AuCo合金微粒-石墨烯復合膜修飾電極的制備及其在測定亞硫酸根中的應用

2015-02-03 徐芳 武漢大學化學與分子科學學院

  以石墨烯(GN)修飾玻碳電極(GCE)為基底,以HAuCl4,Co(NO3 )2,Na2 SO4 及十二烷基磺酸鈉(SDS)的混合溶液為電沉積液,在-1.0 V(vs. SCE)恒電位沉積制備出新型AuCo 合金微粒修飾電極(AuCo/ GN/ GCE)。所得AuCo 微粒呈球形帶刺狀,均勻分布在石墨烯表面。它對SO2-3 的電氧化表現出催化作用,在酸性溶液中SO2-3 可在AuCo/ GN/ GCE 上產生靈敏的氧化峰。在優化后的實驗條件下,AuCo/ GN/ GCE 在0.4 V 對SO2-3 的響應電流與其濃度在0.5 ~28 mmol/ L 和36 ~324 mmol/ L 范圍內呈線性關系,檢出限為0.2 mmol/ L(S/ N=3)。該電極具有良好的重現性和穩定性,將其用于飲品中SO2-3 的電化學測定,加標回收率為94% ~109%。

  引言

  亞硫酸鹽具有漂白、防腐、抗菌等作用,被廣泛用作食品添加劑。但若添加的亞硫酸鹽過多會引起食用者過敏或氣喘。因此,主管部門食品中亞硫酸鹽的添加量有一定限制。然而,為了改善食品外觀等而過量使用亞硫酸鹽的情況仍時有發生。因此,檢測亞硫酸鹽的含量有一定實際意義。

  亞硫酸鹽含量可用分光光度法、化學發光法、色譜法等測定。例如Safavi 等以亮綠為顯色劑,在pH 7.0 的緩沖溶液中用光度法定水樣中的亞硫酸鹽和硫化物,其線性范圍為0. 05 ~3. 6 mg/ L,但一些陽離子對測定有干擾;赟O2-3 誘導Ni髤與四甘氨酸的復合物引發魯米諾發光,Bonifacio 等提出了靈敏的SO2-3 化學發光檢測法。不過,用此法測定實際樣品時需對樣品進行較復雜的前處理,以除去金屬離子、醇類及胺類干擾物。近年來,利用電化學方法和生物傳感器測定SO2-3 已有報道,這些方法快速、靈敏。Rawal 等 用納米金鄄殼聚糖鄄多壁碳納米管鄄聚苯胺修飾金電極,再將亞硫酸鹽氧化酶固定到修飾電極上制備成酶電極,用于果汁和酒精飲料中SO2-3 的測定。Dadamos 等以納米銅和席夫堿修飾的鉑電極測定SO2-3 ,檢出限為1. 2 mmol/ L。Karimi Maleh 等用二茂鐵鄄碳納米管復合膜修飾電極測定工業廢水等試樣中的SO2-3 ,方法的選擇性和重現性較好。

  許多合金具有較高的催化活性、催化選擇性及抗毒化作用等,在電化學及有機合成等領域得到廣泛應用,但將合金用于電分析和傳感器的報道較少。本研究在石墨烯(Graphene, GN) 表面電沉積AuCo 合金,并將其用于SO2-3 的檢測。結果表明,此電極不僅靈敏度高、線性范圍寬,而且重現性和穩定性也較好,可用于檢測實際樣品中SO2-3 的含量。

  2、實驗部分

  2.1、儀器與試劑

  CHI660D 電化學工作站(上海辰華儀器公司),Quanta 200 掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscopy, SEM, 荷蘭FEI 公司),X鄄射線衍射儀(XRD, Rigaku D/ max鄄rA,日本),采用高強度CuKa 線(l=1. 54056 魡, 40 kV, 40 mA)和Ni 濾光器。石墨烯、十二烷基磺酸鈉(Sodium dodecyl sulfonate, SDS)、HAuCl4、Co(NO3 )2、Na2SO4 和無水Na2SO3(分析純,國藥試劑公司)。其它試劑為分析純,實驗用水為二次蒸餾水。

  2.2、修飾電極的制備

  將3. 0 mg GN 超聲分散于6 mL 二次水中,取5 滋L 分散好的GN 溶液滴在干凈的GCE 或氧化銦錫導電玻璃(Indium tin oxide coated glass, ITO) 片表面,置紅外燈下烤干,得GN 修飾電極(GN/ GCE(ITO))。將此修飾電極置于1 mmol/ L HAuCl4 + 20 mmol/ L Co(NO3)2 + 0. 04 mmol/ L SDS + 0. 2 mol/ LNa2SO4 溶液中,于-1. 0 V 恒電位沉積200 s(沉積時攪拌溶液), 沉積后電極用水淋洗,自然晾干,所得電極記為AuCo/ GN/ GCE ( ITO)。同法制得AuCo/ GCE ( ITO)。同時還在1 mmol/ L HAuCl4 +0. 2 mol/ L Na2SO4 中制備Au/ GN/ GCE (ITO),Au/ GCE (ITO);在20 mmol/ L Co(NO3 )2 +0. 2 mol/ LNa2SO4 中制備Co/ GN/ GCE(ITO)。

  2.3、實驗方法

  實驗采用三電極系統,以飽和甘汞電極(SCE)為參比電極,鉑絲為對電極,修飾電極(R =2 mm)為工作電極。在10 mL 燒杯內加0. 3 mol/ L H2SO4 和適量0. 05 mol/ L 亞硫酸鹽溶液,再將電極系統浸入,記錄0 ~0. 8 V 范圍內的循環伏安圖。計時電流測定時,檢測電位定在0. 4 V,同時攪拌溶液。

  3. 5、電極的重現性、穩定性和選擇性

  分別制作10 支AuCo/ GN/GCE 用于0.05 mmol/ L SO2-3 的測定,得其響應電流的相對標準偏差(RSD)為7. 1%。用同一支電極連續測定0. 05 mmol/ L SO2-3 20 次,響應電流的RSD 為3. 4%。將此電極封好保存,兩周后峰電流降低9. 2%。這些表明該電極具有較好的重現性和穩定性。檢測了常見樣品中的一些組分對0. 05 mmol/ L SO2-3 的響應電流的影響。結果表明, 當200 倍果糖、蔗糖、檸檬酸、葡萄糖和乙醇存在時,SO2-3 的響應基本不變;但抗壞血酸的影響很大,當加入0. 1 倍的抗壞血酸時,SO2-3 的響應電流變化近8%?箟难岬挠绊懣赏ㄟ^氧化或在較低電位處先測出其響應電流后再扣除等方法減免。

  3. 6、實際樣品分析

  用所制備的修飾電極測定了幾種樣品中的SO2-3。每次測樣時在8 mL 0.3 mol/ L H2SO4 溶液中加入2 mL待測樣品溶液。實驗結果如表1 所示,其中蘋果醋和雪碧中未檢出,紅酒中SO2-3 的濃度為457 mmol/ L。在溶液中加入SO2-3 標準溶液,測得回收率為94% ~ 109%,表明本方法具有較好的可靠性。電極適合測定飲品中SO2-3 的含量。

表1 實際樣品中SO2-3 的測定結果

實際樣品中SO2-3 的測定結果