苏丹红Ⅰ在活化玻碳电极上的电化学行为研究及其应用*

马心英，陈美凤，晁明永

(菏泽学院化学化工系，山东菏泽，274015)

苏丹红Ⅰ是一种化学染色剂，被广泛用于溶剂、油、蜡、汽油的增色以及鞋、地板等增光方面。研究表明食用苏丹红Ⅰ能引起膀胱癌和肝癌，世界卫生组织将其定为第三类致癌物质，多数国家禁止其用于食品［1］。但一些生产商为提高经济利益仍将其作为添加剂，用于辣椒油、番茄酱、腐乳、调料等食品中，以增加其颜色色泽。食品添加剂，特别是人工色素的使用安全问题越来越受到人们的关注，因此建立快速、灵敏检测食品中苏丹红的方法对人体健康安全具有重要意义。目前，用于苏丹红Ⅰ测定的方法主要有高效液相色谱法［2，3］、薄层色谱法［4］，分光光度法［5］，质谱法［6］，化学发光法［7］，毛细管电泳［8］、分子印迹法［9］和电化学方法［10-12］等。色谱法仪器昂贵，样品处理复杂，而分光光度法则易受染色剂在比色皿吸附的干扰。电化学方法具有简单、快速等优点，其中化学修饰电极法近年来发展十分迅速［13-15］，修饰材料由单一向多元化方向发展，制备方法也日趋复杂化，修饰材料的选择及制备方法决定着实验结果的灵敏度、选择性及稳定性［16-22］。活化玻碳电极与修饰电极相比，制备过程更为简单，所用试剂更为廉价，而且显示出良好的稳定性与灵敏性。活化玻碳电极的制备有不同途径，如Khoo在pH 7．0磷酸盐缓冲溶液中，通过控制较高的氧化正电位得到活化玻碳电极并用于测定生物分子［23］;Abraham John在硫酸溶液中制备了活化玻碳电极，用于尿酸及抗坏血酸的测定［24］。本文在硫酸溶液中优化实验条件制备了活化玻碳电极，探讨了苏丹红Ⅰ在该电极上的电化学行为，并用于食品中苏丹红的检测，该方法简单、快速，具有较宽的线性范围和较高的灵敏性，有较好的应用前景。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苏丹红Ⅰ，天津市化学试剂研究所，溶于无水乙醇配成 1．00×10-2mol/L储备液;0．5 mol/L 的H2SO4溶液;Na2HPO4-C6H8O7·H2O配制成磷酸盐缓冲溶液(PBS，pH 2．2 ～8．0)。试剂均为分析纯，实验用水均为二次石英亚沸蒸馏水。

CHI660e型电化学分析系统，上海辰华公司;KH-100DB型超声波清洗器，昆山禾创有限公司;电化学实验用三电极系统，玻碳电极(GCE)或活化玻碳电极(AGCE)为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极。

1.2 样品制备

分别称取2．500 g辣椒油和3．000 g番茄酱于磨口瓶中，用无水乙醇超声萃取3次(每次20 mL，萃取时间20 min)萃取液过滤后合并，用无水乙醇定容至100 mL容量瓶中，低温保存备用。

1.3 活化玻碳电极的制备

将玻碳电极(Φ=3．8 mm)在湿润的金相砂纸(粒度为2000)上磨光，然后用中性氧化铝(0．05 μm)悬乳液抛光成镜面，然后依次用HNO3(1∶1)、无水乙醇、蒸馏水超声波清洗，红外灯下烘干。以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为对电极，在-1．30～2．40V电位范围内，160 mV/s扫描速率在0．5 mol/L溶液中循环扫描8周，取出电极用亚沸水淋洗电极表面，晾干，即制得硫酸活化玻碳电极。

1.4 实验方法

1．4．1 干扰试验的测定方法

在pH=4．0 的 PBS中，在浓度为 1．00 ×10-5mol/L苏丹红Ⅰ溶液中加入实验了一些体内常见物质进行测定，以活化玻碳电极做工作电极，以Ag/AgCl电极做参比电极，铂丝电极做对电极，搅拌60 s后，在-1．0～1．0 V 电位范围内，以100 mV/s扫描速率进行循环扫描，记录扫描曲线。

1．4．2 标准曲线、检测限的测定方法

在pH=4．0的PBS中，改变苏丹红Ⅰ溶液的浓度，以活化玻碳电极做工作电极，以Ag/AgCl电极做参比电极，铂丝电极做对电极，搅拌60 s后，在0～0．5 V电位范围内，用差分脉冲伏安法，分别进行扫描测定，记录差分脉冲曲线。

