本發(fā)明涉及一種氮氧共摻雜碳布的制備及其用于檢測(cè)食品中槲皮素的電化學(xué)傳感應(yīng)用，屬于材料制備。

背景技術(shù)：

1、槲皮素(quercetin，qu)是一種天然的黃酮類(lèi)化合物，對(duì)人體健康有益，食品中富含槲皮素的主要有葡萄、櫻桃、漿果、蘋(píng)果、西蘭花、柑橘類(lèi)水果、紅酒、洋蔥、紅茶等。槲皮素具有多種生物活性，如防治急性肝損傷、抗氧化、抗炎、抗癌、降血糖、提高免疫力、改善骨質(zhì)疏松作用等，因此近年來(lái)槲皮素的研究受到了廣泛關(guān)注。但是，人體中槲皮素含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致腎功能衰竭、視力模糊、緊張、皮疹、心跳率改變和嚴(yán)重頭痛等問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)快速、靈敏、安全且經(jīng)濟(jì)有效檢測(cè)食品中槲皮素的方法可以為食品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)估、食品加工和生產(chǎn)以及槲皮素的相關(guān)研究提供科學(xué)依據(jù)。

2、目前對(duì)食品中槲皮素進(jìn)行測(cè)定的方法有薄層色譜法(tlc)、高效液相色譜法(hplc)、液相色譜-質(zhì)譜法(lc–ms)和高效毛細(xì)管電泳法(ce)等方法。但是，薄層色譜的分離效果相對(duì)較差和靈敏度相對(duì)較低；液相色譜-質(zhì)譜法對(duì)待測(cè)物的處理繁瑣，成本高。雖然高效液相色譜方法所具有的靈敏度較高和穩(wěn)定性較強(qiáng)，但它耗時(shí)長(zhǎng)、儀器昂貴、消耗有機(jī)溶劑量大的缺點(diǎn)。因此亟需一種具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、成本低對(duì)食品中槲皮素進(jìn)行測(cè)定的方法。

3、碳纖維碳布(cc)是一種柔韌性強(qiáng)和比表面積大的二維材料，作為電化學(xué)傳感器電極材料來(lái)說(shuō)，其具有很好的柔韌性和自支撐性，可以避免粘合劑使用，而且可以適應(yīng)一定程度的形變和彎曲，使得在不同環(huán)境下的電化學(xué)檢測(cè)裝置具有較好的穩(wěn)定性和可靠性。但碳布(cc)具有較強(qiáng)的疏水性、低比表面積和較弱的電化學(xué)活性，這限制了其在電化學(xué)傳感中的應(yīng)用。但碳布(cc)表面可以通過(guò)化學(xué)修飾或物理吸附等方法進(jìn)行功能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定電化學(xué)反應(yīng)的檢測(cè)。通過(guò)高溫退火策略制備的退火碳布(acc)，具有更高的缺陷、更粗糙的表面、更多的官能團(tuán)、更親水的表面和更大的離子可及表面積，可應(yīng)用于吡蟲(chóng)啉(idp)的電化學(xué)傳感。還有研究表明，與未經(jīng)處理的碳布(cc)相比，經(jīng)過(guò)酸氧化處理的碳布(o-cc)表面更粗糙、含碳氧官能團(tuán)更多，對(duì)亞硝酸鹽表現(xiàn)出更高的電流響應(yīng)和靈敏度。在cc電極的改良制造中，通過(guò)引入活性材料或官能團(tuán)來(lái)對(duì)碳布進(jìn)行表面官能團(tuán)化是調(diào)節(jié)其界面性質(zhì)的一項(xiàng)有效措施，如n、o、s和p等雜原子的摻雜已被廣泛用于碳布(cc)的活化處理，并應(yīng)用于電化學(xué)催化領(lǐng)域中。研究表明電極表面上引入一些含氧官能團(tuán)是提高電極電化學(xué)活性的有效手段。此外，多項(xiàng)研究證明氮摻雜可以提高碳材料(石墨烯、碳納米片、碳納米管等)的導(dǎo)電能力，提高電子傳輸速度，同時(shí)氮摻雜可以改變碳材料的微觀結(jié)構(gòu)，增加比表面積，提供更多的活性位點(diǎn)，氮物種的引入有助于增強(qiáng)電極表面與反應(yīng)物之間的相互作用，從而提高碳材料的催化活性。然而目前，氮摻雜碳材料的制備一般比較復(fù)雜，一般需要經(jīng)過(guò)高溫退火或水熱處理而制得，工藝復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

