專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于檢測(cè)三聚氰胺的電化學(xué)修飾電極及檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于檢測(cè)三聚氰胺的電化學(xué)修飾電極及檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及分析化學(xué)和檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地，本實(shí)用新型涉及一種用于檢 測(cè)三聚氰胺的電化學(xué)修飾電極及檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
[0002]三聚氰胺是制造三聚氰胺-甲醛樹(shù)脂(密胺塑料)的原料，該樹(shù)脂有時(shí)也被俗稱(chēng) 為三聚氰胺，常用于制造日用器皿、裝飾貼面板、織物整理劑等。目前食品工業(yè)中蛋白 質(zhì)含量的測(cè)定通常采用凱氏定氮法，通過(guò)測(cè)定氮原子的含量來(lái)間接推算食品中蛋白質(zhì)的 含量。由于三聚氰胺(含氮量66%)與蛋白質(zhì)(平均含氮量16%)相比具有更高的含氮 量，所以被一些不法分子利用，添加在食品中以造成食品蛋白質(zhì)含量較高的假象，進(jìn)而 造成嚴(yán)重的食品安全事故。[0003]從2007年美國(guó)首發(fā)的“寵物毒糧”風(fēng)波，到2008年的“三鹿奶粉”事件，三聚氰胺已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。2006年糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織農(nóng)藥殘留聯(lián)席會(huì)議發(fā)布， 三聚氰胺的長(zhǎng)期攝入將會(huì)造成生殖、泌尿系統(tǒng)的損害，形成膀胱、腎部結(jié)石，甚至可以 進(jìn)一步誘發(fā)膀胱癌。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，三聚氰胺在強(qiáng)酸強(qiáng)堿的環(huán)境下會(huì)水解成三聚氰酸一酰 胺、三聚氰酸二酰胺及三聚氰酸，在尿液的pH下與三聚氰酸結(jié)合成不可溶的物質(zhì)，這種 結(jié)合物會(huì)結(jié)晶進(jìn)而傷害組織。[0004]為了避免此類(lèi)事故的再次發(fā)生，食品中三聚氰胺的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)成為當(dāng)前高 度重視和亟待解決的問(wèn)題。目前色譜法在三聚氰胺檢測(cè)的檢測(cè)上應(yīng)用較多，包括高效液 相色譜-二極管陣列檢測(cè)法(HPLC-DAD)、液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜檢測(cè)法(LC-MS/MS)、 氣相色譜-質(zhì)譜檢測(cè)法(GC-MS)等。我國(guó)現(xiàn)行的原料乳與乳制品中三聚氰胺檢測(cè)國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)方法即采用HPLC、LC-MS/MS和GC-MS、GC-MS/MS對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。但是色 譜方法和質(zhì)譜檢測(cè)的運(yùn)行成本相對(duì)較高，且試樣的處理過(guò)程比較復(fù)雜，在實(shí)際分析測(cè)定 中耗時(shí)較長(zhǎng)，因此有必要研究建立更加高效、快速、靈敏的分析測(cè)試方法。此外，毛細(xì) 管電泳-二極管陣列檢測(cè)法(CE-DAD)、毛細(xì)管電泳-紫外檢測(cè)法(CE-UV)、分子印跡 法等在三聚氰胺檢測(cè)上的運(yùn)用和嘗試也紛紛見(jiàn)諸于各類(lèi)文獻(xiàn)資料。但是上述方法中存在 著儀器昂貴、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、操作困難等缺點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中還存在著一定的不足。