本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種用于咖啡因檢測的化學(xué)修飾電極，是將打磨拋光的玻碳電極依次用聚金納米粒子、L?半光氨酸、Nafion、還原氧化石墨烯對進行改而得。以該化學(xué)修飾電極為檢測電極，含有咖啡因的pH=2.0的0.1M?H2SO4緩沖溶液為電解質(zhì)，利用微分脈沖伏安法，在掃描速率90~190?mV，電極電勢?0.6~2.1V下，掃描圈數(shù)8~10，CAF的濃度與其氧化峰電流呈良好的線性關(guān)系，檢測限為1.0×10?9M。因而該電極對咖啡因的檢測顯示了非常高的靈敏度、穩(wěn)定性、可重復(fù)性、長期穩(wěn)定性和低的檢測限，并且對本對飲料中咖啡因檢測時不需要任何預(yù)處理，能有效地用于市售飲料中咖啡因含量的檢測。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種用于咖啡因檢測的化學(xué)修飾電極，尤其涉及一種3D金納米粒子-聚L-半光氨酸/Nafion/還原氧化石墨烯復(fù)合膜修飾的化學(xué)修飾電極及其制備；本專利技術(shù)同時還涉及該化學(xué)修飾電極在檢測咖啡因中的應(yīng)用，屬于食品安全監(jiān)測
技術(shù)背景咖啡因是植物體中主要的生物堿，屬于黃嘌呤類衍生物，且主要存在于咖啡豆，可可豆，可樂果，茶葉等植物之中。在人們的日常生活中，適量的咖啡因通常用作人體的精神物質(zhì)且對人體產(chǎn)生許多重要的生理效應(yīng)，例如：興奮神經(jīng)，利尿，緩解頭痛等。但是，如果過量使用咖啡因，就會對人體產(chǎn)生一些不良影響例如：冠心病，腎功能下降，增加胃酸的分泌，抑郁，惡心，多動癥等。因此，建立便捷、快速、靈敏、準確的咖啡因檢測方法對于保障人類健康具有十分重要的意義。檢測咖啡因的方法很多，常用的有固相萃取/液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用/質(zhì)譜、高效液相色譜、高效液相色譜-二極管陣列檢測器、拉曼光譜、核磁共振、反相高效液相色譜、紫外、固相萃取、同步熒光技術(shù)等。這些技術(shù)雖然能夠有效的檢測咖啡因，但是仍然存在耗時、操作過程復(fù)雜等缺點。化學(xué)修飾電極是近年來發(fā)展較快的新型檢測技術(shù)，與傳統(tǒng)檢測方法相比，具有快速、準確、靈敏的優(yōu)點。目前，已經(jīng)有許多報道用電化學(xué)方法檢測咖啡因，但這些方法檢測限較高，線性范圍較窄。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中化學(xué)修飾電極檢測咖啡因存在的問題，提供一種對于檢測咖啡因靈敏度高、選擇性強、檢測限低、線性范圍寬的化學(xué)修飾電極。一、化學(xué)修飾電極的制備本專利技術(shù)的化學(xué)修飾電極的制備，是將打磨拋光的玻碳電極依次用聚金納米粒子、L-半光氨酸、Nafion、還原氧化石墨烯對進行改性而得。具體工藝如下：先將還原氧化石墨烯分散在Nafion-甲醇溶液中超聲2~5小時，得到rGO-Nafion分散液；再將rGO-Nafion分散液涂覆在打磨拋光的玻碳電極表面，并在紅外燈下烘干；然后將電極置于2mM膠體金和1.0×10-3 M的l-半胱氨酸的混合液中，在電極電勢為-0.6~2.1V的范圍內(nèi)掃描5~10圈，使電極表面形成一層高分子膜；掃描完成后用二次蒸餾水淋洗電極表面并在紅外燈下烘干，即得——3D金納米粒子-聚L-半胱氨酸/Nafion/還原氧化石墨烯復(fù)合膜修飾電極，標記為3D AuNPs-cys/rGO-Nafion/GCE。