零流电位法对4-氨基联苯的检测

马明明,梁娟丽,苏新科，刘 佳

(西安工程大学 环境与化学工程学院，陕西 西安 710048)

4-氨基联苯(4-ABP)最早发现于香烟烟雾中[1-2]，易造成泌尿系统癌症[3],严重危害人体健康，已被许多国家列为主要环境污染物，因此监测4-ABP的含量十分重要。目前，检测4-ABP的方法主要有液相色谱-质谱联用法[3-6]、气相色谱-质谱联用法[7]、高效液相色谱法[8]、离子色谱荧光检测法[9]等。但上述方法检测前处理复杂，仪器设备昂贵，检测成本高，不易实现快速现场分析检测，因此有必要建立新型的4-ABP快速检测方法。

零流电位法是一种新型的界面电位传感技术，目前已用于联苯胺[10]、4-氨基偶氮苯[11]、邻甲苯胺[12]、人血清白蛋白[13-14]、Ce4+及牛血清白蛋白[15-16]、工业废水中Hg2+[17]、酸度[18]等的检测，但未见用于测定4-ABP的报道。分子印迹聚合物(MIP)绿色环保[19]，选择性和亲合力好[20]，因此本文以丙烯酸为功能单体，4-ABP为模板分子，在铅笔芯电极表面制备4-ABP分子印迹聚合物(4-ABP-MIP)，并将该MIP电极用于4-ABP的零流电位法检测。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

CHI610D型电化学工作站(上海辰华仪器厂)；KQ-250DB型数控超声波清洗器(上海昆山仪器有限公司)；Quanta-450-FEG型场发射扫描电镜仪(美国FEI公司)。

4-氨基联苯、4-氨基偶氮苯、对氯苯胺(阿拉丁试剂)；丙烯酸(天津市福晨化学试剂厂)；联苯胺(天津市科密欧化学试剂有限公司)；邻甲苯胺(上海山扑化工有限公司)；2B铅笔(中国第一铅笔有限公司)；绝缘胶水(抚顺哥俩好化学有限公司)。所用试剂均为分析纯，实验用水为去离子水。

1.2 电极的制备

1.2.1PGE的制作与预处理将2B铅笔芯截成长度为2 cm的小段，放入石蜡溶液中煮沸30 min后取出，用称量纸抛光；将两根铜丝分别缠绕在铅笔芯两端并用胶水固定(导电体长度固定)构成铅笔芯电极。以无水乙醇超声洗涤除去电极表面的杂质，晾干备用。

1.2.24-ABP-MIP/PGE的制备将上述处理好的PGE作为工作电极，铂电极为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，置于含1.0×10-3mol/L 4-氨基联苯、4.0×10-3mol/L丙烯酸的磷酸盐缓冲溶液(PBS，pH 7.17)中，在-1.6～1.6 V范围内以0.1 V·s-1扫描速率循环扫描16圈后，取出PGE用水清洗数次，再将其置于无水乙醇中超声振荡清洗6 min，即得4-ABP分子印迹聚合物修饰的铅笔芯电极(4-ABP-MIP/PGE)，制备过程见图1。

1.2.3实验方法将工作电极和辅助电极端分别与4-ABP-MIP/PGE的两端连接，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，同时浸没在含一定浓度4-ABP的PBS(pH 7.17)中，以0.1 V·s-1在-1.6～1.6 V电位范围内线性扫描，在I～E曲线上记录电流I为零的电位EZCP(零流电位)。

2 结果与讨论

2.1 4-ABP-MIP/PGE制备参数的优化

支持电解质的pH值、扫描电位范围、模板分子浓度及其与功能单体的浓度比、扫描圈数、洗脱时间等对印迹聚合物的印迹空穴活性点数量和分布均会产生影响，从而导致其零流电位响应的差异，因此本实验考察了上述条件对印迹聚合物零流电位的影响。由于4-ABP-MIP/PGE印迹吸附结合模板分子4-ABP的过程中，修饰电极的界面电位会发生变化，当零流电位变化最大时印迹吸附结合作用最强，所以采用零流电位的差值ΔEZCP(ΔEZCP=E结合后-E结合前)优化制备条件。实验发现，当PBS的pH值为7.17、4-ABP与丙烯酸的浓度比为1∶4、扫描电位范围为-1.6～1.6 V、扫描圈数为16圈、4-ABP浓度为1.0×10-3mol/L、洗脱时间为6 min时，ΔEZCP最大，说明在上述条件下制备出的印迹聚合物印迹空穴最多，对模板分子的选择性吸附最大。

