一种分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极及其制备方法和应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极，包括分子印迹聚合物-石墨烯复合材料和玻碳电极，以所述玻碳电极为基体，所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰在所述玻碳电极上。本发明还提供了分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极的制备方法及其在苯胺和4,4’-亚甲基二苯胺(MDA)检测中的应用。本发明具有响应速度快、选择性好、灵敏度高等优点，适用于食品安全和环境卫生中苯胺和MDA的快速检测。
【专利说明】一种分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001]本技术涉及食品安全监测【技术领域】，具体涉及一种分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002]芳香胺类化合物是一类典型的有毒有害物质，被国际癌症机构公认为可疑致癌物。芳香胺类化合物在化工行业中的应用较广，主要用于染料、化妆品、药物和橡胶合成的中间体，并随工业废水排放，给水体、土壤带来环境污染。一些塑料食品包装材料也是初级芳香胺的来源之一。这种塑料包装材料用于食品包装，可迁移到食品中造成污染，给食品安全带来严重后患。其中4，4’_亚甲基二苯胺和苯胺的迁移量超标是目前我国出口到欧盟的食品接触材料不合格被退运的主要原因。因此，建立快速、灵敏、准确的4，4’ -亚甲基二苯胺和苯胺检测方法对于保护环境、保障食品安全及促进进出口贸易健康发展，具有重要意义。
[0003]目前，芳香胺类化合物的检测方法主要有薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法、气相色谱-质谱法、液相色谱-质谱法等，样品主要针对水体、食品、纺织类及皮革等。虽然现有检测方法灵敏度和精确度高，但存在分析时间长、操作复杂、成本昂贵等缺点，例如:气相色谱-质谱法能快速检测芳香胺，但由于样品中的芳香胺挥发性和热稳定性较低，检测存在一定的困难。化学修饰电极是近年来发展较快的新型检测技术，与传统方法相比，其具有快速、准确、灵敏等优点，已广泛应用于医疗卫生、食品安全和环境科学等领域。目前已有许多报道采用电化学修饰电极检测芳香胺，但这些方法采用的电极灵敏度差，使用寿命短，且选择性不高，在检测过程容易存在干扰。
【发明内容】
[0004]本发明克服了现有技术的以上缺陷，提供了一种分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极及其制备方法和应用，可以同时检测4，4’_亚甲基二苯胺(以下简称MDA)和苯胺，具有制备简单、选择性好、灵敏度高、稳定性好等优点，适合工业化推广应用。
[0005]本发明提供了一种分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极，包括分子印迹聚合物-石墨烯复合材料和玻碳电极；以所述玻碳电极为基体；所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰在所述玻碳电极上。本发明中，分子印迹聚合物-石墨烯复合材料通过壳聚糖的粘附力固定于玻碳电极表面上，所述壳聚糖具有粘附力强、机械强度高等优点。
[0006]本发明中，所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料是分子印迹聚合物和石墨烯构成的复合材料，分子印迹聚合物不规则覆盖于石墨烯表面。其中，石墨烯结构为纸片形状，石墨烯中存在褶皱，这些褶皱可以防止石墨烯产生团聚。
[0007]本发明还提供了一种石墨烯/磁性纳米颗粒修饰电极的制备方法，依次包括以下步骤:[0008]步骤一:玻碳电极进行预处理
[0009]以氧化铝粉对玻碳电极进行抛光，经二次蒸馏水冲洗后，依次在丙酮、硝酸溶液、NaOH溶液和水溶液进行超声清洗；
[0010]步骤二:分子印迹聚合物-石墨烯复合材料制备
[0011]20mg的石墨烯分散于20mL有机溶剂中，加入4,4’ -亚甲基二苯胺(MDA)超声30min分散均匀，接着，4-乙烯基吡啶(以下简称4-VP)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(以下简称EGDMA)和2，2'-偶氮双异丁腈(以下简称AIBN)加入溶液中，在氮气氛围下60°C搅拌24小时。经离心、分离、烘干得到所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料。具体的例如，复合材料通过离心分离，并采用甲醇清洗3遍，在55°C真空烘箱中放置12h烘干。
[0012]步骤三:制备分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极
