电化学传感器在检测N-亚硝胺类化合物中的应用研究

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N-亚硝胺类化合物是公认的致癌物质,是常见的食品污染物之一。N-亚硝胺类化合物种类繁多,目前已知的N-亚硝胺类化合超过300多种,常见有致癌性的也超过十种。虽然自然界中稳定存在的N-亚硝胺类化合物不多,但是其前体物质亚硝酸盐和胺类物质却广泛存在,两者容易反应生成亚硝胺,这导致亚硝胺类化合物广泛的存在于地下水、食品尤其是腌制食品、熏肉、啤酒、化妆品之中,已经有研究证明胃癌、肝癌、结肠癌等发生都与亚硝胺有关。随着人们生活水平和生活质量的提高,人们越来越重视生命健康安全,因此对于食品中亚硝胺类化合物的含量的检测是十分必要的。电化学传感器具有操作简单、选择性好、灵敏度高、价格低等优点,被广泛应用于生物医药、环境检测、质量控制等方面,因此探究使用电化学传感器对N-亚硝胺类化合物进行检测具有重要意义和应用前景。近年来,石墨烯具有十分优异的化学、光学、电学和热学等方面的性能而受到极大关注,将石墨烯作为电催化剂材料构筑电化学传感器是提升检测性能的重要策略。本文主要研究通过制备几种石墨烯复合材料,利用XPS、XRD、TEM等方法对石墨烯进行表征和分析,并进一步通过修饰在玻碳电极表面构筑电化学传感器,采取循环伏安法(CV)、差分脉冲伏安法(DPV)对N-亚硝胺类化合物进行电化学测试。本论文主要研究内容包括以下两个方面。(1)N-亚硝胺类化合物亚硝胺在玻碳电极上的电化学行为。以玻碳电极为工作电极,测试了N-二甲基亚硝胺(NDMA)和N-亚硝基二苯胺(NDPh A)的电化学氧化还原行为,DPV测试发现在PBS(p H=4.6)和B-R(p H=2.2)两种缓冲溶液中,NDMA氧化峰电流分别在100–1000μM和150–800μM的范围内与浓度具有线性关系,检出限为100μM和150μM,NDPh A的氧化峰电流在PBS(p H=3.0)中在6–40μM的范围内具有很好的线性范围,检出限为6μM。还原反应研究发现,水的电化学还原峰的存在会影响NDMA的电化学还原测试,DPV测试发现在PBS(p H=5.0)缓冲溶液中,NDPh A还原峰电流在4–60μM的范围内具有很好的线性关系,检出限为3μM。(2)石墨烯材料修饰电极对N-亚硝胺类化合物的电化学传感及应用。首先对通过水热法制备的石墨烯纳米材料使用TEM、XRD、XPS进行了表征和分析。使用上述制备的RGO、Pt/RGO、Pd/RGO、Ag/RGO和Au/RGO修饰玻碳电极构造了电化学传感器,应用于N-亚硝胺类化合物的电化学测试。结果表明,使用Pt/RGO修饰的玻碳电极对两种N-亚硝基化合物的可通过电化学氧化方法进行检测。在0.1 M的磷酸盐缓冲溶液中,NDMA的氧化峰电位在1.8 V左右,检测范围在60–600μM,检出限为40μM;NDPh A的氧化峰电位在1.2 V左右,检测范围在6μM–200μM,检出限为4μM。另一方面,RGO修饰的玻碳电极对NDPh A的电化学还原具有良好的灵敏度和选择性,在0.1 M的磷酸盐缓冲溶液中(p H=7.4),NDPh A的还原峰电位在-1.0V左右,检测范围0.6–100μM,检出限为0.6μM。最后将上述传感器应用于实际样品如啤酒和火腿中N-亚硝胺化合物的检测,获得令人满意的实验结果。
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