一种测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极及测定白酒中酪胺含量的方法

摘要

本发明涉及电化学技术领域，具体公开了一种测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极及测定白酒中酪胺含量的方法。所述测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极的方法包含如下步骤：(1)将玻碳电极置于含有吡咯和HNO

说明书

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极及测定白酒中酪胺含量的方法。

背景技术

吡咯(Pyrrole,Py)是一种含有一个氮杂原子的五元杂环化合物。吡咯单体通过化学法或电化学聚合法可以形成聚吡咯(PloyPyrrole,PPy)。电化学聚合法是在电位作用下，吡咯单体通过电化学氧化/还原反应在电极表面进行聚合，主要采用电极电位作为引发和驱动力。与化学法相比，电化学聚合法可以在不同的电极表面聚合成膜，聚合反应一般在常温、常压进行，操作简单、环保、耗时少，而且聚合膜的稳定性及选择性良好。但本征态(即聚合物未经任何物质掺杂时的状态)的聚吡咯导电性不理想，因此选用掺杂剂来提高聚吡咯的电导率。所谓掺杂，就是将掺杂剂引入共轭高分子的骨架结构中作为第二组分，其本质为共轭高分子链上的电子转移或者氧化还原反应，使共轭高分子的电导率得以提高。目前，聚吡咯膜在电催化、固相萃取技术、二次电池的电极材料、金属的防腐、传感器等方面均有应用。近年来，聚吡咯膜在食品药品安全检测中的应用也有相关的报道，主要是通过构建生物/电化学传感器并用于食品生产加工过程的监控或动植物食品中所含某些药物成分的检测。但过氧化聚吡咯修饰电极用于食品中酪胺含量的电化学检测方法研究鲜见报道。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题是，提供一种测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极及其制备方法，该电极在测定酪胺时，具有较高的灵敏度以及选择性。

本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种测定白酒中酪胺含量的方法，该方法方便快捷、易于操作、成本低、测试灵敏度较高、选择性好。

本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：

一种测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：

(1)将玻碳电极置于含有吡咯和HNO₃的缓冲溶液中，利用电流-时间曲线法聚合得聚吡咯修饰电极；

(2)将聚合得聚吡咯修饰电极置于NaOH溶液中，用循环伏安法进行扫描，即得过氧化聚吡咯修饰电极。

本发明将玻碳电极(GCE)置于含吡咯(Py)、HNO₃和PBS的混合液中，通过电流-时间曲线法(i-t)在GCE表面电聚合形成聚吡咯(PPy)膜，对PPy膜进行过氧化处理后得到测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极(OPPy/GCE)。在制备测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极的过程中，发明人经大量实验研究发现，吡咯、HNO₃的浓度、电流-时间曲线法以及循环伏安法的参数对过氧化聚吡咯修饰电极的电化学性能影响较大，本发明通过大量实验不断摸索各参数，得到的过氧化聚吡咯修饰电极在测定酪胺时，具有较高的灵敏度以及选择性。

优选地，步骤(1)中所述的含有吡咯和HNO₃的缓冲溶液是指含有0.008～0.012mol/L吡咯和0.08～0.12mol/L>3的PBS缓冲溶液。

最优选地，步骤(1)中所述的含有吡咯和HNO₃的缓冲溶液是指含有0.01mol/L吡咯和0.1mol/L>3的PBS缓冲溶液。

发明人经大量实验研究发现，当吡咯以及HNO₃选择上述浓度范围时制备得到的过氧化聚吡咯修饰电极对1.0×10^-7、5.0×10^-7、1.0×10^-6和1.0×10^-5mol/L酪胺均有电化学响应，尤其是在选择0.01mol/L吡咯和0.1mol/L>3时，测得酪胺的电流值最大(电化学响应最明显)，峰形最好看且基线最稳。

优选地，步骤(1)中所述的PBS缓冲溶液为0.1mol/L的PBS缓冲溶液。

优选地，步骤(1)中电流-时间曲线法采用的恒电位为0.6～0.8V，聚合时间为250～350s。

最优选地，步骤(1)中电流-时间曲线法采用的恒电位为0.7V，聚合时间为300s。

发明人经大量实验研究发现，当电流-时间曲线法选择上述参数时制备得到的过氧化聚吡咯修饰电极对1.0×10^-7、5.0×10^-7、1.0×10^-6和1.0×10^-5mol/L酪胺均有电化学响应，尤其是采用的恒电位为0.7V，聚合时间为300s时，测得酪胺的电流值最大(电化学响应最明显)。

