一种碳点@金纳米玻碳电极的制备方法及快速检测饮料中日落黄含量的方法

1.本发明属于食品添加剂检测技术领域，特别涉及一种碳点@金纳米玻碳电极的制备方法及快速检测饮料中日落黄含量的方法。


背景技术：

2.日落黄，化学名称6-羟基-5-[(4-磺酸基苯基)偶氮]-2-萘磺酸二钠盐，分子式c
16h10
n2na2o7s2，是一种常见的磺化偶氮染色剂，因其水溶性好、生产成本低廉、稳定性高等优点，广泛用于冰淇淋、酸奶、糖果、饮料等食品工业。尽管日落黄为我国批准使用的食品添加剂，但也必须按照我国《食品添加剂使用卫生标准》(gb2760)规定的使用范围和使用量使用，其中用于果汁、饮料的最大使用量为0.10g/kg。若是长期或一次性大量食用日落黄含量超标的食品，可能会引起肾衰竭、肝细胞损伤、癌症等疾病。
[0003]
目前，常规检测日落黄的方法主要有高效液相色谱法、紫外分光光度法、荧光光谱法、毛细管电泳法、薄层色谱法、电化学分析法。液相色谱法为目前日落黄检测的最常用方法，具有灵敏度高，准确性好等优点，但它前处理过程繁琐，分析周期长，使用和维护成本高昂。光谱法仪器和操作相对简单，但灵敏度不高，难以满足实际检测的需要。其中电化学分析法由于其仪器价格低廉、操作简单、灵敏度高等优点，在检测合成色素的应用中有着广阔的前景。


技术实现要素：

[0004]
为了获得一种快速精准的日落黄检测新方法，本发明提供了一种碳点@金纳米玻碳电极的制备方法，通过该方法制得的碳点@金纳米玻碳电极能够快速检测日落黄含量，且操作简单、灵敏度高。本发明还提供了一种碳点@金纳米玻碳电极及其在日落黄含量检测中的应用。
[0005]
本发明通过以下技术方案实现：
[0006]
本发明公开一种碳点@金纳米玻碳电极的制备方法，所述方法包括：
[0007]
以石墨棒作为工作电极和辅助电极，ag/agcl作为参比电极，电解液包括naoh溶液，电解后将所得溶液进行离心，取上清液透析至所述上清液呈中性，后冻干获得还原性碳点；
[0008]
将所述还原性碳点溶液与haucl4溶液混合后进行超声处理，获得cds@au nps混合液；
[0009]
将所述cds@au nps混合液滴加到经预处理的玻碳电极表面，后烘干，获得碳点@金纳米玻碳电极cds@au nps/gce。
[0010]
进一步的，所述以石墨棒作为工作电极和辅助电极，ag/agcl作为参比电极，电解液包括naoh溶液，电解后将所得溶液进行离心，取上清液透析至所述上清液呈中性，后冻干获得还原性碳点，具体包括：
[0011]
以石墨棒作为工作电极和辅助电极，ag/agcl作为参比电极，电解液包括50ml的1～3mol/l naoh溶液，电压为-2.0～2.0v，扫描速率为0.1v
·
s-1
，电解一段时间后，将所得浅黄色溶液进行离心，去除沉淀的氧化石墨和石墨颗粒，收集上清液入透析袋透析至所述上清液呈中性，后冻干获得还原性碳点；
[0012]
其中，所述透析袋的截留分子量为500～1500。
[0013]
优选的，所述将所得浅黄色溶液进行离心，具体包括：
[0014]
将所得浅黄色溶液以转速8000～10000r/min离心10min。
[0015]
其中，所述电解一段时间的时间长度为60～120min。
[0016]
进一步的，所述将所述还原性碳点溶液与haucl4溶液混合后进行超声处理，获得cds@au nps混合液，具体包括：
[0017]
将1mg/ml的所述还原性碳点溶液与0.0243mol/l的haucl4溶液以体积比1：1混合后进行超声处理，获得cds@au nps混合液。
[0018]
优选的，所述超声处理的时间为30min。
[0019]
进一步的，所述将所述cds@au nps混合液滴加到经预处理的玻碳电极表面，后烘干，获得碳点@金纳米玻碳电极cds@au nps/gce，具体包括：
[0020]
将10μl所述cds@au nps混合液滴加到经预处理的玻碳电极表面，后烘干，获得碳点@金纳米玻碳电极cds@au nps/gce。
[0021]
进一步的，所述玻碳电极的预处理方法如下：
[0022]
玻碳电极抛光后，分别在0.1mol/l hno3溶液、无水乙醇和去离子水中依次超声处理2min；
[0023]
预测量：在5mmol/l铁氰化钾和0.1mol/l kcl的混合溶液中，以扫描速率50mv
·
s-1
对玻碳电极进行cv曲线测试，氧化峰和还原峰的电位差控制在70-80mv之间。
