茶叶中儿茶酚的电化学检测方法研究

张明丽，金华丽，姜海洋

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

茶叶中儿茶酚的电化学检测方法研究

张明丽，金华丽*，姜海洋

（河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

利用多孔碳修饰金刚石电极，采用循环伏安法对茶叶中儿茶酚进行了定量分析。通过对电解质溶液种类、电解质溶液pH以及多孔碳修饰量的优化发现，当以0.1 mol/L pH为7.5的PBS为电解质溶液、多孔碳修饰量为4 μL时，其灵敏度较高，催化活性最好。在最佳试验条件下，儿茶酚浓度（c）在10～70 μmol/L范围内与峰电流呈良好的线性关系，线性方程为：Y=0.027 52c－0.115 5，R2=0.998 3，相关性较好，利用绘制的标准曲线对茶叶中的儿茶酚进行检测分析，测得茶叶中儿茶酚含量为17.39 mg/g。采用制备好的多孔碳修饰的金刚石电极对1.0×10-4mol/L儿茶酚进行连续循环伏安扫描10次，其RSD为1.83%，重复性较好，精密度较高。

金刚石电极；多孔碳；儿茶酚；循环伏安法；电化学检测

0 前言

儿茶酚（catechol，CC）学名邻二苯酚，在茶叶、水果以及蔬菜中广泛存在，是酶促褐变反应的重要底物之一，在制药和化工生产中具有广泛的作用。茶叶中茶多酚含量丰富，茶多酚中主要是儿茶酚类物质，如鞣花酸、原儿茶酸、L-表儿茶精、儿茶醛等，因其具有抗氧化、抗心律失常、抗病毒、抗癌等生理作用[1-2]，在近几年的研究中受到广泛的关注并且成为评判茶叶品质的重要指标之一。因此，研究一种方便快捷的茶叶中儿茶酚的定量检测方法对于茶叶综合品质的评价以及人们的身体健康具有重要意义[3]。

目前，儿茶酚的测定主要运用气相色谱法、毛细管电泳及高效液相色谱法等。这些方法虽然灵敏度高、稳定性好但检测费时费力、需要专业人员操作而且设备昂贵[4]，因此不适合茶叶中的儿茶酚快速有效的定量分析[5]。而电化学分析法由于具有成本低[6]、操作简便、灵敏度高等优点，对茶叶中儿茶酚进行定量分析具有较大的应用潜力，是儿茶酚定量快速检测的理想方法之一。

金刚石电极具有电化学势窗宽、物理化学稳定性好、背景电流低、吸附性弱以及灵敏度高等优异的电化学特性，被广泛应用于电化学研究中[7-8]。多孔碳材料由于疏松多孔的结构特点[9]，具有较大的比表面积，能有效地促进电子在电极表面和溶液间的转移，增强响应电流，提高电极的灵敏度。目前关于多孔碳纳米材料的相关文献虽有报道，但基于多孔碳纳米材料修饰金刚石电极对CC进行检测的相关文献还未见报道。因此，笔者以多孔碳修饰的金刚石电极为工作电极制备传感器，通过对电解质溶液种类及pH、多孔碳修饰量等条件的优化，对茶叶中的CC进行定量分析。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

儿茶酚、甲醇：天津市科密欧化学试剂有限公司；十二水合磷酸氢二钠、氯化钾、85%磷酸、37%盐酸：洛阳昊华化学试剂有限公司；磷酸二氢钠、硼酸、铁氰化钾：洛阳市化学试剂厂；乙酸：开封市芳晶化学试剂有限公司；亚铁氰化钾：天津市光复精细化工研究所；无水乙醇：天津市天力化学试剂有限公司；茶叶：天潭龙井，购于当地超市。

1.2 主要仪器与设备

CHI-600E电化学工作站：上海辰华仪器有限公司；三电极系统：以金刚石电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极（Pt）为对电极。

1.3 试验方法

1.3.1传感器的制备

多孔碳纳米材料根据文献[10]制得。准确称取多孔碳纳米材料1.0 mg带盖玻璃瓶中，向其中加入离子水1.00 mL，在磁力搅拌器上剧烈搅拌3 h，然后超声2 h使其分散均匀即得到1.0 mg/mL多孔碳修饰材料。将金刚石裸电极分别用无水乙醇、二次蒸馏水超声清洗3次，每次3～5 min，然后在室温条件下干燥，备用。

用10 μL移液枪吸取一定量的1.0 mg/mL的多孔碳修饰液滴加到金刚石电极表面，然后用洁净干燥的烧杯罩在上面，让其在室温条件下自然干燥，即得多孔碳复合金刚石传感器。