[0005]電化學(xué)方法由于其儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、制作方便且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而在食品安全、 生命科學(xué)及臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是在檢測(cè)靈敏度上還有待進(jìn)一步提高。因 此，本領(lǐng)域迫切需要一種高靈敏度、快速方便檢測(cè)三聚氰胺的檢測(cè)電極及檢測(cè)裝置。發(fā)明內(nèi)容[0006]為了快速靈敏地檢測(cè)牛奶等中的三聚氰胺，本實(shí)用新型提供了一種用于快速檢 測(cè)三聚氰胺的電化學(xué)修飾電極。[0007]本實(shí)用新型的還提供了 一種檢測(cè)三聚氰胺的電化學(xué)檢測(cè)裝置。[0008]本實(shí)用新型第一方面提供了一種用于快速檢測(cè)三聚氰胺的電化學(xué)修飾電極，所述電極包括[0009]-基底電極；[0010]-設(shè)置于基底電極外表面的PDDA膜；以及[0011]-設(shè)置于PDDA膜外表面的FDU膜。[0012]其中，所述基底電極(1)是玻碳電極。[0013]本實(shí)用新型的第二方面提供了一種用于快速檢測(cè)三聚氰胺的電化學(xué)檢測(cè)裝置， 所述檢測(cè)裝置為電解池，所述電解池包括工作電極、對(duì)電極和參比電極；設(shè)置在電解 池頂部的支架，所述支架用于放置所述對(duì)電極和參比電極；以及設(shè)置在電解池底部的電 解液。[0014]其特點(diǎn)在于，所述工作電極采用修飾電極、所述修飾電極包括[0015]-基底電極；[0016]-設(shè)置于基底電極外表面的PDDA膜；以及[0017]-設(shè)置于PDDA膜外表面的FDU膜。[0018]在本實(shí)用新型中，所述的基底電極是玻碳電極。[0019]在本實(shí)用新型中，所述的對(duì)電極是鉬電極。[0020]在本實(shí)用新型中，所述的參比電極是Ag/AgCl參比電極。[0021]在本實(shí)用新型中，所述的電解液為含有:K3[Fe(CN)6]及KCl的磷酸鹽緩沖液。[0022]本實(shí)用新型的有益效果在于[0023](1)本實(shí)用新型利用FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極對(duì)三聚氰胺進(jìn)行直接電 化學(xué)檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在一定的濃度范圍內(nèi)，三聚氰胺的濃度與[Fe(CN)6]3"4還原峰電流值 的減小量具有線(xiàn)性相關(guān)性，檢測(cè)線(xiàn)性范圍為5.0X10—9 1.4Xl(T7m0l/L，檢測(cè)限達(dá)到 UXlO^nol/L。FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極制備簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快。[0024](2)本實(shí)用新型中FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極還具有良好的選擇性，當(dāng)三 聚氰胺的濃度為1.0Xl(Tmol/L時(shí)，50倍的Na+、SO42 > NH4+、CH3COCT及葡萄糖對(duì)三 聚氰胺的檢測(cè)基本無(wú)影響。[0025](3)本實(shí)用新型的電極制備方法和檢測(cè)方法操作簡(jiǎn)單方便，使用儀器價(jià)格便宜， 成本低廉。[0026](4)本實(shí)用新型的電極材料無(wú)污染，不會(huì)造成環(huán)境污染，符合人們對(duì)與環(huán)保的要 求。


[0027]圖1為本實(shí)用新型的修飾電極的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為基底電極(玻碳電 極)，2為涂覆于玻碳電極1表面的是PDDA分子層，3為修飾的FDU分子層。4為本實(shí) 用新型FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極4。[0028]圖2顯示本實(shí)用新型修飾電極的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為基底電極(玻碳電 極)，2為修飾的PDDA分子層，3為修飾的FDU-15-Pt分子層。[0029]圖3顯示本實(shí)用新型檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中4為工作電極(即圖1顯 示的修飾電極4)，5為對(duì)電極，6為Ag/AgCl參比電極，7為檢測(cè)池容器，8為電解液，9為電極支架。