中空碳球复合材料电化学传感器的构建及其在食品检测中的应用

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发展快速、灵敏、准确的食品安全检测方法是我国实施食品安全计划的重要技术支撑,对于保障人民健康具有重要意义。各类食品添加剂和膳食补充剂在不同食品中的使用有着严格的使用范围和添加量(如日落黄(SY)、过氧化氢(H2O2)和酪氨酸(Tyr)等),快速检测它们在食品中的添加量显得十分重要。电化学方法作为一种快速、简便和灵敏的分析检测方法,现在越来越多的被应用到食品分析检测领域中。中空介孔碳纳米球及其衍生物具有比表面积大、导电性强、生物相容性好等特点,它们有利于提高修饰电极的灵敏度、检出限等分析性能。本文以中空介孔纳米碳球作为碳基底,合成了一系列中空介孔纳米碳球及碳球复合材料并构建不同的电化学传感器,实现了对日落黄、过氧化氢和L-酪氨酸的快速、灵敏的检测。主要研究内容包括以下三个部分:(1)利用硬模板法制备了不同直径的中空介孔碳球(HMCS),采用SEM、TEM、XRD、XPS和BET等对碳球进行了表征。利用中空碳球导电性强的特性,采用循环伏安法、差分脉冲伏安法和阻抗法进行材料的性能测试,得出直径最小的中空碳球性能最佳。将直径最小的中空介孔碳球修饰在玻碳电极(GCE)上构建了一种新型的日落黄电化学传感器,在最优的富集电位(0.3 V)、富集时间(8 min)、支持电解液pH(pH=7.0)和材料悬浮液修饰体积(3 μL)下建立了标准工作曲线,日落黄含量为0.0015μM-0.057 μM和0.057 μM-4μM的浓度区间内与电流值表现出良好的线性关系,检出限(LOD)为0.12 nM。该传感器的重复性、重现性的RSD均小于5%,四周内电流值下降至初始电流值的95.03%,具有良好的稳定性,在实际样品芬达碳酸饮料的检测中回收率为96.03-104.49%,说明该传感器有实际应用的潜力。(2)利用一锅法合成了不同铁负载量的中空介孔碳球,将负载铁的中空介孔碳球修饰在玻碳电极上构建了 一种新型的过氧化氢电化学传感器。采用SEM、TEM、XRD和XPS等对铁/中空介孔碳球进行了表征,经过循环伏安法测试每种材料,其中铁菁酞添加量为150 mg的中空介孔碳球修饰电极时过氧化氢的响应电流最大。在最优的测试电位下,在过氧化氢含量为0.08 μM-100 μM和100 μM-230 μM的浓度区间内和响应电流值表现出良好的线性关系,检出限(LOD)为0.098 μM。该传感器的重复性、重现性的RSD均小于5%,四周内电流值下降至初始电流值的95.08%,具有良好的稳定性,在实际样品纯牛奶和泡椒凤爪的检测中回收率为94.20%-102.10%,说明该传感器有实际应用的潜力。(3)利用化学还原法合成了不同的负载纳米银的中空介孔碳球,将负载纳米银的中空介孔碳球修饰在玻碳电极上构建了一种新型的酪氨酸电化学传感器。采用SEM、TEM、XRD和XPS等对银/中空介孔碳球进行了表征,经过循环伏安法测试每种材料,其中银负载量适中的中空介孔碳球对酪氨酸的响应电流最大。在最优的支持电解液pH(pH=7.0)和最优测试电位(0.45 V)下,在酪氨酸含量为0.08 μM-100μM和100μM-230μM的浓度区间内和响应电流值表现出良好的线性关系,检出限(LOD)为20 nM。该传感器的重复性、重现性的RSD均小于5%,四周内电流值下降至初始电流值的95.33%,具有良好的稳定性,在实际样品纯牛奶的检测中回收率为98.0%-100.1%,说明该传感器有实际应用的潜力。
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