2、為了提高碳布的電化學(xué)傳感性能，以及解決cc不能直接使用且氮摻雜工藝復(fù)雜等問(wèn)題，本發(fā)明提供一種氮氧共摻雜碳布的制備方法及其用于檢測(cè)食品中槲皮素的應(yīng)用。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

5、氮氧共摻雜碳布的制備方法，其包括將在以(nh4)2so4溶液為電解液中構(gòu)建三電極體系的電化學(xué)的運(yùn)行體系下，處理碳布，得到氮氧共摻雜碳布(n,o-cc)。

6、如上所述的制備方法，優(yōu)選地，所述(nh4)2so4溶液的濃度為0.5m～2m，所述三電極體系中工作電極為cc電極，參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為鉑片，電化學(xué)處理碳布為在陽(yáng)極電位為1.8～2.4v下進(jìn)行，電化學(xué)處理的陽(yáng)極氧化時(shí)間為5min～20min。

7、進(jìn)一步地，優(yōu)選(nh4)2so4溶液的濃度為1m，陽(yáng)極電位為2.2v，所述陽(yáng)極氧化時(shí)間為15min。

8、氮氧共摻雜碳布的電化學(xué)傳感器的制備方法，其包括如下步驟：其是以薄鉑片作為導(dǎo)電線接觸面應(yīng)將薄鉑片包裹在按上述制備方法獲得的氮氧共摻雜碳布的一端制備獲得氮氧共摻雜碳布電極。

9、如上所述的氮氧共摻雜碳布的電化學(xué)傳感器在檢測(cè)食品中槲皮素的應(yīng)用。

10、一種檢測(cè)槲皮素的方法，其包括采用上述制備的氮氧共摻雜碳布的電化學(xué)傳感器作為工作電極，鉑片為對(duì)電極，參比電極為飽和甘汞電極，組成三電極體系，采用的pbs溶液為電解質(zhì)溶液，利用差分脈沖伏安法檢測(cè)待測(cè)溶液中槲皮素的含量。

11、如上所述的方法，優(yōu)選地，所述pbs溶液為0.2m，ph值為6.0。

12、如上所述的方法，優(yōu)選地，進(jìn)行dpv測(cè)試前，先將待測(cè)溶液加入電解質(zhì)溶液，先采用恒電位法(i-t技術(shù))對(duì)待測(cè)物進(jìn)行富集，所述富集條件是：富集電位為-0.1v，富集時(shí)間為10min，然后再進(jìn)行dpv測(cè)試。

13、如上所述的方法，優(yōu)選地，所述差分脈沖伏安法的測(cè)試條件是：電位區(qū)間在-0.1～0.4v，電位增幅為5mv，脈沖寬度為0.06s，取樣間隔0.02s，脈沖周期0.5s，振幅為0.05v，靈敏度100μa。

14、(三)有益效果

15、本發(fā)明的有益效果是：

16、本發(fā)明提供了一種快速的電化學(xué)方法對(duì)碳布(cc)進(jìn)行前處理，制備了一種新型的氮氧共摻雜碳布(n,o-cc)電極，并基于該電極構(gòu)建了超高靈敏度的槲皮素電化學(xué)傳感器。以(nh4)2so4為電解液，采用恒電位技術(shù)對(duì)cc，獲得了新型的n,o-cc電極。該前處理使碳布(cc)表面變得更加粗糙，比表面積增大，提供了更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，同時(shí)使碳布(cc)表面增加了-oh等親水基團(tuán)并使氮摻雜入碳布(cc)，增強(qiáng)了碳布(cc)的電導(dǎo)性和親水性，以及可以通過(guò)氫鍵與槲皮素相互作用，提高槲皮素在電極表面的吸附能力，有利于提升電化學(xué)反應(yīng)的速率和檢測(cè)的靈敏度。采用dpv和cv研究槲皮素在n,o-cc傳感器上的電化學(xué)性能與反應(yīng)機(jī)理，并通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)測(cè)試相關(guān)條件進(jìn)行優(yōu)化處理，最終建立了一種高靈敏度且響應(yīng)速度快的檢測(cè)槲皮素(qu)的電化學(xué)檢測(cè)法。