[0030]圖4 (A)表示的FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極在不同三聚氰胺濃度下對(duì) [Fe(CN)6]3_λ_的DPV響應(yīng)，橫坐標(biāo)為電位，縱坐標(biāo)為電流響應(yīng)大小。[0031]圖4 (B)表示FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極檢測(cè)三聚氰胺的工作曲線(xiàn)，橫坐 標(biāo)為三聚氰胺的濃度，縱坐標(biāo)為電流響應(yīng)的減小值。
具體實(shí)施方式
[0032]以下對(duì)本實(shí)用新型的各方面進(jìn)行詳述。本發(fā)明的以下實(shí)施例并不是對(duì)本發(fā)明的 限制。因此，在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu) 點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中，并且以權(quán)利要求書(shū)為保護(hù)范圍。[0033]帶負(fù)電荷的玻碳電極能吸引帶正電荷的高分子電解質(zhì)PDDA，作為穩(wěn)定劑的 PDDA能很好的吸附介孔材料FDU，這樣便能形成穩(wěn)定的FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電 極。利用循環(huán)伏安、示差脈沖伏安、交流阻抗和透射電鏡可以對(duì)修飾電極的電化學(xué)行為 及物理性狀等進(jìn)行了表征。[0034]基底電極[0035]基底電極選用了玻碳電極(GCE)，這是因?yàn)椴Ｌ茧姌O表面帶負(fù)電，很容易與表 面帶正電荷的修飾材料PDDA結(jié)合。[0036]PDDA[0037]PDDA[聚二烯丙基二 甲基氯化銨，poly (diallyl dimethylammonium) chloride]是一種水溶性的帶正電荷的高分子電解質(zhì)，能與帶負(fù)電荷的玻碳電極表面通過(guò)靜電作用進(jìn)行 有效地結(jié)合，因此PDDA常在修飾電極的制備中作為穩(wěn)定劑和介質(zhì)。[0038]FDU[0039]FDU是具有酚醛樹(shù)脂結(jié)構(gòu)的介孔材料，兼具介孔材料和有機(jī)聚合物的優(yōu)點(diǎn)，不 僅在結(jié)構(gòu)上微孔排列有序、表面積大、結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)，同時(shí)具有高疏水性和耐酸堿性等特 征。由于FDU的電導(dǎo)率低，通常不單獨(dú)作為電化學(xué)傳感器的探針，因此需要修飾上金屬 納米顆粒(如Pt、Pd等)來(lái)改善其導(dǎo)電性能。本實(shí)用新型中所采用的FDU修飾材料為 FDU-15-Pto[0040]圖1中的修飾電極4是這樣得到的[0041]1)玻碳電極的預(yù)處理[0042]對(duì)基體電極1 (玻碳電極)依次用03#砂紙、0.3和0.05 μ m Al2O3粉末、清潔干 凈的麂皮上反復(fù)拋光至鏡面后，水下沖洗，依次經(jīng)0.2mol/L HCl溶液、0.2mol/L NaOH 溶液、乙醇、二次去離子水超聲洗滌5η ι，電極晾干后備用。[0043]2) PDDA 的修飾[0044]將PDDAO0wt%，Sigma公司，德國(guó))用二次去離子水修飾為0.5wt%。將上述 處理后的GCE電極置于稀釋后的PDDA溶液中浸泡15分鐘，沖洗后在紅外燈下烘干。[0045]3) FDU 的修飾[0046]FDU-15-Pt由華東師范大學(xué)上海綠色化學(xué)與化學(xué)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。稱(chēng)取 IOmg粉末分散于ImL的pH 7.6磷酸鹽緩沖溶液中。將修飾了 PDDA的玻碳電極浸泡在 上述FDU-15-Pt的分散液中浸泡20分鐘，沖洗后紅外燈下烘干。[0047]4) FDU-15-Pt/PDDA/GCE 修飾電極的結(jié)構(gòu)[0048]上述方法得到的FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極4的結(jié)構(gòu)如圖1所示，基底電 極為玻碳電極1，涂覆于玻碳電極1表面的是PDDA分子層2，最外層是FDU-15-Pt分子層3ο[0049]本實(shí)用新型中，將PDDA和FDU依次修飾到基底電極1的表面，使得所述基底 電極1外表面涂覆有PDDA膜，所述的PDDA膜2外表面涂覆有FDU膜3。