一种纳米材料离子液体复合修饰电极及其制备方法与在己烯雌酚测定中的应用
阅读说明：本技术 一种纳米材料离子液体复合修饰电极及其制备方法与在己烯雌酚测定中的应用 (Nano-material ionic liquid composite modified electrode, preparation method thereof and application of nano-material ionic liquid composite modified electrode in diethylstilbestrol determination ) 是由 赵晓娟 吴俊铨 邹玉婷 刘功良 白卫东 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及己烯雌酚检测技术领域,具体公开了一种纳米材料离子液体复合修饰电极及其制备方法与在己烯雌酚测定中的应用。所述的纳米材料离子液体复合修饰电极的制备方法,其包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯、多壁碳纳米管以及[BMIM]PF-(6)分散在水中,得到GO-MWCNT-(S)-[BMIM]PF-(6)分散液；(2)将GO-MWCNT-(S)-[BMIM]PF-(6)分散液涂覆在玻碳电极表面即得所述的纳米材料离子液体复合修饰电极。以本发明所述的纳米材料离子液体复合修饰电极作为工作电极,在本发明所述方波伏安条件下测定畜禽肉中己烯雌酚的含量,具有线性范围广、检出限低,以及抗干扰能力强的优点。(The invention relates to the technical field of diethylstilbestrol detection, and particularly discloses a nano-material ionic liquid composite modified electrode, a preparation method thereof and application thereof in diethylstilbestrol detection. The preparation method of the nano material ionic liquid composite modified electrode comprises the following steps: (1) mixing graphene oxide, multi-walled carbon nanotubes and [ BMIM ]]PF 6 Dispersing in water to obtain GO-MWCNT S ‑[BMIM]PF 6 A dispersion liquid; (2) mixing GO-MWCNT S ‑[BMIM]PF 6 And coating the dispersion liquid on the surface of the glassy carbon electrode to obtain the nano material ionic liquid composite modified electrode. The nano-material ionic liquid composite modified electrode is used as a working electrode, the content of diethylstilbestrol in livestock and poultry meat is measured under the square wave voltammetry condition, and the nano-material ionic liquid composite modified electrode has the advantages of wide linear range, low detection limit and strong anti-interference capability.)
技术领域
本发明涉及己烯雌酚检测技术领域，具体涉及一种纳米材料离子液体复合修饰电极及其制备方法与在己烯雌酚测定中的应用。
背景技术
己烯雌酚(DES)是人工合成的非甾体雌激素，化学式C18H20O2，曾经一度作为促生长剂应用于禽类养殖中；研究表明，己烯雌酚在畜禽肉中的残留对于人体健康会造成严重的危害。因此，对畜禽肉中己烯雌酚含量进行测定具有十分重要的意义。
目前测定己烯雌酚的方法有液相色谱法、荧光分光光度计法、电泳法以及传感器法。传感器法因其简便快速、成本低等优点而备受关注。由于碳纳米材料如氧化石墨烯(GO)以及多壁碳纳米管(MWCNTS)具有卓越的物理性能和良好的电催化活性等优点，被广泛用作制备电化学传感器的检测电极。但是，采用单一碳纳米材料制成的电极中碳纳米材料堆叠现象严重，不利于碳纳米材料发挥出优异的电化学性能。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述至少之一的技术问题，本发明首先提供了一种纳米材料离子液体复合修饰电极的制备方法。