优选地，步骤(1)中所述的玻碳电极为经预处理的玻碳电极，所述玻碳电极的预处理方法如下：将玻碳电极依次在专用绒毛抛光垫上用粒径1.0、0.3、0.05μm的α-Al₂O₃粉抛光成镜面，用水洗净后，分别在硝酸(1:1)、无水乙醇和水中各超声1min；将预处理好的电极置于0.50mol/L硫酸溶液中，在-1.0～1.0V电位范围内以50mV/s的扫描速率进行循环伏安电化学处理，直至得到稳定的循环伏安响应；最终处理好的电极置于室温晾干即得所述的经预处理的玻碳电极。

优选地，步骤(2)中所述NaOH溶液的浓度为0.15～0.25mol/L。

最优选地，步骤(2)中所述NaOH溶液的浓度为0.2mol/L。

优选地，步骤(2)中循环伏安法采用的电压为-0.2～0.8V，扫描速率为40～60mV/s，扫描圈数为8～12圈。

最优选地，步骤(2)中循环伏安法采用的电压为-0.2～0.8V，扫描速率为50mV/s，扫描圈数为10圈。

发明人经大量实验研究发现，当循环伏安法选择上述参数时制备得到的过氧化聚吡咯修饰电极对1.0×10^-7、5.0×10^-7、1.0×10^-6和1.0×10^-5mol/L酪胺均有电化学响应，尤其是采用电压为-0.2～0.8V，扫描速率为50mV/s，扫描圈数为10圈时，测得酪胺的电流值最大(电化学响应最明显)。

本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极。

一种测定白酒中酪胺含量的方法，其使用上述测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极，采用电化学测定方法进行测定。

优选地，所述的测定白酒中酪胺含量的方法，包含如下步骤：

(1)配制待测样品液；

(2)使用权利要求7所述的测定白酒中酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极，采用方波伏安法(SWV法)测定待测样品液的氧化峰电流值，根据线性回归方程计算出酪胺的浓度，经换算即得白酒中酪胺的含量；所述的方波伏安法具体条件为：电位窗口为0.4～1.0V，电位增量4mV/s，方波振幅25mV，方波频率15Hz；所述的线性回归方程为：在8.0×10^-8～3.0×10^-6mol/L范围时，线性回归方程为-I＝0.4016C+0.0443；在3.0×10^-6～1.5×10^-4mol/L范围时，线性回归方程为-I＝0.0169C+1.2274，线性回归方程中，-I的单位为μA，C的单位为μmol/L。

优选地，步骤(1)中所述的待测样品液的配制方法如下：

取白酒于干净的小烧杯中，加入氯化钠使溶液饱和；量取10.0mL饱和溶液于离心管中，用1.0mol/L NaOH溶液调节pH至12，再加入5.0mL正丁醇-三氯甲烷(1:1)混合液，振荡、离心，取上层有机相，重复1～3次，合并上层有机相浓缩干燥得残留物；最后加入5mL pH7.0PBS溶液使残留物溶解，即得待测样品液。

有益效果：(1)本发明提供了一种全新的测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极制备方法，由该方法制备得到的过氧化聚吡咯修饰电极的检出限低、灵敏度高、稳定性以及选择性好；(2)所述的测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极用于市售白酒中酪胺含量的检测，具有方便快捷、易于操作、成本低、测试灵敏度较高、选择性好等优点。

附图说明

图1为裸GCE(a)、PPy/GCE(b)、OPPy/GCE(c)在5.0mmol/L K₃Fe(CN)₆溶液中的循环伏安图。

图2为OPPy/GCE测定不同浓度酪胺溶液时酪胺的电流响应值与酪胺浓度的关系曲线。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。

实施例1测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极的制备

(1)将玻碳电极(GCE)置于含有吡咯和HNO₃的缓冲溶液中，利用电流-时间曲线法聚合得聚吡咯修饰电极(PPy/GCE)；

(2)将聚合得聚吡咯修饰电极置于NaOH溶液中，用循环伏安法进行扫描，即得测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极(OPPy/GCE)；

步骤(1)中所述的含有吡咯和HNO₃的缓冲溶液是指含有0.01mol/L吡咯和0.1mol/L>3的PBS缓冲溶液；步骤(1)中所述的PBS缓冲溶液为0.1mol/L的PBS缓冲溶液；步骤(1)中电流-时间曲线法采用的恒电位为0.7V，聚合时间为300s(电流-时间曲线法在电化学工作站上连接三电极系统模式下进行；三电极系统：工作电极为玻碳电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂丝电极)；