以本實(shí)用新 型這種結(jié)構(gòu)的修飾電極4作為工作電極檢測(cè)樣品中的三聚氰胺，具有極其優(yōu)異的檢出效^ ο[0050]采用本實(shí)用新型的修飾電極4檢測(cè)三聚氰胺，是基于如下原理[0051]檢測(cè)是在含有l(wèi)mmol/L K3[Fe(CN)6]及0.5mmol/L KCl的磷酸鹽緩沖溶液(pH 6.5)中進(jìn)行的，(CN)6]起探針的作用。三聚氰胺分子主體為C_N雜環(huán)結(jié)構(gòu)，含 有三個(gè)N原子并連接三個(gè)氨基取代基，相鄰的分子之間可以通過(guò)N-H...N氫鍵的作用結(jié) 合。在三聚氰胺與電極修飾材料相互作用的過(guò)程中，三聚氰胺分子進(jìn)入FDU-15-Pt的孔 隙中，并與其結(jié)構(gòu)上的羥基發(fā)生氫鍵作用形成超分子結(jié)構(gòu)，從而堵塞了孔道。作為探針 的!^[Fe(CN)6]無(wú)法接近玻碳電極，檢測(cè)到[Fe(CN)6]3_λ_的還原峰電流就會(huì)減小。因此 可以通過(guò)[Fe(CN)6]〃4_還原峰電流的減小量間接地檢測(cè)三聚氰胺的。[0052]圖2顯示了該修飾電極的另一個(gè)具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。其中1為基底 電極(玻碳電極)，2為修飾的PDDA分子層，3為修飾的FDU-15-Pt分子層。所述基底 電極1為平面結(jié)構(gòu)。[0053]如圖3所示，檢測(cè)裝置包括工作電極4對(duì)電極5和參比電極6，設(shè)置在電解池 7頂部的電極支架9;以及設(shè)置在電解池7底部的電解液8。在電極支架9上分布有修 飾電極4、對(duì)電極5和參比電極6。在電解池7中還含有電解液8，含量如下lmmol/L K3[Fe (CN)6]及O.5mmol/LKC1的pH 6.5，0.05mol/L的磷酸鹽緩沖溶液。各電極的下端 侵入到電解液中，上端分別與CHI832電化學(xué)工作站(上海辰華儀器公司)相連。[0054]工作電極4采用FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極，對(duì)電極5為鉬絲，參比電 極6為Ag/AgCl電極(飽和KCl)。將三電極置于含有一定濃度三聚氰胺的電解中。測(cè) 定前，在+0.80V恒電位下富集30s;實(shí)驗(yàn)采用示差脈沖伏安法(DPV)，電位掃描范圍從 +0.60V -0.30V，記錄還原峰處的峰電流。根據(jù)三聚氰胺濃度與還原峰電流減小量之間 的線(xiàn)性關(guān)系，可以對(duì)三聚氰胺進(jìn)行定量檢測(cè)。每次使用后，用二次蒸餾水將電極沖洗干 凈。[0055]圖3的電解液是這樣運(yùn)作的[0056]電解池中，以修飾電極4為工作電極，Ag/AgCl電極作為參比電極6，Pt電 極作為對(duì)電極5，建立三電極體系，電解池中為電解液8。以電化學(xué)工作站對(duì)三電極體 系進(jìn)行數(shù)據(jù)控制傳輸，采用示差脈沖伏安法測(cè)三聚氰胺分子。此檢測(cè)電位窗口通常為 +0.60V -0.30V。[0057]具體檢測(cè)過(guò)程[0058]檢測(cè)方法[0059]實(shí)驗(yàn)采用三電極體系，工作電極采用FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極，對(duì)電 極為鉬絲，參比電極為Ag/AgCl電極(飽和KC1)，置于含有一定濃度三聚氰胺的pH 6.5的測(cè)試底液中。測(cè)定前，在+0.80V恒電位下富集30s;實(shí)驗(yàn)采用示差脈沖伏安法(DPV)，電位掃描范圍從+0.60V -0.30V，記錄還原峰處的峰電流。根據(jù)三聚氰胺濃度 與還原峰電流減小量之間的線(xiàn)性關(guān)系，可以對(duì)三聚氰胺進(jìn)行定量檢測(cè)。每次使用后，用 二次蒸餾水將電極沖洗干凈。[0060]檢測(cè)結(jié)果[0061]在上述條件下，利用DPV對(duì)不同的三聚氰胺濃度下[Fe(CN)6]3+的還原峰電 流進(jìn)行了檢測(cè)，[Fe(CN)6]3"4-峰電流減小量(Δ )與三聚氰胺的濃度(c)成正比，圖 4(A)、(B)分別為所制備的FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極在不同三聚氰胺濃度下對(duì) [Fe (CN)6廣/4_的DPV響應(yīng)和工作曲線(xiàn)。