酰基吡唑啉酮配合物-玻碳复合修饰电极测定甲基苯酚的研究*

张慧慧，李锦州，刘 阳

（哈尔滨师范大学 化学化工学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

前 言

2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚简称BHT，广泛用于食品中的抗氧化剂。能够抑制或延缓食品在空气中氧化引起变质，同时也作为化妆品、医药等的稳定剂[1]。在正常情况下，人体可以通过身体代谢将其排掉，不产生危害。如果过量使用，会对人体肝，脾，肾等组织带来伤害[2]。测定BHT的主要方法有气相色谱法[3]、高效液相色谱法[4]和表面增加拉曼光谱法[5]等，这些方法灵敏度较高，但需要精密的设备仪器，且样品的处理很耗时。电化学法操作简单，具有较高的灵敏度，响应速度快，化学稳定性较强[6]。聚2，2-联吡啶（Pbpy）作为有机导电高分子材料，因参与电极的电子传递，提高对生物小分子的电催化作用引起关注[7]。酰基吡唑啉酮是一类β双酮试剂，其互变烯醇式异构体呈弱酸性，可增强生物分子的电信号，已用于电化学分析[8]。最近李锦州等报道了该试剂的锌配合物作为修饰电极成分进行腺嘌呤的电化学测定，检出效果明显提高[9]。基于Pbpy和酰基吡唑啉酮稀土配合物分子的识别能力，本文首次制备了[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE复合膜修饰电极，研究了食品添加剂BHT的电化学行为，并用于食物油的检测。该方法简单、高效以及检出限低，具有良好的应用前景。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

电化学测试实验均在CHI 650电化学工作站（上海辰华仪器公司）上完成。采用三电极系统：饱和甘汞电极（SCE）为参比电极、铂电极为对电极、[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE（d=4mm）为工作电极。所有电位均相对于饱和甘汞电极。

2,2-联吡啶（Bpy）（上海试剂厂），[GdL3（HL）]·H2O按文献[10]方法合成，以无水乙醇为溶剂配成1×10-3mol·L-1的溶液备用；2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚（上海试剂厂）溶于水配成1×10-5mol·L-1的标准溶液，用水稀释成所需浓度；磷酸缓冲溶液（PBS）为0.1mol·L-1NaH2PO4和Na2HPO4两种溶液混合而成。其他试剂均为分析纯，实验用水为二次蒸馏水。实验室温度为25℃。

1.2 修饰电极的制备

将0.1562g2,2-联吡啶溶于无水乙醇中溶液定容至10mL，得到0.1mol·L-1的Bpy标准液。取1mL 0.1mol·L-1的 Bpy溶液和 3mL pH=7的 PBS，加入二次蒸馏水定容至10mL，配制成1×10-2mol·L-1的Bpy电解液。同样方法制得1×10-3mol·L-1[GdL3（HL）]·H2O电解液。玻碳电极使用前经Al2O3抛光成镜面，依次用蒸馏水、HNO3水溶液（体积比为1∶1）、乙醇冲洗，干燥。扫描电位为-0.6～1.8V，在扫速为100mV·s-1条件下，循环伏安扫描20圈，电聚合沉积Bpy的效果最佳，制得Pbpy/GCE电极。制备[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE电极是在干燥的Pbpy/G CE电极表面继续沉积 [GdL3（HL）]·H2O电解液所得。

1.3 实验方法

将三电极体系浸入含有一定浓度的BHT的磷酸盐缓冲溶液中，于-0.6～1.8V电位间进行循环伏安扫描，扫速为100mV·s-1。伏安扫描前需通入高纯度N2约5min。.

2 结果与讨论

2.1 BHT在[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE的电化学行为

在磷酸的缓冲溶液为支撑电解质的溶液中，加入BHT（1×10-5mol·L-1）储存液，分别以裸GCE、Pbpy/GCE、[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE为工作电极，对BHT进行电化学检测。由图1可见：实验条件扫速100mV·s-1，扫描电势范围为-0.6～1.8V，进行循环伏安测试。BHT在裸电极上（图1曲线a）,于0.612V附近出现很小的BHT氧化峰电流；Pbpy/GCE电极测试（图1曲线b）的氧化峰电位Ep=0.254V,与裸电极相比负移了358mV，峰电流也有所增加。[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE显示的氧化峰电流曲线（图1曲线c），氧化峰电位出现于Ep=0.212V，与Pbpy/GCE相比略有负移；氧化峰电流比Pbpy/GCE和裸电极明显增加。表明在BHT氧化还原过程中，[GdL3（HL）]·H2O与Pbpy复合后，产生了协同增效作用，能够加快检测分子氧化的电子转移速率，对其有明显的电化学催化作用。

图 1 pH 5.0，1×10-5 mol·L-1 BHT 的循环伏安图，工作电极分别为（a）裸GCE,（b）Pbpy/GCE,（c）[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE,扫描速度 100mV·s-1Fig.1 Cyclic voltammograms of 1×10-5mol·L-1 BHT at（a）bare GCE（b）Pbpy/GCE and（c）[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE in 0.10mol·L-1（pH 5.0）.Scan rate:100 mV·s-1