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：
一种纳米材料离子液体复合修饰电极的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将氧化石墨烯、多壁碳纳米管以及[BMIM]PF6分散在水中，得到GO-MWCNTS-[BMIM]PF6分散液；
(2)将GO-MWCNTS-[BMIM]PF6分散液涂覆在玻碳电极表面即得所述的纳米材料离子液体复合修饰电极。
研究表明，以氧化石墨烯、多壁碳纳米管以及[BMIM]PF6为原料共同制备得到的纳米材料离子液体复合修饰电极；一方面可以使得电极上的氧化石墨烯和多壁碳纳米管之间的堆叠情况明显减少，提高了多壁碳纳米管的兼容性和稳定性；同时还大幅增加了纳米材料离子液体复合修饰电极对于己烯雌酚的吸附能力；三种材料复合后产生协同效应，可以发挥出比单一材料更优越的性能。
优选地，所述的纳米材料离子液体复合修饰电极的制备方法，步骤(1)中氧化石墨烯、多壁碳纳米管、[BMIM]PF6以及水的用量比为5～7mg:3～5mg:70～90μL:3～5mL。
最优选地，步骤(1)中氧化石墨烯、多壁碳纳米管、[BMIM]PF6以及水的用量比为6mg:4mg:80μL:4mL。
优选地，步骤(2)中所述的玻碳电极通过如下方法进行预处理：将玻碳电极用α-Al2O3粉进行抛光，清洗后放入底液中进行循环伏安扫描；
所述的底液为0.4～0.6mol/L H2SO4溶液；所述的循环伏安扫描的具体条件为在-1.0～1.0V电位范围内以50mV/s的扫描速度，直至稳定。
优选地，步骤(2)中GO-MWCNTS-[BMIM]PF6分散液的用量为4～6μL。
最优选地，步骤(2)中GO-MWCNTS-[BMIM]PF6分散液的用量为5μL。
本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的纳米材料离子液体复合修饰电极。
本发明还提供一种上述纳米材料离子液体复合修饰电极在己烯雌酚测定中的应用。
本发明还提供一种上述纳米材料离子液体复合修饰电极在测定畜禽肉中己烯雌酚的含量中的应用。
优选地，以纳米材料离子液体复合修饰电极为工作电极，采用方波伏安法对畜禽肉中的己烯雌酚的含量进行测定，具体包括如下步骤：
(1)配制待测样品液；
(2)使用权利要求5所述的纳米材料离子液体复合修饰电极，采用方波伏安法测定待测样品液的响应电流值，根据线性回归方程计算出己烯雌酚的浓度，经换算即得畜禽肉中己烯雌酚的含量。
优选地，步骤(2)中方波伏安法的具体测试条件为：将三电极电化学系统置于含有己烯雌酚的pH为7.0的PBS溶液中，静置300s后于电位0.3～0.9V，电位增量为12mV，方波振幅为50mV，方波频率为50Hz条件下进行方波伏安扫描；
所述的线性回归方程为：I＝3.2951C－0.4889；其中，C为己烯雌酚的浓度，单位为μmol/L；I为己烯雌酚的响应电流值，单位为μA。
发明人进一步研究表明，以本发明所述的纳米材料离子液体复合修饰电极作为工作电极，在上述方波伏安条件下测定畜禽肉中己烯雌酚的含量，在2.0×10-7～1.0×10- 5mol/L范围内具有良好的线性关系(r＝0.991)，检出限(S/N＝3)为6.7×10-8mol/L。
同时，以本发明所述的纳米材料离子液体复合修饰电极作为工作电极，在上述方波伏安条件下，100倍浓度的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-、NO3 -、SO4 2-均不干扰己烯雌酚的测定；50倍浓度的葡萄糖不干扰己烯雌酚的测定；在10倍浓度的结构类似物中，雌二醇和雌三醇对己烯雌酚的测定没有干扰。
而双烯雌酚、己烷雌酚在0.7V附近会产生氧化峰，该峰对电化学软件自动读取己烯雌酚在0.6V处的氧化峰电流具有一定的干扰。如果样品中含有双烯雌酚和己烷雌酚，可利用电化学软件手动取峰功能读取己烯雌酚的氧化峰电流值并计算其含量，或在样品前处理时需排除双烯雌酚和己烷雌酚的干扰以得到己烯雌酚的准确含量。
优选地，待测样品液的配制方法包含如下步骤：
取畜禽肉绞碎后加入乙腈提取得提取上清液；再向提取上清液中加入正己烷，静置后取下层液体去除溶剂后，加入无水乙醇溶剂后得待测样品液；
其中，畜禽肉与乙腈的用量比为1g:8～15mL；上清液与正己烷的体积比为1～3:1。
发明人进一步研究表明，采用上述待测样品液的配制方法能够有效地提取与富集畜禽肉中的己烯雌酚，同时可以减少双烯雌酚和己烷雌酚对本发明测定方法产生的干扰。
优选地，所述的畜禽肉为猪肉、鸡肉或牛肉。
有益效果：本发明提供了一种全新的纳米材料离子液体复合修饰电极；该电极以氧化石墨烯、多壁碳纳米管以及[BMIM]PF6为原料共同制备得到；三种材料复合后产生协同效应，可以发挥出比单一材料更优越的性能；其对己烯雌酚具有较强的吸附能力；以本发明所述的纳米材料离子液体复合修饰电极作为工作电极，在本发明所述方波伏安条件下测定畜禽肉中己烯雌酚的含量，具有线性范围广、检出限低，以及抗干扰能力强的优点。