上述還原氧化石墨烯分散在Nafion-甲醇溶液中的濃度為0.1~1mg/mL；Nafion-甲醇溶液中，Nafion的體積百分數(shù)為0.1~0.5%。rGO-Nafion分散液涂覆在打磨拋光處的玻碳電極表面的量為0.2~0.3m L/cm2。二、化學(xué)修飾電極的表征下面通過掃描電鏡（SEM）、X射線能譜儀（EDS）、紅外圖譜（FT-IR ）、X射線衍射（XRD）、拉曼光譜（Raman）等對本專利技術(shù)還原氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)、形貌進行表征，同時利用掃描電鏡（SEM）對制備的修飾電極進行形貌表征。1、SEM分析圖1(A)是氧化石墨烯的掃描電鏡圖，從圖中可以清楚地看到GO的薄層褶皺結(jié)構(gòu)；圖1(B)是還原氧化石墨烯的掃描電鏡圖，與圖1(A)相比，明顯看到rGO是由更薄層的單層石墨烯片層隨機堆積而成褶皺結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是rGO本身固有的結(jié)構(gòu)，正是這種獨特的褶皺結(jié)構(gòu)使rGO具有更大的比表面積。圖2是修飾電極3D AuNPs-cys/rGO-Nafion/GCE的掃描電鏡圖。從圖中可以看到修飾電極更詳細的表面結(jié)構(gòu)，即在薄層的，褶皺的石墨烯表面出現(xiàn)了許多近似球狀顆粒狀物質(zhì)，這些球狀顆粒物質(zhì)較均勻的分散在石墨烯的表面，說明納米金顆粒已經(jīng)成功地沉積在電極表面。此外，這種修飾電極表面具有許多孔狀結(jié)構(gòu)，使其具有較強的吸附性能，對咖啡因的檢測具有更高的靈敏度。2、EDS分析圖3(A)是氧化石墨烯的X射線能譜圖，由圖可知，GO中的含碳量為77.78%，含氧量為22.22%；圖3(B)是還原氧化石墨烯的X射線能譜圖，rGO中的含碳量高達88.90%，含氧量降低到11.10%，說明實驗已經(jīng)成功地得到了rGO。3、FT-IR分析為了進一步獲得石墨烯的結(jié)構(gòu)，實驗利用傅立葉紅外變換光譜儀表征了石墨氧化還原后含氧官能團的變化，如圖4所示。圖4中曲線a是石墨粉的紅外光譜圖，從圖中曲線a我們看到，除了在3394 cm-1，1624 cm-1處可以看到兩個各伸縮振動峰之外，再沒有其它明顯的振動峰出現(xiàn)，我們把這兩個振動峰分別歸因于水中的-OH伸縮振動峰和石墨中的C=C伸縮振動峰。曲線b是石墨烯的紅外圖，我們不僅清楚地看到在波數(shù)為3394, 1624 cm-1處的峰，而且出現(xiàn)了新的伸縮振動峰，分別在1724, 1222 and 1053 cm-1處，這些峰我們分別歸因于氧化石墨烯中的含氧官能團C=O，O-H，C-O-O的振動峰，這也說明我們已經(jīng)成功地獲得了氧化石墨烯。曲線c是還原氧化石墨烯的紅外曲線圖，與曲線b相比，沒有明顯的伸縮振動峰出現(xiàn)，除了3394 cm-1和1624 cm-1處，即水中的-OH峰和石墨烯中的C=C伸縮振動峰。表明氧化石墨烯經(jīng)過水合肼還原后，含氧官能團被還原的很徹底，且得到的還原氧化石墨烯結(jié)構(gòu)比較完整。4、XRD分析為了進一步了解石墨烯氧化還原過程中石墨烯晶體結(jié)構(gòu)和純度的變化，我們利用X射線衍射儀對其進行表征，如圖5所示，曲線a是石墨粉的X射線衍射譜圖，從圖中可以看到在2θ= 26.4°（002）處有一個尖銳而強烈的衍射峰，此衍射峰是石墨的特征衍射峰，表明石墨具有比較規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)。