石墨烯修饰电极上油橄榄酒中羟基酪醇类多酚检测研究

李惠茗，郭兆元，叶 科，李 超，张惠怡，刘坤平，，苟小军

(1.成都大学生物工程学院，四川 成都 610106;2.成都大学药食同源植物资源开发四川省高校重点实验室，四川 成都 610106)

石墨烯修饰电极上油橄榄酒中羟基酪醇类多酚检测研究

李惠茗1，郭兆元1，叶 科1，李 超1，张惠怡1，刘坤平1，2，苟小军2

(1.成都大学生物工程学院，四川 成都 610106;2.成都大学药食同源植物资源开发四川省高校重点实验室，四川 成都 610106)

采用化学还原法，制备了功能化的石墨烯及纯石墨烯，构建了双层石墨烯修饰电极用于橄榄酒中羟基酪醇类双酚物质的灵敏检测，修饰电极对羟基酪醇类双酚物质的吸附及石墨烯的高导电性使其表现出良好的电化学活性.电极反应动力学研究表明，羟基酪醇类双酚物质在该修饰电极表面经历了一个受扩散控制的准可逆过程.实验结果表明，在最优试验条件下，邻苯二酚的还原峰电流与其浓度在1×10－7～5×10－5mol/L范围内呈良好的线性关系，可实现实际样品橄榄酒中羟基酪醇的灵敏快速检测.

石墨烯;羟基酪醇;橄榄酒;电化学

0 引言

橄榄酒是一种新型、健康的保健饮品，具有抗氧化、清热解毒与利咽化痰等作用［1］.橄榄酒中抗氧化生物活性成分主要是羟基酪醇母体结构的小分子二酚类化合物，如橄榄苦苷、羟基酪醇、黄酮类、木酚素类和咖啡酰苯乙醇苷类等［2］.因此，对羟基酪醇多酚类物质的准确灵敏检测极为关键.目前，羟基酪醇多酚类物质检测的方法主要为HPLC法［3］.但是，HPLC检测方法比较耗时，所用试剂、仪器比较昂贵，流动相消耗大且有毒性.而新型的电化学传感检测方法不需要昂贵的仪器，具有灵敏度高、选择性好、操作简便以及分析成本低等优点，已用于多种物质的灵敏检测.羟基酪醇的结构中具有邻苯二酚的骨架结构，而在得到2个电子后变为醌式结构，具有一定的电化学活性［4］.因此，利用电化学方法实现羟基酪醇多酚类物质的电化学灵敏检测具有良好的应用前景.石墨烯是一种新型的二维纳米材料，具有大比表面积、传递速率快及导电性好等优异物理化学性质，目前已广泛应用于制备修饰电极实现多种物质的电化学检测［5］.但将石墨烯修饰电极用于检测橄榄酒中的羟基酪醇还未见相关报道.对此，本研究首先制备了高导电性的功能化石墨烯纳米材料与新型的双层石墨烯修饰电极，以邻苯二酚为标准品，通过电化学测量技术实现了橄榄酒中羟基酪醇类多酚物质的的快速、高灵敏检测.

1 材料与方法

1.1 试 剂

实验所用的邻苯二酚，氨水和水合肼购自成都长征试剂公司，Nafion(5%)购自 Sigma-Aldrich公司，邻苯二酚储备液(1.0×10－3mol/L)于4℃冰箱中保存备用，橄榄酒购自四川天源油橄榄有限公司，实验用超纯水均取自MilliQ纯水系统.

1.2 测试方法

实验中，电化学测试均在CHI832C电化学工作站(上海辰华)上进行.采用传统的三电极体系，石墨烯修饰玻碳电极(GCE)为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂丝电极为对电极.

1.3 石墨烯及修饰电极制备

首先，通过修改的Hummers 2步氧化法制备氧化石墨烯(GOs)［6］.然后，取30 mL GOs分散液(1.0 mg/mL)于250 mL 中，加入230 μL 氨水及30 μL 水合肼，搅拌均匀后升温至90℃反应1 h，即得均一分散的氨基功能化石墨烯分散液(NH2-G).纯石墨烯(G)采用相似的方法制备，只是不加入氨水保护剂.

在电化学测量和修饰过程开始之前，分别用1.0 μm、0.3 μm 和 0.05 μm 的氧化铝抛光粉对玻碳电极(GCE)进行抛光处理.然后，依次用1∶1的HNO3、丙酮和超纯水分别超声清洗得到新鲜的GCE电极表面，并用N2吹干.电极表面滴涂5μL NH2-G溶液置于干燥器中室温下自然晾干，再滴涂3 μL纯石墨烯(G)的Nafion分散液(1 mg/mL)并自然晾干，制得Nafion-G/NH2-G/GCE修饰电极.

2 结果与讨论

2.1 邻苯二酚电化学行为

为研究邻苯二酚在不同电极上的电化学行为，对其在不同电极上的循环伏安曲线做了对比实验，结果如图1所示.

图1 不同电极的循环伏安图

由图1可知，在裸GCE电极上，邻苯二酚未表现出明显的氧化还原峰(曲线a)，这表明邻苯二酚在GCE上的电活性程度较低.对于Nafion-G/NH2-G/GCE修饰电极来说，测试溶液中未添加邻苯二酚时(曲线b)，未观察到明显的氧化还原峰，只是氧化和还原电流差距变大，这表明修饰了石墨烯后，电极的电子传导能力变强了.而当测试溶液中添加邻苯二酚后(曲线c)，邻苯二酚在Nafion-G/NH2-G/GCE修饰电极上于0.323 V和0.426 V处表现出一对稳定的、对称的准可逆的氧化还原峰，峰峰分离度为103 mV.此与裸GCE电极相比，在该修饰电极上邻苯二酚的电流响应得到了极大的增强，这可能是由于该修饰电极对邻苯二酚的富集作用和石墨烯的高导电性共同作用的结果.