[0024]
基于同一发明构思，本发明还提供一种碳点@金纳米玻碳电极，所述碳点@金纳米玻碳电极通过上述一种碳点@金纳米玻碳电极的制备方法制得。
[0025]
基于同一发明构思，本发明还提供一种还原性碳量子点，所述还原性碳量子点通过如下方法制备：
[0026]
以石墨棒作为工作电极和辅助电极，ag/agcl作为参比电极，电解液包括50ml的1～3mol/l naoh溶液，电压为-2.0～2.0v，扫描速率为0.1v
·
s-1
，电解一段时间后，将所得浅黄色溶液进行离心，去除沉淀的氧化石墨和石墨颗粒，收集上清液入透析袋透析至所述上清液呈中性，后冻干获得还原性碳点；
[0027]
其中，所述透析袋的截留分子量为500～1500。
[0028]
优选的，所述将所得浅黄色溶液进行离心，具体包括：
[0029]
将所得浅黄色溶液以转速8000～10000r/min离心10min。
[0030]
基于同一发明构思，本发明还提供一种碳点@金纳米玻碳电极的制备方法在日落黄含量检测中的应用。
[0031]
基于同一发明构思，本发明还提供一种碳点@金纳米玻碳电极在日落黄含量检测中的应用。
[0032]
快速检测饮料中日落黄含量的方法，包括：
[0033]
采用差分脉冲伏安法，以铂电极作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，cds@
au nps为工作电极(指涂覆cds@au nps的玻碳电极，即工作电极为碳点@金纳米玻碳电极cds@au nps/gce)，置于pbs缓冲溶液中(0.2mol/l，ph 6.0)，在pbs缓冲溶液中加入待测日落黄溶液，检测电压为0.68v，检测电流密度；
[0034]
根据电流密度随日落黄浓度变化的拟合曲线的函数：y＝0.24259x+19.41697，r2＝0.99056，线性范围为0.8
×
10-6
～20
×
10-6
m，将cds@au nps/gce检测得到的数值代入相应的拟合曲线函数(j(μa/cm2)＝0.24259c
日落黄
(μmol/l)+19.41697)计算加入待测日落黄溶液中日落黄浓度。
[0035]
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0036]
1.本发明一种碳点@金纳米玻碳电极的制备方法，该方法以石墨棒为碳源，以naoh为电解液，通过电化学方法，制得具有还原性的碳点cds，利用该还原性碳点还原au
3+
制得碳点@金纳米粒cds@au nps，然后将cds@au nps修饰到玻碳电极表面制备成碳点@金纳米玻碳电极cds@au nps/gce，该方法路线简单，制备方法绿色环保，后处理方便，制得的纳米复合材料作为电传感器能够用于快速检测日落黄含量，且操作简单、灵敏度高。
[0037]
2.本发明一种碳点@金纳米玻碳电极，通过还原性碳点还原au
3+
制得碳点@金纳米粒cds@au nps，制得的cds@au nps易于保存，在4℃冰箱中便可存储，当检测日落黄含量时，只需将cds@au nps混合液滴加到已处理好的玻碳电极表面，烘干，便可制得碳点@金纳米玻碳电极cds@au nps/gce，以金纳米玻碳电极cds@au nps/gce为工作电极检测饮品中的日落黄时，操作简单，灵敏度高，可快速检测，且金纳米玻碳电极自身稳定性好，抗干扰能力强。
[0038]
3.本发明一种碳点@金纳米玻碳电极在日落黄含量检测中的应用，以金纳米玻碳电极cds@au nps/gce为工作电极，通过条件优化确定了最优检测方法，对饮料样品中的日落黄进行检测，操作简单快捷，灵敏度高，为酸奶、饮料等食品中日落黄的快速精准检测提供了一种新的方法。
附图说明
[0039]
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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它的附图。
[0040]
图1为cds@au nps的x射线衍射图谱；
[0041]
图2为cds@au nps的红外光谱图；
[0042]
图3为cds@au nps的透射电镜图谱；
[0043]
图4为不同缓冲液时氧化还原峰电流密度变化图；
[0044]
图5为缓冲液不同ph值时检测电流变化图；
[0045]
图6为cds@au nps/gce的稳定性图；
