功能化介孔材料修饰碳糊电极的制备及在食品重金属检测中的应用

【摘要】：食品安全问题是人们最关注的核心问题之一，随着工农业的迅猛发展，食品重金属污染问题日渐突出，严重威胁了人类的生存和健康。常见的重金属检测方法有原子吸收光谱法、荧光光谱法、电感藕合、等离子质谱法等，但因仪器价格昂贵、操作繁琐、费时，不适用于大规模现场样品的快速检测。采用电化学传感器检测痕量重金属离子是当今的研究热点，相对于其他方法它具有价格低廉、分析速度快、易于控制等优势。有序介孔材料是一类介孔孔径介于2-50nm之间、孔道大小均匀、规则可调的无机多孔材料，它具有比表面积大、水热稳定性好、表面基团可功能化、吸附容量高等特性，为其功能化组装成碳糊电极，制备性能良好的电化学传感器提供了有利条件，它能够促进金属离子在电极表面的富集，加速电活性物质在孔道内的迁移和电子的传递，提高电极的灵敏度。本文采用有序介孔材料SBA-15为载体材料，制备了两种新型化学修饰碳糊电极，并将其用于食品中的铜离子和铅离子的检测，得到了操作简单、灵敏度高的新的重金属离子检测方法。本文主要内容如下： 1.采用一步法(one-pot)合成了氨基功能化的SBA-15，进而用化学键合的方法制备了8-羟基喹啉功能化的SBA-15(8HQ-A-SBA-15)和缩氨基硫脲功能化的SBA-15(TSC-G-A-SBA-15)，并通过XRD、SEM、TEM、N2吸附-脱附等技术对复合材料的结构进行了系统的表征。 2.使用8-羟基喹啉功能化的SBA-15作为修饰剂，制备了一种新型修饰碳糊电极，采用方波溶出伏安法实现了对茶叶中的铅离子的检测。研究了缓冲液PH值、修饰剂含量、富集电压和富集时间等因素对铜离子溶出峰电流的影响。实验结果表明，8HQ-A-SBA-15修饰碳糊电极对铜离子具有良好的电化学响应，这是因为引入的有机配体8-羟基喹啉对铜离子的配位作用，SBA-15独特的结构特性和较强的吸附性能共同促进了铜离子在碳糊电极表面的富集；分子筛特殊的孔道结构能够加速电子传递速度。8HQ-A-SBA-15修饰碳糊电极提高了检测方法的灵敏度，增强了电极的稳定性和重现性，该方法对铜离子的检测限达0.7ppb，并且成功应用于茶叶中痕量铜的测定。 3.制备了TSC-G-A-SBA-15修饰碳糊电极，并作为工作电极应用于螺旋藻中痕量铅离子的检测。研究了铅离子在TSC-G-A-SBA-15修饰碳糊电极表面的电化学响应机理，考察了缓冲液PH值、修饰剂含量、富集电压和时间等因素对铅离子溶出峰电流的影响，确定了最佳检测条件。实验结果表明，在最佳的检测条件下，铅离子检测的线性范围在浓度为1ppb-500ppb内，溶出峰电流值与铅离子浓度呈良好的线性关系，检出限可达0.65ppb。材料兼具有机配体缩氨基硫脲对铅离子的强的配位作用和分子筛修饰电极材料的优点，取得了良好的电化学响应信号。采用该修饰电极应用于螺旋藻中的铅离子的测定，检测结果与原子吸收光谱法一致，说明该方法具有较高的准确性，且操作简单、所需费用少、灵敏度高，适合于食品中痕量铅离子的常规检测。