基于四氧化三鐵磁性納米材料檢測油炸食品中特丁基對苯二酚的研究

（.黃河水利職業技術學院環境工程學院，河南開封475000；.河南大學化學化工學院，河南開封475000）

特丁基對苯二酚（tert-butylhydroquinone，TBHQ）作為一種新合成的抗氧化劑，由于具有穩定性好、耐高溫、低毒、抑菌等作用，在工業生產中具有廣泛的應用[1-3]。但研究發現：TBHQ過量使用或使用不當時會對人的身體健康造成嚴重影響，因此我國對TBHQ的使用有著嚴格的監管。GB2760-2014《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》規定：TBHQ在油炸面制品中的限量為200 mg/kg（以油脂中的含量計），在油炸肉制品中禁止添加[4-5]。因此，建立一種方便、快捷的檢測方法對市場上食品中的TBHQ進行快速有效的定量分析具有重要的意義。

目前，關于TBHQ的檢測方法有氣相色譜法、液相色譜、毛細管電泳法等，這些方法雖然具有檢出限低、靈敏度高等優點，但其由于前處理繁瑣，儀器昂貴，需要專人，因此不適合現場快速有效的定量分析[6-8]。電化學分析法由于具有操作簡單、方便、快捷等優點，在TBHQ現場快速、有效的定量分析方面存在較大的應用潛力[9-10]。

Fe3O4磁性納米材料由于具有導電性好、吸附性強、比表面積大、具有良好的催化作用等優點成為近幾年電化學分析研究的重點[11-13]。目前，雖然關于Fe3O4磁性納米材料的相關研究已有報道，但關于Fe3O4納米材料在TBHQ電化學檢測方面的研究還鮮有報道。因此，本文以Fe3O4為基質，制備電化學傳感器對油炸食品中的TBHQ進行快速、有效的定量分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

TBHQ：國藥集團化學試劑有限公司；37%鹽酸、氯化鉀：洛陽昊華化學試劑有限公司；冰乙酸、高氯酸：天津市福晨化學試劑廠；鐵氰化鉀、磷酸：洛陽市化學試劑廠；無水乙醇：天津市天力化學試劑有限公司；薯條：市售；所有化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

CHI-660E電化學工作站：上海辰華儀器有限公司；三電極系統[Ag/AgCl電極為參比電極，鉑電極（Pt）為對電極]：以玻碳電極為工作電極；JSM-7001F場發射掃描電子顯微鏡（field emission scanning electron microscope，FESEM）、JEM-ARNPOOF NEOARM 透射電子顯微鏡（transmission elec-tron microscope，TEM）：日本JEOL；KQ-500E超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；IKAC-MAG HST恒溫磁力攪拌器：上海司樂儀器有限公司；移液槍：賽默飛世爾（上海）儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 Fe3O4制備

Fe3O4球合成：分別取FeCl3粉末5 g，檸檬酸三鈉1.8 g于300 mL錐形瓶中，加入150 mL乙醇溶液，超聲分散0.5 h然后強烈攪拌1 h使其分散均勻，在攪拌過程中加入醋酸鈉7.5 g攪拌0.5 h，然后將混合物移入水熱釜中加熱至200℃，保持8 h，然后冷卻至室溫25℃，用蒸餾水、乙醇洗滌數次，最后于60℃烘干備用既得Fe3O4納米材料。

1.3.2 Fe3O4/GCE制備

GCE電極的處理參照文獻[14-15]。用10 μL移液槍吸取一定量1.0 mg/mL的Fe3O4修飾液滴于GCE電極表面，然后用燒杯罩在上面（防止其被污染），25℃條件下自然干燥，即得Fe3O4/GCE。

1.4 樣品處理

準確稱取薯條10.000 0 g用研缽進行粉碎，然后置于300 mL錐形瓶中加入150 mL無水乙醇溶解，混合均勻靜置8 h，然后用布氏漏斗過濾將濾液轉移至500 mL容量瓶中，用無水乙醇定容，備用。