[0013]将所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料加入醋酸溶液中(含有0.5%壳聚糖)，通过超声混合均匀；取混合液3?SuL滴加到经步骤一预处理的玻碳电极表面，在红外灯下烘干。在PBS溶液中，采用线性扫描伏安法进行检测，直到检测不到MDA的电化学信号，说明模板中MDA分子已经去除，制备得到所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极。
[0014]步骤二中，有机溶剂为三氯乙烷和乙腈的混合溶液，体积比例为1: 2.0?4.0。MDA 的浓度为 0.01 ?0.02mol / L，4_VP、EGDMA 和 AIBN 的浓度分别为 0.02 ?0.06mol /L,0.1 ?0.3mol / L, 0.01 ?0.02mol / L。
[0015]本发明还提供了一种分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极在4，4’_亚甲基二苯胺和苯胺检测中的应用。尤其地，本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极能够同时对样品中MDA和苯胺进行检测。
[0016]以分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极对样品中4，4’_亚甲基二苯胺和苯胺进行检测的方法为，将对照品MDA和苯胺配置于基底溶液中，采用微分脉冲伏安法测定并记录电流响应值，建立对照品电流响应-MDA和电流响应-苯胺浓度曲线。然后，在相同条件下将待测样品置于基底溶液中测定并记录电流响应值，将该电流响应值代入上述电流响应-MDA和苯胺浓度曲线中，从而确定待测样品中的MDA和苯胺浓度。本发明检测方法适用的待测样品包括食品接触材料(例如:塑料碗、筷子、汤勺)等。
[0017]本发明应用中，所述基底溶液是磷酸缓冲溶液，其pH值为5-9。
[0018]本发明中，分子印迹聚合物-石墨烯复合材料与壳聚糖混合均匀后通过滴涂修饰于所述玻碳电极表面。
[0019]本发明创新地提出一种分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极及其制备方法和应用，至目前为止尚未有其他同类的公开报道。本发明中，分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰在电极上，增大电极比表面积，不仅可加快电子传递速率，提高MDA和苯胺检测灵敏度。并且，所述修饰电极对于MDA和苯胺具有良好的选择性，可以排除其他芳香胺类物质和金属离子的干扰。本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极可以实现对含有MDA和苯胺的样品在不经过预先分离的条件下对两者同时进行检测，具有快速、高效等优点。
[0020]本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极在MDA和苯胺的检测中，具有响应速度快、灵敏度高、方法简便等优点。本发明利用分子印迹聚合物-石墨烯复合材料的玻碳电极利用安培分析法快速检测MDA和苯胺的应用，作为安培分析的电化学检测器，在PBS中对MDA和苯胺进行检测。本发明环保经济、方法简单，条件易控制，具有良好的灵敏度、便捷性，便于生产，具有良好的应用前景，尤其适用于食品安全和环境卫生中苯胺和MDA的快速检测。
[0021]与现有技术相比较，本发明的有益效果包括:本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极在MDA和苯胺检测中具有很好的响应，能同时检测MDA和苯胺，并且很好选择性。本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极在MDA和苯胺检测中，具有以下优点:检测时间短(例如仅需3秒钟)，操作简单，选择性好，可以排除其他芳香胺类物质和金属离子的干扰，灵敏度高，满足现代社会快速检测的需求，对于食品安全及环境卫生中MDA和苯胺检测具有重要的意义。与传统现有的MDA和苯胺检测电极比较，本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰的玻碳电极具有选择性好、线性范围宽、灵敏度高等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明中分子印迹聚合物-石墨烯复合材料的SEM和TEM图。
[0023]图2是本发明中石墨烯(a)和分子印迹聚合物-石墨烯复合材料(b)的拉曼光谱图。
[0024]图3是本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极应用于检测MDA和苯胺时，不同浓度MDA和苯胺的电流响应曲线示意图。
[0025]图4是本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极应用于检测MDA和苯胺时，响应电流和MDA、响应电流和苯胺之间的线性关系示意图。
