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(菏澤學院化學與化工系,山東菏澤 274015)

食品添加劑是為改善食品品質和色、香、味,以及為防腐、保鮮和加工工藝的需要而加入食品中的人工合成或者天然物質。日落黃是一種人工合成的偶氮類色素(結構式見圖1),是我國允許使用的食品添加劑。由于其能夠保持和改善食品的色、香、味,一般有色澤鮮艷、著色力強、堅牢度大、性質穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點[1],受到商家和消費者的青睞,常用于糖果、飲料等食品和藥物的著色。由于含有R-N=N-R鍵、苯環(huán)結構,且多以苯、萘等化工產品為原料,經過磺化、偶氮化等一系列有機反應合成。因此它對人體存在一定的不安全性,有慢性毒性和致癌性[2],所以對其含量的測定顯得尤為重要。根據(jù)中國食品添加劑使用衛(wèi)生標準規(guī)定日落黃在各類食品中的最大用量為0.02～0.6g/kg[3]。

圖1 日落黃的化學結構式 Fig.1 Chemical structure of sunset yellow

目前報道的對食品中日落黃的檢測方法主要有光譜法[4-8]與色譜法[9-11]等。色譜應用更為廣泛,但是儀器條件和方法檢測要求比較高,需要復雜的預處理過程與大量的有機溶劑,專門的操作人員,為克服色譜方法的不足,本工作探討了測定日落黃的電化學新方法。由于日落黃結構中含有電化學活性的官能團,因此建立了電化學修飾電極測定日落黃。電化學修飾電極對日落黃的測定已有報道[12-13],但是聚結晶紫修飾膜電極測定日落黃還未見報道。

結晶紫是一種三苯甲烷類陽離子染料,它在弱酸性條件下可以在玻碳電極表面電氧化聚合成膜[14],該聚結晶紫膜呈現(xiàn)紫色且附著力好,膜結構緊密均勻，該修飾電極已用于尿酸的測定[15]。本工作建立了測定日落黃的簡便、快速、靈敏的新方法。將該方法用于樣品中日落黃的測定,結果令人滿意。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

結晶紫 廣州化學試劑廠;日落黃 阿拉丁試劑(上海)有限公司;檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液 不同比例的0.1mol/L檸檬酸水溶液和0.2mol/L磷酸氫二鈉水溶液混合配制;果汁,糖果 市售。

CHI-660C電化學分析系統(tǒng) 上海辰華儀器有限公司;KQ-100超聲波清洗器 昆山超聲波儀器有限公司。

1.2 樣品制備

取20.0g糖果樣品研碎,加入80mL檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液(pH3.0),超聲1h,減壓抽濾,用pH3.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液定容至100mL;果汁加熱至微沸趕去二氧化碳,量取20mL用pH3.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液定容至100mL,5℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 聚結晶紫修飾電極的制備

將玻碳電極(Φ=3mm)在濕潤的金相砂紙上磨光,然后用中性氧化鋁(0.05μm)懸乳液在鹿皮上拋光成鏡面,依次用硝酸(1∶1,V/V)、乙醇、二次水超聲清洗(3min/次),每次均用蒸餾水沖洗,放入含12mL pH5.0的0.2mol/L的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液,6mL 0.1mol/L的硝酸鉀溶液,2mL 2×10-4mol/L結晶紫水溶液的修飾液中,以玻碳電極為工作電極,Ag/AgCl電極為參比電極,鉑絲電極為對電極,在-1.2～2.4V電位范圍內靜止狀態(tài)下,以80mV/s循環(huán)掃描10周后取出,用二次水淋洗,將修飾電極置于20mL的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液(pH3.0)中循環(huán)掃描至穩(wěn)定,即制得聚結晶紫修飾電極。

1.4 實驗方法

1.4.1 重現(xiàn)性、穩(wěn)定性的實驗方法 利用上述方法制備的同一支聚結晶紫修飾電極為工作電極,Ag/AgCl電極為參比電極,鉑絲電極為對電極,攪拌富集60s后,在0.4～1.2V電位范圍內,掃描速率為100mV/s,用循環(huán)伏安法對電解池中8.0×10-6mol/L的日落黃重復測定10次,記錄循環(huán)伏安曲線。對于測定結束后,將修飾電極置于20mL的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液(pH3.0)中循環(huán)掃描至無峰,置于空白混合液中10d,同樣條件下,對于日落黃進行再次測定,記錄循環(huán)伏安曲線。