圖中表示，含lmmol/L K3[Fe (CN) 6]和0.5mmol/L KCl的pH 6.5的PBS緩沖液中，a_j 三聚氰胺的濃度依次為0，5.0X10—9，1.X10—8， 2Χ1(Γ8，3.0Χ1(Γ8，4.0Χ1(Γ8，6.0Χ1(Γ8，1.0Χ1(Γ7，1.2Χ1(Γ7，，1.4Χ l(T7mol/L。 從工作曲線(xiàn)可以得知，F(xiàn)DU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極對(duì)三聚氰胺的檢測(cè)范圍為 δ.ΟΧΚ^-ΒΧΚΓιηοΙ/Χ，并且遵循以下方程式Δi = 0.0085c+0.3527,線(xiàn)性相關(guān)系數(shù) 為0.9912，檢測(cè)限達(dá)到1.3X10_9mol/L(信噪比=3 1)。[0062]牛奶中三聚氰胺的檢測(cè)[0063]牛奶的預(yù)處理[0064]本實(shí)驗(yàn)參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《原料乳與乳制品中三聚氰胺檢測(cè)方法O2388-2008)》， 對(duì)牛奶樣品進(jìn)行預(yù)處理。稱(chēng)取2g牛奶置于50mL具塞離心管中，加入15mL三氯乙酸溶 液(1% )和5mL乙腈。混合液超聲ΙΟη ι，再振蕩提取ΙΟη ι后，以不低于4000r/min 離心ΙΟη ι。上清液經(jīng)三氯乙酸溶液潤(rùn)濕的濾紙過(guò)濾后，用三氯乙酸溶液定容至25mL。 移取5mL濾液，加入5mL水混勻后在50°C下吹氮濃縮至5mL(相當(dāng)于(Ug樣品)，經(jīng) 2 μm醋酸纖維濾膜過(guò)濾后備用。[0065]牛奶中三聚氰胺的檢測(cè)結(jié)果[0066]經(jīng)檢測(cè)，樣品中均未檢出三聚氰胺，因此采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，將相同稀釋濃度的 三聚氰胺儲(chǔ)備液以不同體積加入處理后的樣品中后，取IOyL加入測(cè)試溶液中進(jìn)行檢 測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。[0067]表l.FDU-15-Pt/PDDA/GCE修飾電極對(duì)牛奶中三聚氰胺的測(cè)定結(jié)果[0068]
權(quán)利要求1.一種用于檢測(cè)三聚氰胺的電化學(xué)修飾電極G)，其特征在于，所述修飾電極(4)包括-基底電極(1)；-設(shè)置于基底電極⑴外表面的PDDA膜(2)；以及 -設(shè)置于PDDA膜(2)外表面的FDU膜(3)。
2.如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)修飾電極，其特征在于，所述基底電極(1)是玻碳電極。
3.—種用于檢測(cè)三聚氰胺的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述檢測(cè)裝置為電解池(7)；所 述電解池(7)包括-工作電極；所述工作電極是如權(quán)利要求1所述的電化學(xué)修飾電極； -對(duì)電極(5)； -參比電極(6)；-設(shè)置在電解池(7)頂部的支架(9)，所述支架(9)用于放置所述對(duì)電極( 和參比 電極(6)；以及-設(shè)置在電解池(7)底部的電解液(8)。
4.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述對(duì)電極(5)是鉬電極。
5.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)裝置，其特征在于，所述參比電極(6)是Ag/AgCl參比 電極。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于快速檢測(cè)三聚氰胺的修飾電極，包括基底電極；設(shè)置于基底電極外表面的PDDA膜；以及設(shè)置于PDDA膜外表面的FDU膜。本實(shí)用新型還公開(kāi)了以所述修飾電極作為工作電極的檢測(cè)裝置。本實(shí)用新型的電極靈敏度高，可檢測(cè)三聚氰胺，并且，本實(shí)用新型的電極采用環(huán)保材料，不會(huì)造成污染。
文檔編號(hào)G01N27/30GK201811939SQ20102029976
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月20日
發(fā)明者于妍妍, 劉曉倩, 周天舒, 姜大為, 張丹, 施國(guó)躍, 李平, 李璨, 趙文杰 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)