2.2 溶液对pH值得影响

考察了pH值3.0～9.0之间，修饰电极[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE测定体系，溶液pH值对1×10-5mol·L-1BHT的催化氧化峰电流Ip和氧化峰电位Ep的影响。由图2可知，随溶液pH值增大，峰电位逐渐负移，氧化峰电位与pH值呈现良好的线性关系，其线性拟合方程为：Ep（V）=0.982-0.045pH（r=0.99813），直线斜率为45mV/pH，BHT在[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE电极表面上进行的电化学氧化反应机理如下图所示。电极反应过程中有一个质子参加电极反应，传递电子数为2，该结果与文献相一致[11]。

检测峰电流与pH值的增大成正比，在pH=5时达到最大值，而后随pH值的增大而降低。实验选择pH=5的磷酸盐电解质作为测试底液。

图2 BHT的峰电流Ip和峰电位Ep与pH的关系图Fig.2 Influence of pH on the peak current（Ip）and peak potential（Ep）of BHT

BHT反应机理

2.3 扫速的影响

在选定的实验条件下，扫描速度为50～300mV·s-1之间进行循环伏安扫描，结果见图3。

图3 a.1×10-5 mol·L-1BHT在pH=5.0 PBS中不同扫描速度（50～300mV·s-1）的循环伏安图b.氧化峰电流与扫描速度的关系图Fig.3 a.Cyclic voltammgrams of 1×10-5 mol·L-1 BHT in 0.10mol/L PBS（pH=5.0）at various scan rates（from inner to outer）:50～300mV·s-1 b.Relation between oxidation peak current and scan rates

随着扫描速度的增加，BHT的氧化峰电位向正方向移动（图3a），该氧化峰电流与扫描速度呈现良好的线性关系（图 3b）,线性方程式为：Ip（uA）=1.7024+0.3872v1/2（r=0.99842）。可判断BHT的电极过程为扩散控制的不可逆反应[12]。扫描速率低，峰电流较小，扫速为100mV·s-1时，信噪比最好，本实验选择最佳扫速为 100mV·s-1。

2.4 修饰量的影响

2，2-联吡啶膜可通过循环伏安法将联吡啶聚合至玻碳电极上。电聚合修饰膜时，可通过改变循环伏安扫描圈数来改变膜的厚度，制备不同膜厚度的不同电极，在通常情况下，随循环伏安扫描圈数的增加，膜厚度随之增加，但扫描次数增加过多也可能引起修饰膜的缺陷，不利于修饰电极对BHT的电化学影响。故本实验选择制备Pbpy修饰电极聚合循环伏安次数为20圈是最佳扫描圈数。同理，[GdL3（HL）]·H2O修饰电极最佳扫描圈数也为20圈。

2.5 线性范围、重现性、稳定性和检出限

在选定底液条件下，不同浓度的BHT在[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE修饰电极上的脉冲伏安曲线如图4a所示，实验表明：BHT在6.0×10-6～2.0×10-4mol·L-1范围氧化峰电流随浓度的增大而增大。BHT在[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE修饰电极上的氧化峰电流与浓度在 6.0×10-6～2.0×10-4mol·L-1范围内呈现良好的线性关系（图4b）,其线性回归方程 Ip=1.344+0.026C（r=0.99823），检出限为 1×10-8mol·L-1。

图4 a.不同浓度BHT在pH=5.0 PBS中的脉冲循环伏安图,b.BHT浓度与峰电流Ip的线性关系图Fig.4 a.DPVs of[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE in 0.10mol/L PBS（pH 5.0）containing different concentrationsof BHT,b.Linear relation between the peak currentand the concentration of BHT

将电极在空气中放置一周后，其循环伏安曲线以及对BHT的电催化作用基本不变，表明[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE修饰电极具有良好的稳定性。

2.6 干扰实验

2.7 样品分析

为了验证[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE电极的实际应用价值，准确量取1mL大豆油，用N,N-二甲基甲酰胺将其分散，转移至10mL容量瓶中，加入二次蒸馏水定容。采取标准加入法测定回收率和相对标准偏差（如表1所示）。数据表明该实验方法能有效地测定大豆油中BHT的含量。

表1 样品分析结果Table1 The analytic results of samples

3 结 论

制备了[GdL3（HL）]·H2O/Pbpy/GCE复合膜电极，研究了2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚在该电极上的电化学行为。实验结果表明，该复合膜修饰电极对BHT的电化学响应效果明显优于裸玻碳电极和2，2-联吡啶修饰电极，能显著增强BHT的氧化峰电流，说明[GdL3（HL）]·H2O与Pbpy产生了协同增效作用。电极反应为扩散控制的不可逆过程。该电极制作简单，有较高的选择性、灵敏度和抗干扰能力。

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