聚结晶紫-石墨烯复合膜修饰电极测定食品中的辛硫磷*

陈美凤，马心英

(菏泽学院化学化工系，山东菏泽，274015)

辛硫磷是有机磷农药的一种，是高毒农药较为理想的替代品种。但随着辛硫磷在农业生产上的大量使用，容易在食品中残留，危害人们的健康［1－2］。所以找到一种快速而灵敏方法来检测辛硫磷残留非常必要。目前测定辛硫磷的方法主要有气相色谱及其联用法［3］与高效液相色谱法［4－5］等，但是辛硫磷在高温下不稳定，需要复杂的预处理过程与大量的有机溶剂，专门的操作人员，不适合于在线监测。为克服色谱方法的不足，本文探讨了测定辛硫磷的新方法。由于辛硫磷结构中含有电化学活性的官能团(不饱和键，如图1)，因此建立了电化学修饰电极直接测定辛硫磷的方法。

图1 辛硫磷的化学结构式Fig.1 Chemical structure of phoxim

石墨烯是一种二维碳纳米新材料，由于其优良的物理化学性质，自从2004年以来受到广泛关注［6］，已经被用于化学传感器的制作［7－8］，具有高的灵敏性。结晶紫化合物是含有丰富π电子的有机化合物，通过电化学聚合到涂有石墨烯的电极上，由此制备了聚结晶紫-石墨烯复合膜修饰电极，该电极具有良好的电化学催化活性。本文建立了测定辛硫磷的简便、快速、灵敏的新方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

CHI-660C电化学分析系统(上海辰华仪器有限公司);KH-100DB型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);石英亚沸高纯水蒸馏器SYZ-550(金坊市白塔石英玻仪厂)。

石墨烯，自制［9］;辛硫磷，购自阿拉丁(分析标准品，99%)。花生与菜花样品，均临时购自菏泽市农贸市场，5℃下暂时保存。其他所用到的试剂均为分析纯。

1.2 样品制备

分别取25.0 g花生米与新鲜菜花各2份，研碎，加入100 mL无水乙醚与2 g无水硫酸镁(吸水)混合，磁力搅拌2 h，旋转蒸干，再用20 mL乙醇溶解，用pH 4.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液定容至100 mL，制成样品溶液。各取2份，每份20 mL，5℃下保存备用。

1.3 聚结晶紫-石墨烯修饰电极的制备

将玻碳电极(GCE)(Φ=3 mm)在湿润的金相砂纸上磨光，然后用中性氧化铝(0.05 μm)悬乳液在鹿皮上抛光成镜面，依次用体积分数50%硝酸、乙醇、二次水超声清洗(3 min/次)，每次均用蒸馏水冲洗，红外灯下干燥后将5μL石墨烯滴涂到玻碳电极上，红外灯下干燥。

将石墨烯修饰电极浸泡在由12 mL pH 4.0的0.2 mol/L的磷酸盐缓冲溶液，6 mL 0.05 mol/L的硝酸钾溶液，2 mL 1×10－3mol/L结晶紫水溶液的修饰液中，以石墨烯修饰电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为对电极，在－1.6～2.0 V电位内静止状态下，以120 mV/s循环扫描12周后取出，用二次水淋洗，即制得聚结晶紫-石墨烯修饰电极。

1.4 辛硫磷的电化学测定方法

在电解池中加入一定量的3.35×10－3mol/L辛硫磷标准溶液、15 mL pH 4.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液与5 mL无水乙醇，以裸电极或修饰电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝为对电极，在适当的电位范围内以一定的扫描速率扫描，记录循环伏安或线性伏安图，可将修饰电极置于空白的混合液中循环扫描至无峰备用。

2 结果与讨论

2.1 结晶紫-石墨烯修饰电极的表征

图2是结晶紫-石墨烯修饰电极的扫描电镜图。由图2可见结晶紫通过电化学聚合到了石墨烯膜上，由此表明结晶紫-石墨烯复合膜修饰电极已经成功制备。

图2 结晶紫-石墨烯修饰电极的扫描电镜图Fig.2 SEM of poly(methyl violet)-graphene electrode

2.2 聚合条件的选择

图3为石墨烯修饰电极在结晶紫溶液中在－1.6～2.0 V电位内，以120 mV/s循环扫描12周聚合过程的循环伏安图，可以看出结晶紫在石墨烯修饰电极上进行了明显的氧化还原反应，分别在1.5 V和－0.6 V左右出现了峰电流，试验中对其电化学聚合条件进行了讨论。

图3 结晶紫在石墨烯修饰电极上的聚合循环伏安曲线Fig.3 Cyclic voltammograms of methyl violet on the graphene modified electrode

固定起始电位为－2.0 V，改变终止电位进行试验，结果表明:高电位等于2.0 V时，测定辛硫磷还原峰电流最大，所以选用聚合正电位为2.0 V。固定终止电位为2.0 V，改变起始电位进行试验。结果表明，起始电位在－1.6 V时，响应电流最大，故试验选用聚合电位为－1.6～2.0 V。当扫描速率为120 mV/s时，所制备的修饰电极对辛硫磷的响应峰电流最高，聚合时选用扫描速率120 mV/s。当聚合12周后，测定辛硫磷还原峰电流达到最大，随着扫描周数增加，峰电流基本不变，故试验选择聚合扫描次数为12周。另外结晶紫的浓度对聚合过程有较大的影响，浓度越大，所用聚合时间越短，但太高，电流响应减慢，本试验选用结晶紫修饰液用量为2 mL 1×10－3mol/L。

辛硫磷不溶于水，本试验选择加入无水乙醇，试验中改变无水乙醇与缓冲溶液的比例。结果表明，当无水乙醇与缓冲溶液的比例为1∶5时，效果最佳，所以选择无水乙醇与缓冲溶液的比例为1∶5。