1.5 數據處理

運用origin 8.5對試驗結果進行數據分析及處理。

2 結果與分析

2.1 不同材料的形貌表征

利用SEM和透射電子顯微鏡對Fe3O4納米材料進行表征，其結果如圖1所示。

由圖1可知，Fe3O4呈均勻的球形結構，其直徑約為50 nm～100 nm，具有較大的比表面積，可以為電化學反應提供較多的附著位點，增加其表面電子的轉移，提高電化學反應的電流響應。

圖1 Fe3O4的SEM和TEM圖Fig.1 SEM and TEM image of Fe3O4

2.2 不同電極的電化學表征

在 10 mmol/L 的 [Fe（CN）6]3-溶液（含 0.1 mol/L KCl）中分別對GCE和Fe3O4/GCE進行交流阻抗分析，其結果見圖2。

圖2 GCE，Fe3O4/GCE在10 mmol/L的[Fe（CN）6]3-（含0.1 mol/L KCl）溶液中的交流阻抗圖譜Fig.2 Electrochemical impedance spectroscopy of GCE，Fe3O4/GCE in 10 mmol/L[Fe（CN）6]3-containing 0.1 mol/L KCl

由圖2可知，GCE電阻為363 Ω，Fe3O4/GCE電阻為234 Ω與GCE相比阻抗降低了35.54%，這說明Fe3O4納米材料具有較高的比表面積和良好的吸附性，能夠給電極表面反應物提供較多的結合位點，促進電極表面電子的轉移速率，提高電極導電性，增加響應電流，進而降低電極表面阻抗。

2.3 TBHQ在不同電極上的電化學行為

以0.1 mol/L的HCl為支持電解質溶液，分別用GCE和Fe3O4/GCE對20 μg/mL的TBHQ進行循環伏安（cyclic voltammetry，CV）掃描，其結果如圖3所示。

由圖3可知，GCE氧化峰電流 IP為49.04 μA，Fe3O4/GCE氧化峰電流IP為61.88 μA與GCE相比，Fe3O4/GCE在20 μg/mL的TBHQ溶液中氧化峰電流提高了26.18%，且氧化峰電位負移了0.022 V，這說明Fe3O4的存在對TBHQ產生了催化作用[16]，加快了電極表面電化學反應的進行，加速了電子轉移速率。

圖3 GCE和Fe3O4/GCE在20 μg/mLTBHQ溶液中的循環伏安曲線Fig.3 CV response of GCE and Fe3O4/GCE in 20 μg/mL TBHQ

2.4 緩沖溶液的選擇

分別以0.1 mol/L的HCl、醋酸、磷酸和高氯酸為支持電解質溶液，Fe3O4/GCE為工作電極對20 μg/mL的TBHQ進行CV掃描，其結果如圖4所示。

圖4 Fe3O4/GCE在不同緩沖溶液中的CV曲線Fig.4 CV curves of Fe3O4/GCE in different buffer solutions

由圖4可知，4種電解質對Fe3O4/GCE表面的電化學反應有顯著性影響，其中當以0.1 mol/L鹽酸緩沖液為支持電解質溶液時，氧化電流值最大，IP為60.68 μA，并且氧化還原電位差ΔEp最小為39 mV，這說明與其他3種緩沖液相比鹽酸緩沖液能很好地消除反應離子的電遷移，促進離子的擴散，減小液界面電勢差，提高電流響應，因此選取HCl為支持電解質溶液。

2.5 緩沖溶液濃度的選擇

分別以 0.05、0.08、0.10、0.12、0.15、0.18、0.20 mol/L 的鹽酸為支持電解質溶液對20 μg/mL的TBHQ進行CV掃描，其結果如圖5所示。

由圖5可知，隨著鹽酸濃度的增加，Fe3O4/GCE在20 μg/mL的TBHQ中測得的氧化峰電流先增大后減小，且當鹽酸濃度為0.10 mol/L時，氧化峰電流最大IP為60.78 μA，這是因為在一定濃度范圍內隨著電解質濃度的增加能夠有效地促進電極表面離子的擴散和轉移，提高電化學反應，但當濃度過高時，離子間的相互作用力增大，影響電極表面離子的擴散速率進而影響電極表面的電化學反應，降低氧化峰電流。因此，選取0.10 mol/L鹽酸緩沖液為支持電解質溶液。

圖5 緩沖溶液濃度對Fe3O4/GCE的影響Fig.5 The effect of buffer concentration on the response of Fe3O4/GCE