1.3.2 样品的处理

准确称取茶叶10.000 0 g于中药粉碎机中进行粉碎，然后准确称取上述茶叶粉末1.000 0 g于100 mL烧杯中，向其中加入60.00 mL 20%的甲醇溶液，转移至恒温水浴振荡器中80℃条件下水浴20 min，将茶叶混合液转移至布氏漏斗进行抽滤。将所得滤液转移至100 mL容量瓶中用80%甲醇定容，备用。

2 结果与分析

2.1 金刚石电极的电化学表征

在10 mmol/L的K3[Fe(CN)6]溶液（含 0.1 mol/L KCl）中分别对金刚石裸电极和4 μL多孔碳修饰的金刚石电极进行交流阻抗分析，结果见图1。

图1 在10 mmol/L的K3[Fe（CN）6]（含0.1 mol/L KCl）中的 EIS 曲线Fig.1 Electrochemicalimpedance spectroscopy of diamond electrode（b）and diamond electrode modified with porous carbon materials（a） in 10 mmol/L K3[Fe（CN）6]solution（containing 0.1 mol/L KCl）

由图1可知，金刚石裸电极的电阻值为490.7 Ω，多孔碳修饰的金刚石电极的电阻值为260.7 Ω，与裸电极相比电阻减小了46.87%，这说明多孔碳材料修饰在金刚石电极表面能增加电极灵敏度，有效地促进电子转移，减小消耗。

2.2 儿茶酚在不同传感器上的电化学行为

分别以金刚石裸电极和经4 μL多孔碳修饰的金刚石电极为工作电极，以pH 7.5的PBS缓冲溶液为支持电解质，对1.0×10-4mol/L的儿茶酚进行循环伏安扫描，结果见图2。

图2 两种金刚石电极在1.0×10-4mol/L儿茶酚中的循环伏安扫描曲线Fig.2 Cyclic voltammetry of two kinds of diamond electrodes in 1.0×10-4mol/L catechol

由图2可知，金刚石裸电极测得的氧化峰电流值Ip为6.524×10-7A，多孔碳修饰的金刚石电极测得的Ip为1.840×10-6A，修饰电极比裸电极Ip值增加1.187 6×10-6A，这表明多孔碳修饰材料有助于增加导电性，也能够促进CC与电极之间的电子传递，提高电子转移速率。

2.3 缓冲溶液的选择

以4 μL多孔碳修饰金刚石电极制备多孔碳复合金刚石传感器，分别以pH=7.5的0.1 mol/L PBS缓冲溶液、pH=6.2的BR缓冲液以及 0.2 mol/L KCl+0.001 mol/L HCl溶液为支持电解质，对1.0×10-4mol/L的儿茶酚进行循环伏安扫描，其结果见图3。

由图3可知，在0.2 mol/L KCl+0.001 mol/L HCl溶液中没有明显的氧化峰，在pH为6.20的BR缓冲液中Ip值为3.331×10-7A，在pH为7.5的0.1 mol/L PBS缓冲溶液中 Ip值为 3.425×10-6A，与 pH为 6.20的BR缓冲液相比，Ip值增加3.0919×10-6A，说明PBS缓冲液能够增加灵敏度，能很好地促进电子的转移。因此选用PBS缓冲液作为支持电解质。

图3 不同缓冲液中多孔碳修饰的金刚石电极在1.0×10-4mol/L儿茶酚中的循环伏安曲线Fig.3 Cyclic voltammetry of porous carbon-modified diamond electrode in 1.0×10-4mol/L catechol in different buffers

2.4 PBS缓冲溶液pH的优化

以4 μL多孔碳修饰的金刚石电极为工作电极，分别以 pH 为 6.5、7.0、7.5、8.0、8.5 的 0.1 mol/L PBS缓冲液为支持电解质，对1.0×10-4mol/L的儿茶酚进行循环伏安扫描，其结果见图4、图5。

图4 多孔碳修饰的金刚石电极在不同pH的0.1 mol/L PBS中的循环伏安曲线Fig.4 Cyclic voltammetry of porous carbon-modified diamond electrode in 0.1 mol/L PBS buffer of different pH values

由图4可知，PBS溶液各pH下的循环伏安图峰形类似，氧化还原电位没有发生明显变化，这说明在以PBS为电解质的条件下所制得的传感器具有较好的稳定性。由图5可知，随着PBS缓冲液pH的增加，氧化峰电流先增加后减小，且当pH为7.5时，Ip值最大，为3.425×10-6A。这可能是由于过酸或过碱会影响电子的转移速率。因此选用pH为7.5的0.1 mol/L PBS缓冲液为支持电解质溶液。