1．4．3 回收率的试验方法

每个样品取3个不同体积分别置于电解池中，分别按照标准曲线的测定方法进行测定，记录曲线，每个样品测定6次，然后加入已知浓度的标准苏丹红Ⅰ溶液，进行测定，记录曲线。根据工作曲线的线性方程计算出加入的标准苏丹红Ⅰ溶液的浓度数值，与已知加入浓度进行比较，计算出回收率。

2 结果和讨论

2.1 活化玻碳电极制备条件的优化

为使苏丹红Ⅰ在活化玻碳电极上得到最大电流响应信号，对活化玻碳电极制备条件进行了优化。分别改变了硫酸溶液浓度、活化高低电位、扫描速度、活化周数进行实验，结果表明，在0．5 mol/L H2SO4溶液中，-1．30～2．40 V 电位范围内，以 160 mV/s扫描速率循环扫描8周，所制备的活化玻碳电极对苏丹红Ⅰ响应电流最大。

2.2 苏丹红Ⅰ在活化玻碳电极上的电化学行为

图1为苏丹红Ⅰ在活化玻碳电极(a)和玻碳电极(b)上的循环伏安曲线。由图1可见，苏丹红Ⅰ在玻碳电极上电流响应微弱，而在活化玻碳电极上，氧化还原峰电流明显增加，氧化还原峰电位和电流值分别为:Epa=0．195 V，Epc=0．063 V，ΔE=0．132 V;ipa=-22．96μA，ipc=17．99 μA，ipa/ipc＞1，表明苏丹红Ⅰ在活化电极上的电极反应为准可逆过程。

2.3 苏丹红Ⅰ测定条件的选择

图1 1．00×10-5mol/L苏丹红Ⅰ号在活化玻碳电极(a)，裸电极(b)上的CV曲线Fig．1 Cyclic voltammograms of 1．00 ×10-5mol/L Sudan I at activated glassy carbon electrode(a)and bare electrode(b)，PBS(pH=4．0)scan rate:100m V/s

2．3．1 测定底液pH值的影响

在pH 2．2～8．0范围内，以磷酸盐缓冲溶液进行试验，实验发现随着pH值的升高，氧化峰和还原峰电位随pH的增大均负移，且氧化峰电位与pH呈线性关系，线性方程为 Epa=-0．059 pH+0．38，r=-0．998 0(见图2)，说明苏丹红Ⅰ的氧化反应有质子参与，斜率为 59．0 mV/pH，接近 56 mV/pH，因此苏丹红Ⅰ电极反应过程质子转移数等于电子转移数［25］。在 pH 2．2 ～8．0 内，随着 pH 值的增大，其氧化峰和还原峰电流均先增大后减小。在pH=4．0的时，峰电流达到最大值。因此，选择测定底液最佳pH值为 4．0。

图2 1．00×10-5mol/L苏丹红Ⅰ号在活化玻碳电极上的上随pH变化的CV曲线图内插图为氧化峰电位与溶液pH线性关系图Fig．2 Cyclic voltammograms of 1．00 ×10-5mol/L Sudan I at different pH values;Scan rate 100m V/s pH from a to f:3．0;4．0;5．0;6．0;7．0;8．0 Inset is the plot of the peak potential of Sudan I versus pH value of buffer solutions．

2．3．2 搅拌时间的影响

搅拌时间不同苏丹红Ⅰ在修饰电极表面吸附的程度不同。实验结果表明，随搅拌时间的增长，峰电流先增大后减小，60 s达到最大值，因此实验选择搅拌富集时间为60 s。

2．3．3 扫描速度的影响

在40～400 mV/s的扫描速率范围内考察了扫速对苏丹红Ⅰ电化学行为的影响，发现随着扫速的增大，峰电流不断增加，氧化还原峰电位差增大(图3)。氧化峰电流与扫速成正比，其回归方程为ipa(A)=-1．01 ×10-6+1．87 ×10-8ν，R=0．999 2，因此苏丹红Ⅰ在活化电极上的电极过程为吸附过程。

图3 1．00×10-5mol/L苏丹红Ⅰ在pH4．0磷酸盐缓冲溶液中不同扫速下的CV曲线。内插图为氧化峰电流与扫描速度的线性关系图Fig．3 Cyclic voltammetric curves of 1．00 × 10-5mol/L Sudan I at activated glassy carbon electrode at different scan rate．Inset is the plot of oxidation peak currents of Sudan I versus scan rates．Scan rate from 1 to 10:40，60，80，100，120，140，160，180，200，22，240，260，280，320，360，400mV/s