17、本發(fā)明提供的電化學(xué)檢測(cè)法，檢測(cè)槲皮素的檢出限為4.2nm(s/n＝3)，靈敏度為1466.8μaμm-1cm-2；運(yùn)用n,o-cc電化學(xué)傳感器對(duì)洋蔥粉中槲皮素含量進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)，測(cè)得加標(biāo)回收率為84.83％～108.9％。此方法對(duì)食品中槲皮素檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)便，靈敏度高，響應(yīng)速度快，線性范圍寬，且重現(xiàn)性良好，結(jié)果表明該電化學(xué)傳感器對(duì)槲皮素的檢測(cè)具有很大的潛在價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種氮氧共摻雜碳布的制備方法，其特征在于，其包括將在以(nh4)2so4溶液為電解液中構(gòu)建三電極體系的電化學(xué)的運(yùn)行體系下，處理碳布，得到氮氧共摻雜碳布。

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述(nh4)2so4溶液的濃度為0.5m-～2m，所述三電極體系中工作電極為cc電極，參比電極為飽和甘汞電極，對(duì)電極為鉑片，電化學(xué)處理碳布為在陽(yáng)極電位為1.8～2.4v下進(jìn)行，電化學(xué)處理的陽(yáng)極氧化時(shí)間為5min～20min。

3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述(nh4)2so4溶液的濃度為1m，陽(yáng)極電位為2.2v，所述陽(yáng)極氧化時(shí)間為15min。

4.氮氧共摻雜碳布的電化學(xué)傳感器的制備方法，其特征在于，其是以鉑片作為導(dǎo)電線接觸面應(yīng)將鉑片包裹在按權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述制備方法獲得的氮氧共摻雜碳布的一端制備獲得氮氧共摻雜碳布電極。

5.權(quán)利要求4所述制備方法獲得的氮氧共摻雜碳布的電化學(xué)傳感器在檢測(cè)槲皮素中的應(yīng)用。

6.一種檢測(cè)槲皮素的方法，其包括以權(quán)利要求4制備的氮氧共摻雜碳布的電化學(xué)傳感器作為工作電極，鉑片為對(duì)電極，參比電極為飽和甘汞電極，組成三電極體系，采用的pbs溶液為電解質(zhì)溶液，利用差分脈沖伏安法檢測(cè)待測(cè)溶液中槲皮素的含量。

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，pbs溶液為0.2m，ph值為6.0。

8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)行dpv測(cè)試前，先將待測(cè)溶液加入電解質(zhì)溶液，采用恒電位法對(duì)待測(cè)物進(jìn)行富集，所述富集條件是：富集電位為-0.1v，富集時(shí)間為10min；然后再進(jìn)行dpv測(cè)試。

9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述差分脈沖伏安法的測(cè)試條件是：電位區(qū)間在-0.1～0.4v，電位增幅為5mv，脈沖寬度為0.06s，取樣間隔0.02s，脈沖周期0.5s，振幅為0.05v，靈敏度100μa。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種氮氧共摻雜碳布的制備方法及其用于檢測(cè)食品中槲皮素的應(yīng)用。制備方法為通過(guò)在(NH4)2SO4溶液中對(duì)商用碳布(CC)進(jìn)行一步電化學(xué)處理，制備氮氧共摻雜碳布(N,O?CC)?；谠揘,O?CC構(gòu)建了一種高靈敏度的新型電化學(xué)傳感器，并應(yīng)用于食品中槲皮素的電化學(xué)檢測(cè)。結(jié)果顯示，與碳布電極相比，N,O?CC電化學(xué)傳感器對(duì)槲皮素的氧化還原反應(yīng)展現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的電催化活性；其用于對(duì)洋蔥粉中槲皮素含量進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè)，測(cè)得加標(biāo)回收率為84.83％～108.9％。此方法對(duì)食品中槲皮素檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)便，靈敏度高，響應(yīng)速度快，線性范圍寬，且重現(xiàn)性良好，結(jié)果表明該電化學(xué)傳感器對(duì)槲皮素的檢測(cè)具有很大的潛在價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：葉銀堅(jiān),歐賢銘,尤嘉慧,肖荔丹,林卓填,楊則思,周玉信
受保護(hù)的技術(shù)使用者：肇慶學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/17