[0046]
图7为检测不同浓度日落黄的dpv曲线图；
[0047]
图8为峰电流密度与日落黄浓度的线性关系图；
[0048]
图9为cds@au nps/gce的抗干扰能力测试表；
[0049]
图10为cds@au nps/gce对实际样品中日落黄的检测表。
具体实施方式
[0050]
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
[0051]
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
[0052]
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
[0053]
下面将结合实施例及实验数据对本技术一种碳点@金纳米玻碳电极的制备方法、碳点@金纳米玻碳电极及其在日落黄含量检测中的应用进行详细说明。
[0054]
实施例1
[0055]
本实施例电极cds@au nps/gce的制备，包括以下步骤：
[0056]
(1)制备还原性碳点
[0057]
以石墨棒作为工作电极和辅助电极，ag/agcl作为参比电极，电解液为50ml的2mol/l naoh，电压范围为-2.0～2.0v，扫描速率为0.1v
·
s-1
，电解60min后，将所得的浅黄色溶液在离心机中以8000～10000r/min离心10min，去除沉淀的氧化石墨和石墨颗粒，收集上清液并装入截留分子量为500～1500的透析袋透析，透析至上清溶液呈中性，经过冷冻干燥得还原性碳点。
[0058]
(2)制备cds@au nps复合材料
[0059]
将1ml 1mg/ml的cds溶液与1ml 0.0243mol/l的haucl4溶液混合；混合溶液转移到10ml离心管中超声30min，得到cds@au nps混合液，备用。
[0060]
(3)电极的预处理及其制备
[0061]
将未处理的新玻碳电极在麂皮上抛光5min后，在0.1mol/l hno3溶液、无水乙醇和去离子水中各超声2min。
[0062]
预测量：在含5mmol/l铁氰化钾和0.1mol/l kcl的混合溶液中，以扫描速率50mv
·
s-1
对玻碳电极进行cv曲线测试，氧化峰和还原峰的电位差要在70-80mv之间。
[0063]
吸取5μl cds@au nps混合液，滴加到预处理好的玻碳电极表面，用红外烤灯烘干，再次滴加5μl碳点@金纳米混合液并烘干，制备得到电极cds@au nps/gce。
[0064]
图1为cds@au nps的x射线衍射图谱，从图中可以看出cds@au nps在32.5
°
衍射角处有一个宽峰，表明合成的碳点是典型的无定型碳。
[0065]
图2为cds@au nps的红外光谱图，从图中可以看出cds@au nps相较于cds，其在3452，1653cm-1
处具有明显的吸收峰，该峰是典型的au0的振动吸收峰，表明碳点成功将au
3+
还原，并生成了cds@au nps复合物。
[0066]
图3为cds@au nps的透射电镜图谱，在不同放大倍数下的透射电镜图，可以清楚地看到合成的材料的尺寸大约在3nm左右，并且从图3(b)中可以清楚地看到cds具有类球形结构，说明cds被成功的制备。如图3(c)所示，还原性cds将au
3+
还原后形成了最终具有团簇结构的cds@au nps。
[0067]
实施例2
[0068]
本实施例采用实施例制备好的cds@au nps/gce优化电化学加测条件，包括如下步骤：
[0069]
以cds@au nps/gce作为工作电极，pt电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极。使用chi 760e电化学工作站进行测试。
[0070]
(1)缓冲液的优化
[0071]
取三个100ml的电解池，分别加入50ml相同ph值(ph＝6)的pbs、柠檬酸-柠檬酸钠、磷酸氢二钠-柠檬酸三种不同的缓冲溶液(0.2mol/l)，然后再加入浓度为1
×
10-3
mol/l的日落黄溶液0.5ml。
[0072]
利用循环伏安法cv，扫描速率100mv
·
s-1
下。如图4所示，不同缓冲溶液中的氧化还原峰位值基本不变，可以明显看到cds@au nps/gce在pbs缓冲溶液中的氧化还原峰电流密度明显高于磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液和柠檬酸缓冲溶液，表明在pbs缓冲溶液中，cds@au nps/gce的电化学识别信号最强。由此，选pbs缓冲溶液作为之后的检测环境比较合适。