图5 CC峰电流与PBS pH值的关系Fig.5 Relationship between CC peak current and PBS pH value

2.5 多孔碳修饰量的优化

分别以 2 μL、3 μL、4 μL、5 μL、6 μL 的 1.0 mg/mL多孔碳修饰金刚石电极制备多孔碳复合金刚石传感器，以pH为7.5的0.1 mol/L PBS缓冲溶液为支持电解质，对1.0×10-4mol/L的儿茶酚进行循环伏安扫描，其结果见图6、图7。

图6 不同修饰量的金刚石电极在pH为7.5的0.1 mol/L PBS缓冲溶液中的循环伏安曲线Fig.6 Cyclic voltammetry of porous carbon-modified diamond electrode with different modification amount in 0.1 mol/L PBS buffer（pH 7.5）

由图7可知，随着多孔碳修饰量的增加，氧化峰电流先增加后减小，当修饰量为4 μL时，Ip值最大，为3.425×10-6A。这可能是由于随着修饰量的增加，材料在电极表面堆积，影响电子转移速率。因此多孔碳修饰量选为4 μL。

2.6 重复性试验

在优化条件下，以多孔碳修饰的金刚石电极为工作电极，对1.0×10-4mol/L的儿茶酚进行连续10次循环伏安扫描，其结果如图8和表1所示。

由图8和表1可知，在优化条件下对多孔碳修饰的金刚石电极进行连续10次循环伏安扫描，其相对标准偏差为1.83%，说明多孔碳复合金刚石传感器具有良好的重现性。

图7 CC峰电流与修饰量的关系Fig.7 Relationship between CC peak current and modification amount

图8 电极重复扫描10次后的循环伏安曲线Fig.8 Cyclic voltammetry of electrode after being scanned repetitively for ten times

表1 10次重复性试验Table 1 Repetitive experiments for 10 times

2.7 标准曲线的绘制

在上述条件下，采用循环伏安法在多孔碳修饰的金刚石电极上对不同浓度的CC进行定量分析，其结果见图9。

由图9可知，儿茶酚在10～70 μmol/L的浓度范围内与峰电流呈良好的线性关系，线性方程为：Y=0.027 52c-0.115 5，R2=0.998 3，相关性较好，符合试验要求。

图9 不同浓度的CC溶液与峰电流的线性关系Fig.9 Linear relationship between concentrations of catechol and peak current

2.8 实际样品的检测

在最优条件下，取200 μL预处理样品溶液加到5 mL pH为7.5的0.1 mol/L PBS缓冲液中，对其进行循环伏安扫描，结合标准曲线得出茶叶中儿茶酚的含量见表2。

表2 茶叶样品中儿茶酚的测定Table 2 Determination of catechol in tea sample(n=3)

由表2可推知样品中儿茶酚含量为17.39 mg/g。

3 结论

考察了多孔碳修饰的金刚石电极对儿茶酚的电催化作用。试验证明，多孔碳材料由于其疏松多孔的结构特点，可增大金刚石电极的有效比表面积，增加导电性，提高电极的灵敏度。多孔碳金刚石复合电极对儿茶酚有良好的电催化作用。此法制备的多孔碳复合金刚石传感器能有效地进行实际样品的检测，符合试验要求，具有较高的实用价值。

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ELECTROCHEMICAL DETECTION METHOD OF CATECHOL IN TEA LEAVES

ZHANG Mingli，JIN Huali，JIANG Haiyang
（School of Food Science and Technology， Henan University of Technology， Zhengzhou 450001， China）

In this paper，the porous carbon diamond composite electrode was prepared and the catechol（CC）in tea was quantitatively analyzed by cyclic voltammetry.The type of electrolyte solutions， pH， and the modification amount of the porous carbon were optimized，and the results showed that the porous carbon diamond composite electrode had the highest sensitivity and the best catalytic activity when the modification amount of porous carbon was 4 μL in the presence of 0.1 mol/L PBS （pH 7.5）as electrolyte solution.Under the optimal conditions， the CC concentration had good linear relationship within 10 to 70 μmol/L， with linear regression regression equation of Y=0.027 52c-0.115 5，R2=0.998 3.The content of catechol in tea leaves was determined as 17.39 mg/g by using the standard curve.The porous carbon diamond composite electrode was used to conduct cyclic voltammetry continue scanning ten times in phosphate buffer solution including 1.0×10-4mol/L catechol， and results showed that the method（RSD 1.83%）had high repeatability and high precision.

diamond electrode；porous carbon；catechol；cyclic voltammetry；electrochemical detection

TS207.3

：B

1673-2383(2017)04-0052-05

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20170828.0857.020.html

网络出版时间：2017-8-28 8:57:19

2016-11-29

张明丽（1994—），女，河南郑州人，硕士研究生，研究方向为食品工程与品质安全控制。

*通信作者