[0026]图5是本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极在含有MDA和苯胺溶液中的循环伏安图。
【具体实施方式】
[0027]结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的保护内容不局限于以下实施例。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，并且以所附的权利要求书为保护范围。实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
[0028]实施例1玻碳电极进行预处理
[0029]采用0.5μπι氧化铝粉对玻碳电极进行打磨抛光，接着用二次蒸馏水冲洗掉表面的氧化铝粉，然后依次在二次蒸馏水、丙酮(分析纯)、HNO3溶液(1.0mol / L)、NaOH溶液(1.0mol / L)及二次蒸懼水中各超声5min,最后在室温中把电极晾干。
[0030]实施例2制备分子印迹聚合物-石墨烯复合材料
[0031]20mg的石墨烯分散于20mL三氯乙烷和乙腈的混合溶液(V / V，I: 3)，加入MDA(0.0lmol / L)超声 30min 分散均匀，接着，0.04mol / L4_VP、0.2mol / LEGDMA 和
0.0lmol / LAIBN加入溶液中，在氮气氛围下60°C搅拌24小时。产物通过离心分离，并采用甲醇清洗3遍。最后，复合材料在55°C真空烘箱中放置12h烘干。
[0032]如图1所示，本发明中的石墨烯(a，b)和分子印迹聚合物-石墨烯复合材料(b，d)的SEM和TEM图。本实施例所制备的分子印迹聚合物-石墨烯复合材料，由分子印迹聚合物和石墨烯复合构成，其中，分子印迹聚合物不规则覆盖于石墨烯表面。其中，石墨烯结构为纸片形状，存在褶皱，这些褶皱可以防止石墨烯产生团聚。
[0033]如图2所示，本发明中的石墨烯(a)和分子印迹聚合物-石墨烯复合材料(b)的拉曼光谱图。分子印迹聚合物-石墨烯复合材料，其G带吸收为1621cm-l(b)，与石墨烯的G带吸收(1608cm-l)相比，发生了明显的蓝移，说明了分子印迹聚合物和石墨烯之间存在较强的相互作用及电子转移。
[0034]实施例3制备分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极
[0035]将实施例2制备的分子印迹聚合物-石墨烯复合材料加入醋酸溶液中(含有
0.5%壳聚糖)，通过超声混合均匀；取混合液5 μ L滴加到经实施例1预处理的玻碳电极表面，在红外灯下烘干。烘干后的电极在磷酸盐缓冲溶液(PBS，pH7.0)中做线性伏安扫描20次，随着扫描次数的增多，模板分子中MDA的氧化峰越来越小，逐渐消失，此时MDA分子已经从模板中去除，制备得到本发明分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极。
[0036]如图3中所示，图3a为本发明制备分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极在含有MDA循环伏安扫描图，图3b为本发明制备分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极在含有MDA循环伏安扫描图，MDA的氧化峰分别在0.496V和0.108V，苯胺的氧化峰和还原峰电位分别在0.523V和0.110V，说明所述的分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极对MDA和苯胺具有良好的电化学响应。
[0037]实施例4分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极对MDA和苯胺的电流响应
[0038]本实施例中确定MDA和苯胺浓度与石墨烯/磁性纳米颗粒修饰的玻碳电极响应电流的关系:通过微分脉冲伏安法法快速检测MDA和苯胺浓度，以玻碳电极为工作电极，Ag / AgCl电极为参比电极，钼丝电极为辅助电极，基底溶液为pH7.0的磷酸缓冲溶液，采用微分脉冲伏安法记录不同浓度MDA和苯胺的响应电流，如图4所示，图4a是不同浓度的MDA的电流响应曲线，图4b是不同浓度的苯胺的电流响应曲线。以MDA和苯胺的浓度为横坐标，以对应测得的响应电流作为纵坐标，建立电流响应-MDA和电流响应-苯胺浓度工作曲线图。如图3所示，其中图5a是电流响应-MDA浓度的工作曲线图，图5b是电流响应-苯胺浓度的工作曲线图。
[0039]实施例5利用石墨烯/磁性纳米颗粒修饰电极检测食品包装材料中MDA和苯胺含
量
[0040]利用本发明石墨烯/磁性纳米颗粒修饰电极以及实施例4中确立的-MDA和响应电流-苯胺浓度的线性关系，快速检测待测样品中MDA和苯胺的浓度。本实施例中，以食品包装材料作为待测样品。检测步骤如下:
[0041 ] (I)蒸馏水按照与食品包装材料的接触面积6mL / dm2计算，把食品包装材料在温度100°C水溶液中浸泡2h，量取IOOmL的蒸馏水浸泡液，采用EnviChrom P固相萃取小柱富集，加入5mL乙腈进行洗脱，收集洗脱液；经氮吹仪浓缩后，加入IOmL PBS溶液；