步骤(1)中所述的玻碳电极为经预处理的玻碳电极，所述玻碳电极的预处理方法如下：将玻碳电极依次在专用绒毛抛光垫上用粒径1.0、0.3、0.05μm的α-Al₂O₃粉抛光成镜面，用水洗净后，分别在硝酸(1:1)、无水乙醇和水中各超声1min；将预处理好的电极置于0.50mol/L硫酸溶液中，在-1.0～1.0V电位范围内以50mV/s的扫描速率进行循环伏安电化学处理，直至得到稳定的循环伏安响应；最终处理好的电极置于室温晾干即得所述的经预处理的玻碳电极。

步骤(2)中所述NaOH溶液的浓度为0.2mol/L；步骤(2)中循环伏安法采用的电压为-0.2～0.8V，扫描速率为40～60mV/s，扫描圈数为8～12圈；最优选地，步骤(2)中循环伏安法采用的电压为-0.2～0.8V，扫描速率为50mV/s，扫描圈数为10圈(循环伏安法在电化学工作站上连接三电极系统模式下进行；三电极系统：工作电极为聚吡咯修饰电极，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂丝电极)。

测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极表征分析：

将裸GCE、PPy/GCE、OPPy/GCE置于5.0mmol/L的K₃Fe(CN)₆溶液中，用循环伏安法(CV)在电位-0.2～0.8，扫描速度为50mV/s，扫描1圈对该修饰电极进行表征。结果如图1所示，与裸GCE(图a)相比，PPy/GCE(图b)的氧化还原峰的出峰位置发生了变化，其峰电流也随之减小。这由于电极表面负电荷增加，阻碍了溶液中[Fe(CN)₆]^3-电子转移。当对PPy/GCE进行过氧化处理后得到OPPy/GCE，其表面增加了含氧基团，与溶液中[Fe(CN)₆]^3-的静电排斥力增强，因此该电极的响应电流会进一步减小(图c)。

利用电化学阻抗(EIS)对过氧化聚吡咯修饰电极的制备及应用过程进行监测，研究修饰电极的界面性质，得到EIS的Nyquist图谱。在高频区的半圆部分代表电子转移动力学控制过程，低频区的直线部分相应于扩散控制的过程。当在GCE表面修饰一层PPy膜时，阻抗值明显增加，这是由于在酸性条件下聚合形成的PPy膜在5.0mmol/L K₃Fe(CN)₆溶液中使电子转移速率大大减小。对PPy/GCE进行过氧化处理后，OPPy/GCE表面的负电荷明显增加，与溶液中[Fe(CN)₆]^3-的静电排斥力增强，阻碍电子转移使得阻抗增大。EIS结果与利用CV法对裸GCE、PPy/GCE和OPPy/GCE表征的结果一致，表明OPPy膜已经形成在GCE的表面。

利用扫描电子显微镜对裸GCE,PPy/GCE,OPPy/GCE,测定1.0×10^-5mol/L酪胺溶液后的OPPy/GCE进行表征。与裸GCE相比，PPy/GCE表面相对比较粗糙且分布着大量的大小较为均一的球形凸起结构，表明吡咯分子已在GCE表面聚合成膜。通过过氧化处理后，OPPy/GCE表面的粗糙度明显降低，球形凸起结构的分布相对比较分散且尺寸有所减小。当OPPy/GCE测定1.0×10^-5mol/L酪胺溶液后，发现在OPPy/GCE表面紧密交织排布着很多枝丫结构，这可能是由于酪胺分子中的-NH₂和-OH与OPPy/GCE表面的大量含氧基团通过氢键和静电吸引作用力相结合，从而被强烈吸附在电极表面。从扫描电镜图片可以看出，在GCE表面形成了OPPy膜，酪胺分子能有效结合在OPPy膜上。

实施例2测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极的电化学性能测试

本实施例的电化学性能测试是在电化学工作站上连接三电极系统模式下进行；三电极系统：工作电极为实施例1制备得到的测定酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极(OPPy/GCE)，参比电极为Ag/AgCl(饱和KCl溶液)电极，辅助电极为铂丝电极；文中所有的电势均以Ag/AgCl电极为参比；实验均在室温下进行。

(1)重现性

按实施例1方法分别制备7支OPPy/GCE，测定其对5×10^-7mol/L和1.0×10^-6mol/L酪胺溶液的电流响应。得到酪胺氧化峰电流值的相对标准偏差(RSD)分别为4.0％和2.5％，表明该修饰电极的制作重现性好。