1.4.2 干擾實驗的測定方法 利用上述方法制備的聚結晶紫修飾電極為工作電極,Ag/AgCl電極為參比電極,鉑絲電極為對電極,攪拌富集60s后,在0.4～1.2V電位范圍內,掃描速率為100mV/s,用循環(huán)伏安法對電解池中8.0×10-6mol/L的日落黃測定,記錄循環(huán)伏安曲線。然后分別加入可能存在的干擾物質分別測定,記錄循環(huán)伏安曲線。

1.4.3 標準曲線、檢測限的測定方法 在電解池中加入20mL pH3.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液,依次加入所需濃度的日落黃標準溶液,以聚結晶紫烯修飾電極為工作電極,Ag/AgCl電極為參比電極,鉑絲電極為對電極,攪拌富集60s后,在0.6～0.9V電位范圍內,用差分脈沖伏安法,分別進行掃描測定,記錄差分脈沖曲線。根據(jù)3N/S計算檢測限。

1.4.4 回收率的實驗方法 利用測定工作曲線的方法,測定結束后,將修飾電極置于20mL的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液(pH3.0)中循環(huán)掃描至無峰,進行加標回收實驗。

每個樣品取三個不同體積分別置于電解池中,分別按照標準曲線的測定方法進行測定,記錄曲線,每個樣品測定六次,然后加入已知濃度的標準日落黃溶液,進行測定,記錄曲線。由氧化峰電流根據(jù)工作曲線線性方程,計算出測定樣品中以及加入的標準日落黃溶液后的濃度總值,進而計算出標準日落黃溶液的測定值,再與已知加入濃度進行比較,計算出回收率。

2 結果與討論

2.1 日落黃在聚結晶紫膜修飾電極上的電化學特性

圖2是結晶紫在玻碳電極上聚合過程的循環(huán)伏安圖。從圖上可以看出,結晶紫在玻碳電極上進行了明顯的氧化還原反應,在1.8V和-0.3V左右分別出現(xiàn)了氧化還原峰電流,隨掃描次數(shù)的增加,峰電位不變,峰電流增加,但增加的幅度減小,證明隨著聚合反應的進行,電極表面的聚合物膜趨于完整,聚合與沉積速率減緩。圖3是聚結晶紫修飾電極的掃描電鏡圖。由圖可見結晶紫通過電化學聚合到了玻碳電極上,成功制備了結晶紫膜修飾電極。

圖2 結晶紫在玻碳電極上的聚合循環(huán)伏安曲線 Fig.2 Cyclic voltammograms of methyl violet on the glass carbon electrode

圖3 結晶紫修飾電極的掃描電鏡圖 Fig.3 SEM of poly(methyl violet)electrode

2.2 聚合條件的選擇

為了使制備的結晶紫修飾電極更好的催化日落黃的電化學氧化還原,實驗對其聚合條件進行了討論。固定低電位為-2.0V,改變高終止電位進行實驗,結果表明:高電位等于2.4V時,日落黃的電化學信號最強,所以選用聚合高電位為2.4V。固定高電位為2.4V,改變低電位進行實驗。結果表明:低電位在-1.2V時,日落黃的電化學信號最強,故實驗選用聚合電位范圍為-1.2～2.4V。當掃描速率為80mV/s時,所制備的修飾電極對日落黃的響應峰電流最大。隨著掃描周數(shù)增加,峰電流增大,當聚合10周后,基本不變,故選擇聚合掃描次數(shù)為10周。同時聚合底液的pH也會影響到對于日落黃的電化學測定,實驗證明pH5.0檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液作為聚合底液得到的聚結晶紫修飾電極對日落黃的響應最大。此外結晶紫的用量對聚合過程有較大的影響,實驗中改變結晶紫的用量,發(fā)現(xiàn)當2mL的2×10-4mol/L的結晶紫時,制備的修飾電極對日落黃的響應最好,所以結晶紫取2mL的2×10-4mol/L的水溶液時最佳。

2.3 日落黃在聚結晶紫修飾電極上的電化學行為

圖4為8.0×10-6mol/L日落黃,在檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液中(pH3.0),在裸電極(1)與聚結晶紫修飾電極(2)上的循環(huán)伏安曲線。由圖4可見:在聚結晶紫修飾電極上氧化峰電流明顯增大,說明結晶紫能很好地催化日落黃的氧化反應。

圖4 日落黃在裸電極和聚結晶紫修飾電極上的 循環(huán)伏安曲線 Fig.4 Cyclic voltammograms of sunset yellow at the bare electrode and the methyl violet modified electrode

