照上述工作曲线的绘制方法进行检测；
(3)采用制备的核-壳分子印迹电化学传感器检测瓶装植物油样品3，平行检测5次，植物油样品中未曾检测出叔丁基氢醌，属于合格样品；加标回收实验的回收率在
96.1%-101.2% 之间。
【权利要求】
1.一种新型的检测叔丁基氢醌的核-壳分子印迹电化学传感器，其特征在于，包括以下步骤: (1)GO-MnO2纳米复合物的制备:第一，参照文献方法制备GO;第二，50 mg GO与50 mlKMnO4 (0.05 Μ)溶液混合均匀，超声I h，在搅拌条件下，加热溶液至160 °C;第三，加入3ml (0.1 Μ)的柠檬酸至上述溶液中；最后，将所得溶液回流12 h,冷却至室温，过滤，水洗，干燥，得到GO-MnO2纳米复合物； (2)IL-MWCNTs复合物的制备: 首先，制备 MWCNTs-NH2:50 mg MWCNTs 分散于 40 ml H2S04/HN03 (V/V，3:1)混合液中，超声4 h ;其次，将所得均匀溶液进行过滤、水洗，直至PH值为中性，干燥得到MWCNTs-COOH ;最后，取 20 mg MWCNTs-COOH 分别浸入于 0.5 ml EDC/NHS (V/V, 1:1)和乙二胺溶液中I h，将所得溶液进行离心，干燥，得到MWCNTs-NH2 ;第二，I mg MWCNTs-NH2与Iml IL溶解于I ml 二甲基甲酰胺中，超声I h，得到IL-MWCNTs均一溶液； (3)叔丁基氢醌印迹(TBHQ)的AuNPs@Si02核-壳纳米复合物(AuNPs@Si02_MIP)的制备: 第一，合成AuNPs:174 mL均匀的HAuCl4 (0.2 g/mL)溶液加入到287 mL蒸懼水中，在搅拌条件下加热至沸腾；快速加入适量的柠檬酸，保持加热直至溶液颜色转变为酒红色；将所得的胶体纳米金冷却至室温，4 °C保存；第二，制备AuNPs-PVP:16 mg聚乙烯吡咯烷酮(PVP)分散于65 ml蒸馏水中，超声15 min ;将得到的PVP均匀溶液加入到上述胶体纳米金溶液中，室温搅拌24 h ;离心得到AuNPs-PVP，在进行下一步骤之前AuNPs-PVP应当在水中保存至少2天；最后，合成叔丁基氢醌(TBHQ)分子印迹的核-壳纳米复合物:1 mlAuNPs-PVP分散于2 mL乙醇溶液中(含4.2%氨水)，加入300μ1 0.1 M的叔丁基氢醌溶液，室温搅拌 2 h;加入 30 μ? 溶液 I (800 μ? ethanol + 80 μ? TMOS + 21 μ? PTMOS + 100μ? TBHQ (0.1 Μ))，搅拌 2 h ;加入 30 μ? 溶液 2 (840 μ? ethoxyethanol + 84 μ? TMOS +21 μ? PTMOS + 28 μ? ultrapure water + 28 μ? HCl (0.1 Μ) + 100 μ? TBHQ (0.1M)),搅拌12 h (溶液I和溶液2在使用之前应分别搅拌2 h);将所得溶液进行离心，乙醇水洗，得到叔丁基氢醌印迹的AuNPs@Si02核-壳纳米复合物(AuNPs@Si02-MIP)； (4)分子印迹电化学传感器的制备方法，步骤如下: Img GO-MnO2纳米复合物溶于I ml乙醇中，超声I h得到均一溶液，取6 μ? GO-MnO2均一溶液修饰玻碳电极表面，室温过夜晾干；取6 μ? IL-MWCNTs均一溶液滴加于GO-MnOdf饰过的电极表面，室温过夜晾干；I mg AuNPsiSiO2-MIP溶解于Iml 0.1 wt%的壳聚糖溶液中，超声I h得到均一溶液，取6 μ? AuNPsiSi02-MIP均一溶液修饰上述得到的电极，室温过夜晾干；采用0.1 mol/L的盐酸溶液洗脱掉传感器表面上的模板分子(TBHQ)。
2.如权利要求1所述的制备一种检测叔丁基氢醌(TBHQ)的新型的电化学传感器，用于TBHQ的检测步骤如下: (1)以Ag/AgCL参比电极，以Pt电极为对电极，分子印迹电化学传感器为工作电极，连接到电化学工作站，在铁氰化钾溶液中，扫描电位为0.5 V，检测不同浓度的TBHQ标准溶液的计时电流，以电化学传感器洗脱和吸附模板分子前后的电流差与TBHQ浓度的关系，绘制工作曲线； (2)将待测样品溶液代替TBHQ标准溶液，按照工作曲线的绘制方法进行检测。
【文档编号】G01N27/26GK103575778SQ201310521322
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】崔敏, 黄加栋, 刘素 申请人:济南大学