图4为苏丹I在活化玻碳电极的上氧化还原峰电位随变化的关系曲线。根据描述准可逆薄层电化学的 Laviron 理论［26］可知:

式中a、b为常数。由图4可知，在pH=4．0条件下，对于苏丹I氧化还原过程，扫速在240～400 mV/s，Epa=0．113lgv-0．155，R=0．996 9;Epc=-0．063 lgv+0．199，R=0．997 8。根据(1)、(2)可求出苏丹I氧化还原反应电子转移数nα=1．47≈2，电子传递系α=0．64，接近理论值0．5，符合准可逆特征。由于质子转移数等于电子转移数，因此苏丹红Ⅰ在活化玻碳电极上可能发生了如下反应:

图4 氧化峰、还原峰电位与lgv的关系曲线，扫描速度分别为:40，80，120，160，200，240，280，320，360，400mV/s．Fig．4 Plots of the peak potentials versus the logarithms of the scan rates

2.4 工作曲线、检出限

在最佳条件下，用活化玻碳电极对苏丹红Ⅰ号进行测定，苏丹红Ⅰ号氧化峰电流与其浓度在4．0×10-8～1．0×10-5mol/L范围内呈现良好的线性关系(图 5)，其回归方程为 ipa(A)=0．70 C+5．91 ×10-7，R=0．998 9。检出限为 9．0 ×10-9mol/L 。由表1可见，与其他修饰电极测定结果比较，本方法测定苏丹红Ⅰ号具有较宽的线性范围和较低的检出限，说明活化玻碳电极对苏丹红Ⅰ号具有较好的催化性能与灵敏性。

图5 在pH=4．00磷酸盐缓冲溶液中不同浓度的苏丹红Ⅰ在活化玻碳电极上差分脉冲伏安曲线。内插图为苏丹红Ⅰ氧化峰电流与其浓度变化关系曲线Fig．5 Differential pulse voltammograms of Sudan I at various concentrations at an activated glassy carbon electrode in pH 4．0 phosphate buffer solutions．Each of the numbers from 1 to 10 corresponds to a concentration of 4．0 × 10-8，8．0 × 10-8，2．0 × 10-7，4．0 × 10-7，6．0 × 10-7，1．0 ×10-6，4．0 × 10-6，6．0 × 10-6，8．0 × 10-6，1．0 × 10-5 mol/L．Inset is the plot of oxidation peak current of Sudan I versus its concentration;Scan rate 100mV/s

表1 活化玻碳电极与其它修饰电极性能比较Table 1 Comparison of the analytical performances of AGCE with that of other modified electrodes

2.5 干扰试验

对浓度为1．00×10-5mol/L苏丹红Ⅰ溶液进行测定，允许测定误差在+5%范围内，实验了一些体内常见的金属离子、阴离子、氨基酸对苏丹红Ⅰ的影响，结果表明，10 倍的 K+、Na+、Ca2+、NH4+、氨基丙酸、Cl-、葡萄糖、酒石酸对苏丹红Ⅰ的测定均不产生干扰;100倍的辣椒红色素在活化玻碳电极上无氧化还原峰存在，对样品测定无干扰;苏丹红ⅠI、III、IV号由于与苏丹红Ⅰ具有相似的结构，因此在活化玻碳电极上具有相似的电化学行为，若存在，可利用薄层色谱法分离［4］后，进行分别测定。

2.6 样品分析

取一定量的样品溶液，在最佳实验条件下进行测定，未观察到明显的氧化还原峰，说明样品中无苏丹红Ⅰ存在或其含量在检出限以下。按照同样的方法对等质量的原始样品进行不同浓度的苏丹红Ⅰ标准溶液加标回收实验，结果见表2。

表2 辣椒油和番茄酱苏丹红Ⅰ检测结果Table 2 Determination results of Sudan I in chilli oil and ketchup samples(n=6)

3 结论

制备了活化玻碳电极，建立了差分脉冲伏安法测定辣椒油及番茄酱中的苏丹红Ⅰ的方法，此方法简单快速，检出限为9．0×10-9mol/L，加标回收率在95%-97．3%之间，实用性好，无毒，无污染，为检测食品中苏丹红Ⅰ提供了一种安全有效的新方法，易于推广应用。

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