2.4 介質的影響

考察了介質對日落黃在聚結晶紫膜修飾電極上電化學響應的影響。首先改變不同類型的介質,如檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液(2.2～8.0),如圖5,氧化峰電流在pH3.0時達到最大;BR緩沖溶液(2.56～7.54),如圖6,氧化峰電流在pH3.29時達到最大;乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH3.6～5.6),如圖7氧化峰電流在pH4.4時達到最大。對比發(fā)現(xiàn)pH3.0檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖溶液對日落黃在聚結晶紫修飾電極上電化學響應最大,如圖8,因此選定pH3.0檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液作為測定日落黃的介質。改變pH分別進行實驗發(fā)現(xiàn)隨著pH增大,氧化峰電位負移說明有質子參與日落黃的氧化反應,并且氧化峰峰電位與pH(2.2～8.0)呈線性關系,線性方程為:Epa=0.97-0.039pH,R=0.9963(圖5插圖)。

圖5 日落黃在不同pH的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液 (pH2.2～8.0)的循環(huán)伏安曲線 Fig.5 Cyclic voltammograms of sunset yellow in the citric acid-phosphate buffer(pH2.2～8.0)

圖6 日落黃在不同pH的B-R緩沖溶液 (pH2.56～7.54)的循環(huán)伏安曲線 Fig.6 Cyclic voltammograms of sunset yellow in the B-R buffer(pH2.56～7.54)

圖7 日落黃在不同pH的乙酸-乙酸鈉緩沖溶液 (pH3.6～5.6)的循環(huán)伏安曲線 Fig.7 Cyclic voltammograms of sunset yellow in the HAc-NaAc buffer(pH3.6～5.6)

圖8 日落黃在不同介質響應最大的循環(huán)伏安對比圖 Fig.8 Cyclic voltammograms of sunset yellow in the citric acid-phosphate buffer

2.5 掃描速率與攪拌時間的影響

圖9為日落黃在不同掃描速率的循環(huán)伏安曲線。可以看出,隨著掃描速率的增加,還原峰電位略微向負方向移動而氧化峰電位略微向正方向移動;掃描速率在20～340mV/s之間,氧化峰峰電流隨著掃描速率的增加線性增大(圖9插圖),線性方程分別為:ipa(A)=-1.43×10-7+1.26×10-8v(mV/s),R=0.9992,表明日落黃在聚結晶紫修飾電極上的電極過程為吸附過程。隨著掃描速率的增大,峰形變差,且檢測的靈敏度會降低,因此選擇測定日落黃掃描速率為100mV/s。

圖9 日落黃在不同掃速下的循環(huán)伏安曲線 Fig.9 Cyclic voltammograms of sunset yellow at different scanning rates

改變攪拌富集時間,即從30s逐漸增大至80s時,每10s記錄掃描循環(huán)伏安圖,結果發(fā)現(xiàn)當富集時間從30s逐漸增加,峰電流逐漸增加,當富集時間繼續(xù)增加到60s趨于穩(wěn)定,因此選擇攪拌富集時間為60s。

2.6 干擾實驗

2.7 重現(xiàn)性與穩(wěn)定性

對聚結晶紫修飾電極測定日落黃的重復性與穩(wěn)定性進行了實驗。利用同一支電極,對8.0×10-6mol/L日落黃重復測定10次,測定值間的相對標準偏差為4.12%,表明修飾電極重現(xiàn)性較好。測定結束后,將修飾電極置于20mL的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液(pH3.0)中循環(huán)掃描至無峰,置于空白混合液中10d,對于日落黃進行再次測定,測定值為第一次測定值的97.9%,表明修飾電極穩(wěn)定性較好。

2.8 標準曲線、檢測限與回收率

在pH3.0的檸檬酸-磷酸二氫鈉緩沖溶液的介質中,對日落黃標準溶液系列進行測定,結果表明:日落黃在聚結晶紫修飾電極上的氧化峰電流與其濃度在8.0×10-8～2.0×10-5mol/L范圍內呈良好線性關系,其回歸方程分別為:ipa(A)=0.46c+8.68×10-6,相關系數(shù)為0.9951,檢出限為2.0×10-8mol/L(3N/S)。

按照“1.4.4”所述的回收率的實驗方法,對實際樣品進行回收率實驗,測定值及回收率見表1。

表1 樣品分析結果Table 1 Determination of sunset yellow in food

3 結論

制備了聚結晶紫修飾電極,該修飾電極對日落黃的電化學氧化具有明顯的催化作用,在聚結晶紫修飾電極上的氧化峰電流與其濃度在8.0×10-8～2.0×10-5mol/L范圍內呈良好線性關系,檢出限為2.0×10-8mol/L?？捎糜趯嶋H樣品分析,并建立了測定日落黃的新方法。

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