附图说明
图1为不同修饰电极的SEM图；其中，图1A为GO/GCE的SEM图，图1B为MWCNTs/GCE的SEM图，图1C为GO-MWCNTs/GCE的SEM图，图1D为GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE的SEM图。
图2为不同修饰电极对1×10-6mol/L DES的电化学响应情况图；其中，a,b,c,d代表显著性差异。
图3为GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE在不同浓度DES溶液中的SWV图；其中插图为DES的电流响应值与其浓度的关系曲线图，插图中C己烯雌酚(a→g)：0，2×10-7，3×10-7，5×10-7，1×10-6，5×10-6，1×10-5mol/L。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1纳米材料离子液体复合修饰电极的制备
(1)将6mg的氧化石墨烯、4mg的多壁碳纳米管与80μL[BMIM]PF6加入装有4mL超纯水的离心管中，于涡旋混匀器上涡旋5min，再超声分散2h即可得到GO-MWCNTS-[BMIM]PF6分散液；
(2)取5μL制备好的GO-MWCNTS-[BMIM]PF6分散液滴涂在玻碳电极表面，室温晾干后用超纯水淋洗电极，即得到纳米材料离子液体复合修饰电极(GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE)；
所述的玻碳电极在滴涂前通过如下方法进行预处理：取玻碳电极依次用1.0、0.3、0.05μm的α-Al2O3粉在专用抛光绒毛垫上进行抛光，用超纯水淋洗干净后，再分别于硝酸(V硝酸：V水＝1:1)、无水乙醇和超纯水中各超声1分钟，然后以0.5mol/L H2SO4溶液为底液，在-1.0～1.0V电位范围内以50mV/s的扫描速度对玻碳电极进行循环伏安扫描，直至稳定。
对比例1
分别以6mg的氧化石墨烯和4mg的多壁碳纳米管为原料参照上述方法制备GO-MWCNTS/GCE。
对比例2
分别以4mg的多壁碳纳米管为原料参照上述方法制备MWCNTS/GCE。
对比例3
分别以6mg的氧化石墨烯为原料参照上述方法制备GO/GCE。
利用SEM对上述实施例和对比例制备得到的GO/GCE、MWCNTs/GCE、GO-MWCNTs/GCE和GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE进行表征，结果如图1所示。GO/GCE表面覆盖着许多波纹状的褶皱结构，这是由于氧化石墨烯薄片之间π-π相互作用的结果；在MWCNTs/GCE上可观察到由相邻的碳纳米管之间强的范德华力作用力而聚集起的网状结构；而将GO与MWCNTs混合超声分散并修饰在玻碳电极表面时，GO-MWCNTs/GCE表面由氧化石墨烯薄片所分散的碳纳米管之间的堆叠情况明显减少；而GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE表面分布着均匀的网状结构，进一步降低了混合物体系的堆叠现象。
实施例2纳米材料离子液体复合修饰电极的电化学性能测试
方波伏安的具体条件为：将三电极电化学系统置于含有DES的pH 7.0PBS溶液中，静置300s后于电位0.3～0.9V，电位增量为12mV，方波振幅为50mV，方波频率为50Hz条件下进行方波伏安扫描。
(1)电化学响应测试
将上述实施例和对比例制备得到的GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE、GO-MWCNTS/GCE、MWCNTS/GCE和GO/GCE共四种修饰电极，考察不同电极对1×10-6mol/L DES的电化学响应情况，并对其进行显著性分析。结果如图2所示，GO-MWCNTS/GCE对DES的响应电流明显大于GO/GCE和MWCNTS/GCE(P<0.05)，这可能是因为GO一方面可以作为表面活性剂用以分散MWCNTs，增大了比表面积、导电性及DES的作用位点，另一方面是由于GO本身含有的含氧官能团能够与DES分子中的酚羟基形成氢键，增强了对DES的吸附能力。当复合材料中含有导电性高的离子液体[BMIM]PF6时，制备得到的GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE对DES的响应灵敏度进一步提高，响应电流值明显大于其他三种修饰电极(P<0.05)，进一步说明复合纳米材料由于具有协同效应，增大了修饰电极的比表面积及对DES的活性作用位点，有利于溶液中的DES吸附在修饰电极表面发生氧化反应，故选择利用GO-MWCNTS-[BMIM]PF6复合材料对玻碳电极进行修饰。
(2)重现性测试