[0073]
(2)ph条件优化
[0074]
取四个100ml的电解池，分别加入50ml不同ph值的pbs缓冲溶液，然后再加入浓度为1
×
10-3
mol/l的日落黄溶液0.5ml。
[0075]
如图5所示，随着ph的升高，电极对日落黄的检测信号逐渐减弱，当ph 6.0时，信号到达最大，继续升高ph，检测信号也迅速下降，说明ph 6.0是较为合适的酸度。
[0076]
(3)cds@au nps/gce的稳定性
[0077]
在优化条件下(ph＝6的pbs缓冲溶液中)，通过差分脉冲伏安法(dpv)对修饰电极的存储稳定性进行研究。将cds@au nps/gce存储于4℃超纯水中，在8周内非连续测定电极在含有5μm日落黄的pbs缓冲溶液中的电流变化，如图6所示，在8周内检测的电流变化不大，表明修饰电极有较长的使用重现性和稳定性。
[0078]
实施例3
[0079]
本实施例采用实施例1制备好的cds@au nps/gce检测日落黄的方法，包括如下步骤：
[0080]
(1)采用差分脉冲伏安法，其中铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极为参比电极，制备好的cds@au nps/gce为工作电极，置于相同条件下的pbs缓冲溶液中(0.2mol/l，ph6.0)，进行修饰电极对日落黄的不同浓度检测实验。其中pbs缓冲溶液中加入不同体积(0.10μmol/l、0.20μmol/l、0.40μmol/l、0.80μmol/l、1.0μmol/l、2.0μmol/l、4.0μmol/l、8.0μmol/l、10.0μmol/l、20.0μmol/l)的日落黄，分别检测电催化活性，并观察电流变化，如图7。结果表明：cds@au nps/gce对日落黄的检测，在0.68v处有明显的峰电流变化。
[0081]
(2)根据图7的峰电流变化值可做出对应的峰电流密度随日落黄浓度变化的拟合曲线，如图8，该曲线所对应的函数为：
[0082]
y＝0.24259x+19.41697，r2＝0.99056，线性范围为0.8
×
10-6
～20
×
10-6m[0083]
最低检测范围0.00036g/l。
[0084]
以10μmol/l的日落黄标准样品为试样，利用差分脉冲伏安法，依照设定的三电极体系，分别在五个50ml、ph＝6的pbs缓冲溶液电解池中加入一定量的样品，如饮料配料中最为常见的葡萄糖、蔗糖、乳糖、柠檬酸、柠檬酸钠等一些食品添加剂为干扰物质，观察dpv的峰电流密度随定量添加干扰物的情况，以此来考察cds@au nps/gce电极的抗干扰能力。如
图9中表格所示，结果发现，50倍浓度的葡萄糖、蔗糖、乳糖、柠檬酸、柠檬酸钠对测定均没有显著影响。此结果表明cds@au nps/gce对测定日落黄具有良好的抗干扰能力。
[0085]
利用cds@au nps/gce对芬达和美年达两种饮料中的日落黄浓度进行检测。实验前将芬达和美年达超声处理去除饮料内的碳酸，利用差分脉冲伏安法，依照设定的三电极体系，分别在两个50ml、ph＝6的pbs缓冲溶液电解池中加入一定量的样品检测后，再加入一定浓度的日落黄溶液检测，将cds@au nps/gce检测得到的数值代入相应拟合曲线(j(μa/cm2)＝0.24259c
日落黄
(μmol/l)+19.41697)计算加入样品中日落黄浓度，如图10中表格所示，结果表明：日落黄回收率在94％～105％之间。检测结果：美年达日落黄含量0.0113g/kg，芬达0.0117g/kg，均不超过国家规定的0.1g/kg，并且检测结果与国标的高效液相色谱发所检测的结果基本相同。由此可以证实利用cds@au nps/gce可以有效地对实际样品中日落黄进行检测，检测结果具有可靠性。
[0086]
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0087]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0088]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。