[0042](2)利用本发明石墨烯/磁性纳米颗粒修饰的玻碳电极快速检测食品包装材料中MDA和苯胺浓度，检测实验条件与实施例4中相同；
[0043](3)采用微分脉冲伏安法进行检测，记录其响应电流值，根据计算出该电流响应值对应的MDA和苯胺浓度，即得到待测样品包装材料中的MDA和苯胺含量。
[0044]实验结果如以下表I所不，样品2和样品4均检出MDA和本胺，样品I和样品3中的MDA和苯胺均未检出，低于方法的检出限(与传统检测结果相符)，本发明石墨烯/磁性纳米颗粒修饰电极可以实现食品包装材料中MDA和苯胺的快速检测，具有良好的实际应用价值。
[0045]表1:采用石墨烯/磁性纳米颗粒修饰的玻碳电极检测食品包装材料中MDA和苯胺
【权利要求】
1.一种分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极，其特征在于，包括分子印迹聚合物-石墨烯复合材料和玻碳电极；以所述玻碳电极为基体，所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰在所述玻碳电极上。
2.如权利要求1所述的分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极，其特征在于，所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料是分子印迹聚合物和石墨烯构成的复合材料，分子印迹聚合物以不规则方式覆盖于石墨烯表面。
3.如权利要求2所述的分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极，其特征在于，所述石墨烯具有纸片形状。
4.一种分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:玻碳电极进行预处理 以氧化铝粉对所述玻碳电极进行抛光，经二次蒸馏水冲洗后，依次在丙酮、硝酸溶液、NaOH溶液和水溶液进行超声清洗； 步骤二:分子印迹聚合物-石墨烯复合材料 将石墨烯分散于有机溶剂中，加入4，4’ -亚甲基二苯胺超声至分散均匀，加入4-乙烯基吡啶、乙二醇二甲基丙烯酸酯和2，2'-偶氮双异丁腈，在氮气氛围下搅拌；经离心、分离、烘干得到所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料； 步骤三:制备分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极 将所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料加入醋酸溶液中，通过超声混合均匀；将混合液滴加到经预处理的玻碳电极表面，在红外灯下烘干；在PBS溶液中，采用线性扫描伏安法检测，直到检测不到4，4’ -亚甲基二苯胺的电化学信号，去除模板中4，4’ -亚甲基二苯胺分子，制备得到所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极；其中，所述醋酸溶液中含有0.5%壳聚糖。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，有机溶剂为三氯乙烷和乙腈的混合溶液，体积比例为1: 2.0?4.0 ;4，4’-亚甲基二苯胺的浓度为0.01?0.02mol / L，4-乙烯基吡啶的浓度为0.02?0.06mol / L，乙二醇二甲基丙烯酸酯的浓度为0.1?0.3mol / L，2，2'-偶氮双异丁腈的浓度0.01?0.02mol / L。
6.权利要求1所述的分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极在4，4’-亚甲基二苯胺和苯胺检测中的应用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于，所述分子印迹聚合物-石墨烯复合材料修饰电极对样品中4，4’ -亚甲基二苯胺和苯胺同时进行检测。
8.如权利要求6所述的应用，其特征在于，将4，4’_亚甲基二苯胺、苯胺配置于基底溶液中，测定并记录初始电流响应值，建立电流响应_4，4’ -亚甲基二苯胺和电流响应-苯胺浓度曲线；在相同条件下，将样品置于基底溶液中测定并记录电流响应值，再分别根据所述电流响应_4，4’ -亚甲基二苯胺和电流响应-苯胺浓度曲线得到所述样品中4，4’ -亚甲基二苯胺和苯胺浓度。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述基底溶液是磷酸缓冲溶液，其pH值为5-9。
【文档编号】G01N27/30GK103868966SQ201410106920
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】程欲晓, 顾中怡, 沈劼, 金樱华, 强音, 周宇艳, 鲜跃仲, 陈宁宁, 顾伟, 史鑫浩, 赵凯 申请人:上海出入境检验检疫局工业品与原材料检测技术中心, 华东师范大学