用同1支OPPy/GCE在1.0×10^-6mol/L酪胺溶液中连续扫描10次，测得其峰电流值的RSD为5.5％，表明该修饰电极具有良好的测试重现性。

(2)稳定性

用6支按实施例1方法制备得到的OPPy/GCE于常温干燥环境下避光保存11天，其中3支OPPy/GCE每隔一天测一次1.0×10^-5mol/L酪胺溶液。得到其电流值的RSD为6.3％。另外3支OPPy/GCE直接保存10天后再测相同浓度的酪胺，其响应电流可以达到初始电流的89.8％，表明该OPPy/GCE在10内可以保持较好的稳定性。

(3)选择性

以1.0×10^-6mol/L酪胺溶液作为对照，采用SWV法分别考察了相同浓度和10倍浓度的其他7种生物胺(组胺、苯乙胺、色胺、精胺、亚精胺、尸胺及腐胺)对酪胺测定的干扰情况。结果发现，浓度为1.0×10^-6mol/L和1.0×10^-5mol/L的上述7种生物胺在0.65V附近均无电化学响应，表明利用OPPy/GCE对酪胺进行测定时，常见的7种生物胺对其均无干扰，也说明OPPy/GCE用于测定酪胺时具有良好的选择性。

(4)线性范围和检出限

采用SWV法(具体条件为：电位窗口为0.4～1.0V，电位增量4mV/s，方波振幅25mV，方波频率15Hz)，使用OPPy/GCE测定不同浓度的酪胺溶液，结果如图2所示。在一定浓度范围内，酪胺的氧化峰电流值随酪胺浓度的增加而增大，氧化峰电流值(-I，μA)和酪胺的浓度(C，μmol/L)在两个浓度范围内呈良好的线性关系。低浓度区(8.0×10^-8～3.0×10^-6mol/L)和高浓度区(3.0×10^-6～1.5×10^-4mol/L)的线性回归方程分别是：-I＝0.4016C+0.0443(r＝0.9923，n＝5)、-I＝0.0169C+1.2274(r＝0.9944，n＝6)。得到OPPy/GCE测定酪胺的检出限(S/N＝3)为1.6×10^-8mol/L。

实施例3白酒中酪胺含量的测定方法

(1)配制待测样品液；购于超市的某品牌两种浓香型白酒样品1和样品2，分别按如下方法制备待测样品溶液：取适量白酒于干净的小烧杯中，加入氯化钠使溶液饱和；量取10.0mL饱和溶液于50mL离心管中，用1.0mol/L NaOH溶液调节pH至12，再加入5.0mL正丁醇-三氯甲烷(1:1)混合液，漩涡振荡5min，于3600r/min离心10min，取上层有机相，重复2次，合并上层有机相置于60℃旋蒸至近干，然后用氮气吹干得残留物；最后加入5mL pH 7.0PBS溶液使残留物溶解，即得待测样品液。

(2)使用权利要求7所述的测定白酒中酪胺的过氧化聚吡咯修饰电极，采用方波伏安法(SWV法)测定待测样品液的氧化峰电流值，根据线性回归方程计算出酪胺的浓度，经换算即得白酒中酪胺的含量；所述的方波伏安法具体条件为：电位窗口为0.4～1.0V，电位增量4mV/s，方波振幅25mV，方波频率15Hz；所述的线性回归方程为：在8.0×10^-8～3.0×10^-6mol/L范围时，线性回归方程为-I＝0.4016C+0.0443；在3.0×10^-6～1.5×10^-4mol/L范围时，线性回归方程为-I＝0.0169C+1.2274，线性回归方程中，-I的单位为μA，C的单位为μmol/L。

经测定，得样品1和样品2中酪胺的浓度分别为2.3×10^-7mol/L和1.2×10^-7mol/L，换算得到白酒样品1和样品2中酪胺的含量分别为32μg/L和17μg/L。为了验证该检测方法的准确性，在白酒样品1和样品2中分别添加0.7和1.0μmol/L的酪胺标准溶液，按照优化条件分别平行测定3次。得到白酒样品1和样品2中酪胺的加标回收率分别为89.8％～112.6％和88.0％～101.3％，RSD值分别为2.7％～3.0％和4.4％～7.2％。采用HPLC对相同的两种白酒样品进行验证测定，检得其酪胺的含量分别为27μg/L和21μg/L，与电化学测试结果比较接近，表明该电化学检测方法具有较高的准确度和精密度。