2.6 修飾量的選擇

以0.1 mol/L的鹽酸緩沖液為支持電解質，分別以1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 μL 的 Fe3O4修飾 GCE 制備Fe3O4/GCE傳感器對20 μg/mL的TBHQ進行CV掃描，其結果如圖6所示。

圖6 Fe3O4修飾量對Fe3O4/GCE的影響Fig.6 The effect of Fe3O4loading on the response of Fe3O4/GCE

由圖6可知，隨著Fe3O4修飾量的增加，Fe3O4/GCE在20 μg/mL TBHQ中測得的氧化峰電流先增大后減小，當修飾量為3μL時氧化峰電流達到最大為61.09μA。這是因為Fe3O4具有良好的導電性，能夠有效地促進電子的轉移，增加電流響應，但當修飾量過多時會導致電極表面涂層較厚，Fe3O4聚集，阻礙電子的轉移，增加阻抗，進而降低電流響應，因此Fe3O4修飾量選取3 μL。

2.7 不同掃描速率的CV曲線

以0 mol/L的鹽酸緩沖液為支持電解質，分別以10、20、30、40、60、80、100、150、200、300、400、500 mV/s的掃描速率對20 μg/mL TBHQ進行CV掃描，其結果如圖7所示。

圖7 Fe3O4/GCE在不同掃描速率下在20 μg/mL TBHQ中的CV曲線Fig.7 CV curves of Fe3O4/GCE in 20 μg/mL TBHQ at different scan rates

由圖7可知，隨著掃描速率的增加，Fe3O4/GCE在20 μg/mL TBHQ中測得的氧化峰電流也逐漸增加，且其掃描速率平方根與峰電流值呈線性關系，這說明電極表面的反應主要受擴散過程控制。

2.8 標準曲線的繪制

在最佳試驗條件下分別對 0.1 μg/mL～50 μg/mL的TBHQ進行定量分析，其結果如圖8所示。

圖8 TBHQ濃度與氧化峰電流間的關系曲線Fig.8 Relationship curve between oxidation peak current and concentration of TBHQ

由圖8可知，TBHQ濃度與其氧化峰電流在0.5 μg/mL～35 μg/mL 范圍內呈良好的線性關系，線性方程為：Y=2.984 1X+0.048 0（X為TBHQ濃度，Y為氧化峰電流），R2=0.999 6，相關性較好，檢出限（3σ）為0.21 μg/mL，檢出限較低，線性范圍較寬符合試驗要求。

2.9 實際樣品檢測

在最佳試驗條件下采用加標法對薯條中TBHQ進行實際樣品檢測，根據標準曲線計算出其含量，平行測定3次，其結果見表1。

表1 實際樣品檢測及加標后回收率Table 1 Detection of TBHQ and recovery of TBHQ

由表1可知，TBHQ加標回收率在99.60%～106.25%之間，精密度較高，符合試驗要求，且與氣相色譜法相比，結果一致，可信度較高，可用于實際樣品中TBHQ的定量分析。

2.10 重復性研究

在最佳試驗條件下用Fe3O4/GCE對20 μg/mL的TBHQ連續掃描10次，其結果見表2。

表2 TBHQ連續掃描10次的氧化峰電流Table 2 Oxidation peak current of TBHQ scanned for 10 times continuously

由表2可知，在最優試驗條件下，對20 μg/mL的TBHQ連續掃描10次的峰電位及峰電流值的標準偏差為1.26%，說明Fe3O4/GCE的穩定性、重復性較好。

3 結論

在Fe3O4磁性納米材料的基礎上制備了Fe3O4/GCE傳感器，對薯條中的TBHQ進行定量分析。結果表明：Fe3O4具有良好的導電性、吸附作用和催化效果，能夠有效地促進電子的轉移，增加相應電流，提高電極靈敏度。利用Fe3O4/GCE對薯條中的TBHQ進行定量分析，其加標回收率在99.60%～106.25%之間，精密度較高，符合試驗要求，且Fe3O4/GCE的穩定性、重復性較好，與氣相色譜法相比，結果一致，可信度較高，且該方法簡單、方便、快捷、成本低可用于實際樣品中TBHQ現場快速有效的定量分析。