2.3 辛硫磷在聚结晶紫-石墨烯修饰电极上的电化学行为

图4为8.0×10－6mol/L辛硫磷，在磷酸盐缓冲溶液中(pH=4.0)，在裸电极(1)、石墨烯修饰电极(2)与聚结晶紫修饰电极(3)以及聚结晶紫-石墨烯复合膜修饰电极(4)上的循环伏安曲线。由图4可见，在聚结晶紫-石墨烯复合膜修饰电极上还原峰电流最大，说明聚结晶紫-石墨烯能很好地催化辛硫磷的还原反应。由于在此电位区间上只有还原峰，表明辛硫磷在聚结晶紫-石墨烯修饰电极上电极反应为不可逆过程。

图4 8.0×10－6mol/L的辛硫磷在在磷酸盐缓冲溶液中(pH=4.0)的循环伏安曲线扫速100 mV/sFig.4 Cyclic voltammograms of phoxim(8.0×10－6mol/L)at the bare electrode(1)，the graphene modified electrode(2)，the methyl violet modified electrode(3)and poly(methyl violet)-graphene electrode(pH 4.0).Scan rate is 100 mV/s.

2.4 介质的影响

考察了介质对辛硫磷在聚结晶紫-石墨烯复合膜修饰电极上电化学响应的影响。首先改变不同类型的介质，如柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液(pH 2.2～7.0)，BR缓冲溶液(pH 2.56～7.54)与乙酸-乙酸钠缓冲溶液(pH 2.6～5.8)，结果发现，柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲溶液对辛硫磷在结晶紫-石墨烯修饰电极上电化学响应最大，峰形最好，因此选定柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液作为测定辛硫磷的介质。以柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液为底液，改变pH值分别进行试验，结果发现，pH 4.0时达到最大值，结果见图5及插图所示。所以pH 4.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液作为介质。

图5 8.0×10－6mol/L辛硫磷在不同pH的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液的循环伏安曲线，插图为还原峰值与pH值的关系Fig.5 Cyclic voltammograms of phoxim(8.0×10－6mol/L)in the citric acid-phosphate buffer(2.2～7.0).Insert is the plot of the reduction peak potential of phoxim versus pH value.

2.5 扫描速率与搅拌时间的影响

改变扫描速率进行实验，结果表明随着扫描速度的增大，辛硫磷的还原峰电流逐渐增大，还原峰电位发生负移(图6)，扫速在40～240 mV/s之间，还原峰电流随扫描速率的增加线性增大(图6插图)，线性方程为:ipc(A)=1.2×10－6+4.9×10－8v(mV/s)，r=0.996 2，表明辛硫磷在聚结晶紫-石墨烯修饰电极上的电极过程为吸附过程。当扫描速度为100 mV/s时，辛硫磷的还原峰峰形最好，因此选择试验选择测定扫描速度为100 mV/s。

改变搅拌富集时间即从20 s逐渐增大至220 s时，每20 s记录扫描循环伏安图，结果发现当富集时间从20 s逐渐增加，还原峰电流逐渐增加，当富集时间继续增加到180 s趋于稳定，因此选择搅拌富集时间为180 s。

2.6 标准曲线与检测限

图6 8.0×10－6mol/L辛硫磷在不同扫速下的循环伏安曲线(pH 4.0)，Fig.6 Cyclic voltammograms of phoxim(8.0×10－6mol/L)(pH4.0)at

在pH=4.0的柠檬酸-磷酸二氢钠缓冲溶液的介质中，采用线性伏安法对辛硫磷标准溶液系列进行测定(图7)，结果表明，辛硫磷在聚结晶紫-石墨烯修饰电极上的还原峰电流与其浓度在8.0×10－8～2.0×10－5mol/L范围内呈良好线性关系(图7，插图)，其回归方程分别为:ipc(A)=1.97c+7.56×10－6，相关系数为0.997 0，检出限为4.0×10－8mol/L。

图7 辛硫磷在在聚结晶紫-石墨烯修饰电极上不同浓度下的线性伏安曲线Fig.7 LSVs of different concentrations of phoxim in pH 4.0 citric acid-phosphate buffer.

2.7 重现性与稳定性

对于聚结晶紫-石墨烯修饰电极测定辛硫磷的重复性与稳定性进行了试验。利用同一支电极，对8.0×10－6mol/L辛硫磷重复测定6次，测定值间的相对标准偏差为4.56%，表明修饰电极重现性较好。对于测定结束后，将修饰电极置于15 mL的0.2 mol/L磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液(pH 4.0)与5 mL无水乙醇组成的混合液中循环扫描至无峰，置于空白混合液中7 d，对于辛硫磷进行再次测定，测定值为第一次测定值的98.7%，表明修饰电极稳定性较好。

2.8 干扰试验

试验讨论了一些可能的共存物质对8.0×10－6mol/L辛硫磷测定的影响。试验表明，当相对误差为±5% 时，1000 倍的 Na+，Zn2+，Fe3+，Ca2+，K+，Mg2+，谷氨酸、葡萄糖、抗坏血酸、硫脲、尿素;100倍的对硫磷、甲胺磷对辛硫磷还原峰电流无明显影响，因此不干扰测定。

2.9 实际样品分析

按试验方法对花生米和菜花样品进行测定，样品中辛硫磷的残留量低于检出限，同时进行加标回收试验，结果见表1。

表1 样品分析结果Tab 1 Determination of phoxim in food

3 结论

聚结晶紫-石墨烯修饰电极对辛硫磷还原具有显著的催化作用，可选择性对辛硫磷进行测定，试验中用于实际样品分析，结果满意。

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