2.2 4-ABP-MIP/PGE的选择性

由于结构上的相似性，4-氨基偶氮苯(4-AAB)、对氯苯胺(PCA)、联苯胺(BZ)、邻甲苯胺(OT)等与4-ABP结构相近的物质可能被印迹聚合物吸附，从而影响印迹电极对4-ABP的选择性吸附，因此分别考察了4-ABP-MIP/PGE对同浓度(1.0、30 μmol/L)的4-ABP及上述结构相似物的印迹吸附容量(印迹吸附容量=ΔE/E0，ΔE为修饰电极在4-ABP中的零流电位值与其在空白PBS溶液中零流电位值的差值，E0为修饰电极在空白PBS中的零流电位值)。结果表明，修饰电极对4-ABP的印迹吸附容量最大，说明上述结构相似物不干扰4-ABP测定；此外，废水中常见无机离子的ΔE几乎为零，印迹吸附容量接近零。因此制备的4-ABP-MIP/PGE对4-ABP具有高的选择性识别能力。

2.3 4-ABP-MIP/PGE的零流电位响应与表面形貌

考察不同电极在含相同浓度4-ABP溶液和空白溶液中的EZCP变化。结果发现，PGE和未洗脱的4-ABP-MIP/PGE的EZCP几乎无变化，而洗脱6 min后4-ABP-MIP/PGE的EZCP变化较大，洗脱10 min后其EZCP不稳定。采用扫描电镜研究了PGE、未洗脱4-ABP-MIP/PGE、洗脱6 min的4-ABP-MIP/PGE、洗脱10 min的4-ABP-MIP/PGE 4个电极的表面形貌。由于铅笔芯的主要组分为石墨和黏土，因此PGE表面呈无序的片层结构(图2A)；未洗脱4-ABP-MIP/PGE的表面相对平展、均一(图2B)，因此溶液中的4-ABP很难被这两种表面吸附，EZCP几乎不变；洗脱6 min后的4-ABP-MIP/PGE表面具有印迹位点的空洞(图2C)，可对溶液中4-ABP进行印迹再吸附结合，导致MIP界面的电位变化大，因而4-ABP-MIP/PGE的EZCP变化显著；洗脱10 min后的4-ABP-MIP/PGE，因过度洗脱而使得电极表面粗糙甚至被破坏(图2D)，从而导致EZCP不稳定。因此，实验选择最佳洗脱时间为6 min。

图2 不同电极的扫描电镜图Fig.2 SEM images of different electrodesA.PGE,B.4-ABP-MIP/PGE (no washing)，C.4-ABP-MIP/PGE(washing 6 min)，D.4-ABP-MIP/PGE(washing 10 min)

2.4 分析应用

图3 传感器在不同浓度;4-ABP中的I～E曲线Fig.3 I-E curves for sensor in different concentrations of 4-ABPinsert:the linear plot of EZCP and lgc4-ABP;4-ABP concentration(a-i):0.005,0.01,0.05,0.1,0.5,1.0,5.0,10,50 μmol/L

2.4.1传感器的精密度与稳定性用同一传感器连续平行6次测定1.0×10-7mol/L的 4-ABP，测得零流电位值的相对标准偏差(RSD)为0.23%，说明印迹电极精密度好；间隔30 d后，用该传感器测定同一浓度的4-ABP，响应值与初始值仅相差0.001 3 V，变化率为1.3%，表明传感器具有良好稳定性。

2.4.2标准曲线与检出限用4-ABP-MIP/PGE以零流电位法对不同浓度的4-ABP进行检测(图3)。结果显示，随着4-ABP浓度的增加，4-ABP-MIP/PGE的零流电位逐渐正移；当4-ABP浓度在0.005～50 μmol/L范围内时，零流电位值与4-ABP浓度的对数呈线性关系(图3插图)，线性方程为EZCP=0.015 55 lgc4-ABP+0.208 7(r=0.994 3)，按照3σ/k，计算得检出限(LOD)为1.07 nmol/L。

表1 不同检测方法测定4-ABP的结果比较Table 1 Comparison of different methods for the measurement of 4-ABP

表2 废水中4-ABP的测定结果Table 2 Determination results of 4-ABP in waste water sample

2.4.3与其他方法的比较比较了本传感器、超高效液相色谱-串联质谱法(UPLC-MS/MS)、高效液相色谱法(HPLC)及离子色谱荧光检测法(IC)测定4-ABP的线性范围及检出限(表1)。由表1可知，与其他传感器相比，本传感器的线性范围最宽，检出限最低。

2.4.4实际样品的测定在最佳条件下，采用本方法对废水样品进行检测，结果显示废水中未检出4-ABP。在废水样品中分别加入0.1、0.5、1.0、5.0 μmol/L的4-ABP标准溶液进行加标回收实验，平行测定3次，得样品中4-ABP的平均回收率为96.0%～102%(表2)，结果满意。

3 结 论

本文采用循环伏安法，通过零流电位法优化制备条件，在低成本的铅笔芯电极表面制备出4-ABP-MIP传感器。该电极的印迹空穴重新吸附4-ABP后，4-ABP-MIP的界面结构改变，导致其零流电位发生变化，且零流电位值与4-ABP浓度的对数呈线性关系，因此可用于4-ABP检测。本传感器灵敏度高，选择性好，且制作成本低，可用于废水样品中4-ABP的测定。