为了研究邻苯二酚在Nafion-G/NH2-G/GCE修饰电极上的反应动力学，对其扫描速率与电化学行为的影响进行了实验，结果如图2、3所示.

由图2、3可见，随扫描速率增大，邻苯二酚的峰电位差和峰电流均逐渐增大，当扫描速率从10 mV/s到1000 mV/s增大时，阴极电流和阳极电流均与扫描速率的平方根呈线性关系.此表明，邻苯二酚在该修饰电极上的电化学反应是一个受扩散控制的准可逆过程，符合 contrell方程［7］.

图2 扫描速度的影响

图3 峰电流与扫描速率关系图

2.2 pH 值优化

据相关文献报道，pH值会强烈的影响电化学测定的电化学响应信号.因此，在实验中对pH值进行了优化，结果如图4所示.

图4 pH值优化实验

由图4可以看出，随着pH值的增加，邻苯二酚的循环伏安曲线的电流值逐渐增大，当pH值为3.0时达到最大值，然后逐步下降.因此，本研究选择pH值3.0为最优的pH值来进行后续的电化学测定.

2.3 标准曲线

为了进一步提高本研究所构建的方法的灵敏度，采用差示脉冲法(DPV)进行标准曲线及橄榄酒的测量.实验设计为，Nafion-G/NH2-G/GCE修饰电极在含不同浓度邻苯二酚(1 ×10－7、5 ×10－7、1 ×10－6、5 ×10－6、1 ×10－5、5 ×10－5mol/L)的 PBS 缓冲液(0.10 mol/L，pH 3.0 PBS)中，结果如图5所示.

图5 DPV响应及线性关系

由图5可知，在最优的实验条件下，DPV峰电流的对数值与邻苯二酚浓度的对数值在1×10－7～5×10－5mol/L的浓度范围内呈良好的线性关系，其线性方程为，

2.4 橄榄酒中羟基酪醇类双酚的测定

为了检验本研究所构建的方法对橄榄酒中的羟基酪醇的检测能力，在实验中，取0.5 mL橄榄酒样品加入到4.5 mL缓冲溶液中(pH值3.0)进行DPV测试，并与HPLC方法进行了对比，测定结果如表1所示.

表1 橄榄酒中羟基酪醇类双酚的测定

由表1可知，与HPLC方法相比，本研究所构建的方法的3次测定结果的回收率在90%～110%以内波动，完全可以满足实际样品测定的需求.

3 结论

本研究构建了一个基于双层石墨烯修饰电极的简单灵敏的方法用于测定橄榄酒中的羟基酪醇.羟基酪醇在本检测方法中表现出良好的电化学活性，实现了对实际样品橄榄酒中羟基酪醇的灵敏快速检测.本研究为拓宽石墨烯在食品分析上的应用提供了一个潜在的平台.

［1］蔡民生，项龙川.橄榄酒的研制［J］.酿酒科技，1990，11(2):27－28.

［2］党建章，侯金星，黄志斌，等.盐酸水解橄榄苦苷粗提物制备羟基酪醇［J］.中药材，2011，34(6):984 －986.

［3］叶建中，王成章，陈虹霞，等.油橄榄叶中羟基酪醇含量及提取工艺研究［J］.林产化学与工业，2011，31(1):63 －67.

［4］华亮，吴霞琴，王荣.碳纳米管和聚电解质修饰玻碳电极的电化学行为及对芦丁的检测［J］.电化学，2011，17(3):283－287.

［5］Miyazawa K.Synthesis and properties of fullerene nanowhiskers and fullerene nanotubes［J］.Nanosci Nanotechnol，2009，9(1):41 －50.

［6］袁小亚.石墨烯的制备研究进展［J］.无机材料学报，2011，26(6):561 －570.

［7］岳莹，梁卿，郭勇，等.介孔碳纳米纤维修饰电极用于黄酮类化合物芦丁的电化学测定［J］.分析测试学报，2012，31(8):915 －921.

Hydroxytyrosol Polyphenol Detection in Olive Wine Based on Graphene Modified Electrode

LI Huiming1，GUO Zhaoyuan1，YE Ke1，LI Chao1，ZHANG Huiyi1，LIU Kunping1，2，GOU Xiaojun2
(1.School of Bioengineering，Chengdu University，Chengdu 610106，China;2.The Key Laboratory of Medicinal and Edible Plants Resources Exploitation of Higher Education Institutes of Sichuan Province，Chengdu University，Chengdu 610106，China)

This paper uses the chemical reduction method to prepare the functionalized graphene and pure graphene.The bi-layer graphene modified electrode is constructed for sensitivie detection of hydroxytyrosol polyphenol in olive wine.Due to the adsorption of hydroxytyrosol polyphenol on the modified electrode surface and high electric conductivity of the graphene，the hydroxytyrosol polyphenol exhibits good electroche-mical activity.The study of the electrode reaction kinetics indicates that the hydroxytyrosol polyphenol has undergone a diffusion-controlled quasi-reversible process on the modified electrode surface.Under the optimized experimental condition，the reduction peak current of catechol shows a good linear relationship with its concentration from 1 ×10－7to 5 ×10－5mol/L，which can be used for rapid detection of hydroxytyrosol polyphenol in real olive wine sample.

graphene;hydroxytyrosol;olive wine;electrochemistry

O657.1;TS262.7

A

1004－5422(2015)01－0005－03

2015－01－20.

四川省中医药管理局中医药科学技术研究专项(2014F002)、四川省教育厅自然科学基金(13ZB0344)资助项目.

李惠茗(1975—)，女，高级工程师，从事分析化学研究.