用同一支GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE对浓度为1×10-6mol/L的DES溶液进行测试，连续扫描10次，测得响应电流值的RSD为4.8％(n＝10)，表明GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE有较好的测试重现性。
按照实施例1相同的方法制备6支GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE，并在最优条件下对浓度为1×10-6mol/L的DES溶液进行测定，测得响应电流值的RSD为4.4％(n＝6)，表明GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE有良好的制作重现性。
(3)稳定性测试
按照实施例1相同的方法制备3支GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE，于第1天测定浓度为1×10-6mol/L的DES溶液并记录其峰电流值，然后置于4℃冰箱中避光保存，修饰电极每隔一天测一次1×10-6mol/L的DES溶液。第8天时GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE对DES的响应电流值能达到初始电流的96.7％，表明该修饰电流在一周内可以保持良好的稳定性。
(4)干扰性测试
考察了一些常见的离子、化合物和结构类似物对1×10-6mol/L DES测定的干扰。结果显示，100倍浓度的K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-、NO3 -、SO4 2-均不干扰DES的测定；50倍浓度的葡萄糖不干扰DES的测定；在10倍浓度的结构类似物中，雌二醇和雌三醇对DES的测定没有干扰，而双烯雌酚、己烷雌酚在0.7V附近会产生氧化峰，该峰对DES在0.6V处氧化峰电流的测量具有一定的干扰。当测定样品时，可根据样品溶液的方波伏安出峰情况判断样品中是否含有这两种结构类似物。当样品中不含有这两种物质时，该电化学法可准确测定样品中DES的含量；如果样品中含有结构类似物，可利用电化学软件手动取峰功能读取DES的氧化峰电流值并计算其含量，或在样品前处理时需排除干扰物质以得到DES的准确含量。
(5)线性范围和检出限
采用方波伏安法(SWV)考察了不同浓度的DES溶液在GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE上的电流响应。结果如图3所示，DES的响应电流值(I，μA)与其浓度(C，μmol/L)在2.0×10-7～1.0×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系，线性方程为I＝3.2951C－0.4889(r＝0.991)，检出限为6.7×10-8mol/L。
实施例3样品测定
(1)配制待测样品液；
(2)使用实施例1制备得到的纳米材料离子液体复合修饰电极，采用方波伏安法测定待测样品液的响应电流值，根据线性回归方程计算出己烯雌酚的浓度，进一步经换算可得畜禽肉中己烯雌酚的含量；
步骤(2)中方波伏安法的具体测试条件为：将三电极电化学系统置于含有己烯雌酚的pH为7.0的PBS溶液中，静置300s后于电位0.3～0.9V，电位增量为12mV，方波振幅为50mV，方波频率为50Hz条件下进行方波伏安扫描；
所述的线性回归方程为：I＝3.2951C－0.4889；其中，C为己烯雌酚的浓度，单位为μmol/L；I为己烯雌酚的响应电流值，单位为μA。
待测样品液的制备方法如下：称取1.0g已绞碎的鸡肉、猪肉或牛肉样品于50mL离心管中，加入10mL乙腈，涡旋混匀提取15min，再超声提取10min后，于7000r/min离心10min，将上清液转移至第二个离心管中，向残渣中加入10mL乙腈，重复提取两次，合并上清液。向第二个离心管中加入10mL正己烷，静置15min，取下层液体，于50℃旋转蒸发至干，加入5mL无水乙醇进行溶解，即得到待测样品液。
结果测得以上几种畜禽肉样品均未出现DES的特征氧化峰，表明所测样品均不含DES。
进一步地，在以上各样品中分别添加低、中、高3个不同浓度的DES标准溶液，经同样的处理后分别平行测定3次，结果如表1所示，猪肉、鸡肉、牛肉样品的加标回收率分别为85.0％～90.3％、84.5％～90.2％、85.8％～88.6％，RSD分别为2.1％～2.9％、0.8％～3.6％、0.2％～3.4％。此外，利用HPLC法并根据国标GB/T 5009.108-2003对以上三种畜禽肉样品进行验证测定，测得这三种畜禽肉样品均不含DES，与GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE测定的结果保持一致，表明利用GO-MWCNTS-[BMIM]PF6/GCE测定鸡肉、猪肉和牛肉中的己烯雌酚具有良好的准确度和可信度。
表1畜禽肉样品回收率测试结果