隨著石墨的進一步氧化，從圖中曲線b可以清楚地看到（002）面的衍射峰明顯減弱甚至消失，而在（001）即5.74°處出現(xiàn)了一個新的尖銳而較弱的衍射峰，這個衍射峰是氧化石墨烯的特征衍射峰；當(dāng)用水合肼還原GO后，在2 θ=21.92°處出現(xiàn)了一個新的較寬而弱的衍射峰，表明石墨的規(guī)整結(jié)構(gòu)被破壞，晶體結(jié)構(gòu)的完整性降低，無序性增加，同時也表明還原后的石墨烯是非常薄的。5、Raman分析圖6是石墨烯的拉曼光譜圖。從圖中在圖中可以清楚地看到約在1300 cm-1和1600 cm-1處有兩個峰，分別是D帶和G帶。D帶是代表石墨烯邊緣的缺陷及無定形結(jié)構(gòu)，而G帶代表一階的散射E2g振動模式，用來表征碳的sp2鍵結(jié)構(gòu)。D/G強度比是對無序石墨的測量手段，其比值越小，說明材料的無序性，缺陷越小，石墨烯程度越高。由圖可計算出，GO的ID/IG為1.28，rGO的ID/IG為0.92，說明我們已經(jīng)成功的制備了rGO。三、咖啡因在修飾電極的電化學(xué)行為利用循環(huán)伏安法考察了咖啡因在不同修飾電極（a）裸電極，（b）Cys/Gr-Nafion修飾電極，（c）AuNPs/rGO修飾電極，（d）rGO-Nafion修飾電極，（e）3D AuNPs-cys/rGO-Nafion修飾電極在含有5.0×10-4M CAF的0.1M H2SO4 (pH= 2.0)緩沖溶液中的電化學(xué)行為，如圖7（A）所示。在裸電極a上，可以看到一個較弱的氧化峰出現(xiàn)，表明裸電極對咖啡因具有弱的電化學(xué)響應(yīng)。對于曲線b，Cys/Gr-Nafion復(fù)合膜修飾電極，我們可以明顯觀察到在氧化峰電勢為1.407V處有一個較大的氧化峰，經(jīng)計算得到該處的峰電流強度是裸電極上的1.27倍，說明該復(fù)合材料可以本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種用于咖啡因檢測的化學(xué)修飾電極，是將打磨拋光的玻碳電極依次用聚金納米粒子、L?半光氨酸、Nafion、還原氧化石墨烯對進行改性而得。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于咖啡因檢測的化學(xué)修飾電極，是將打磨拋光的玻碳電極依次用聚金納米粒子、L-半光氨酸、Nafion、還原氧化石墨烯對進行改性而得。2.如權(quán)利要求1所述用于咖啡因檢測的化學(xué)修飾電極的制備，是先將還原氧化石墨烯分散在Nafion-甲醇溶液中超聲2~5小時，得到rGO-Nafion分散液；再將rGO-Nafion分散液涂覆在打磨拋光的玻碳電極表面，并在紅外燈下烘干；然后將電極置于2mM膠體金和1.0×10-3 M的l-半胱氨酸的混合溶液中，在電極電勢為-0.6~2.1V的范圍內(nèi)掃描5~10圈，使電極表面形成一層高分子膜；掃描完成后用二次蒸餾水淋洗電極表面并在紅外燈下烘干，即得化學(xué)修飾電極——3D金納米粒子-聚L-半胱氨酸/Nafion/還原氧化石墨烯復(fù)合膜修飾電極。3.如權(quán)利要求1所述用于咖啡因檢測的化學(xué)修飾電極的制備，其特征在于：還原氧化石墨烯分散在Nafion-甲醇...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊武，安惠惠，郭昊，盧秀，黃萍，林丹，
申請(專利權(quán))人：西北師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：甘肅;62
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