基于垂直有序膠束富集的電化學(xué)檢測(cè)牛奶中抗生素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電化學(xué)傳感領(lǐng)域，尤其涉及一種牛奶中抗生素的檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前社會(huì)食品安全引起了人們的廣泛關(guān)注，其中乳品安全問(wèn)題是一大焦點(diǎn)，探索 快速、準(zhǔn)確、便捷、靈敏的分析方法成為乳制品質(zhì)量安全研究的重點(diǎn)方向之一。抗生素是一 類具有抑制細(xì)菌生長(zhǎng)或殺死細(xì)菌的物質(zhì)，被作為動(dòng)物藥物和飼料添加劑而廣泛應(yīng)用。研究 表明，牛奶中抗生素的殘留對(duì)人體有嚴(yán)重的危害，如產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng)、產(chǎn)生耐藥性菌株、造成 人體腸道內(nèi)的菌群失調(diào)等。目前，美國(guó)、歐盟和日本等國(guó)家已對(duì)原料奶中抗生素的最大殘留 量作了明確的規(guī)定，最大殘留量為4μg/kg。因此，牛奶中抗生素的快速、高靈敏檢測(cè)是嚴(yán)格 控制防止食品中非法添加抗生素、保障消費(fèi)者健康權(quán)益的重要工作，同時(shí)拓展了對(duì)生理和 病理的研究。
[0003] 迄今為止，研究者利用各種技術(shù)分析檢測(cè)牛奶中的抗生素，如微生物檢測(cè)法、氣相 色譜法、液相色譜法、免疫分析法、電化學(xué)法等。其中，電化學(xué)法由于具有靈敏度高、價(jià)格低 廉、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而受到研究者們的青睞。分子印跡聚合物、納米粒子、碳納米管等納米 材料可修飾在電極上，用于富集抗生素，提高檢測(cè)性能。
[0004] 另外，專利文獻(xiàn)報(bào)道的方法主要有：申請(qǐng)?zhí)枮?00410013741.X的中國(guó)專利文獻(xiàn)報(bào) 道了一種用pH計(jì)檢測(cè)牛奶中抗生素的方法。其采用將乳酸菌接種于奶樣中利用用pH計(jì)在 一定時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)定奶樣中的pH值，通過(guò)pH值的變化，來(lái)確定是否含有抗生素。申請(qǐng)?zhí)枮?201310069037. 5的專利文獻(xiàn)報(bào)道了一種基于納米金的可視化快速檢測(cè)牛奶中抗生素的方 法，其利用鄰苯二酚紫還原氯金酸來(lái)制備納米金。在納米金合成的過(guò)程中因抗生素的加入 影響了納米金的合成，使其顏色發(fā)生變化，利用肉眼和紫外可見吸收光譜儀可以對(duì)抗生素 進(jìn)行定量檢測(cè)。上述這些方法，是通過(guò)檢測(cè)間接參數(shù)確定是否含有抗生素，檢測(cè)準(zhǔn)確度低， 且容易受外界調(diào)節(jié)影響。
[0005] 介孔二氧化硅（Si02，孔徑2-50nm)是由孔徑高度均一并呈周期性排布的納米 孔道及其周圍無(wú)定形的二氧化硅組成。近年來(lái)，研究者采用電化學(xué)輔助自組裝（Nat. Mater. 2007, 6, 602-608)和Stdber溶液生長(zhǎng)（Angew.Chem.Int.Ed. 2012, 51，2173-2177)等 方法，誘導(dǎo)表面活性劑分子自組裝和有機(jī)硅烷分子水解/縮聚反應(yīng)的協(xié)同發(fā)生，在固體表 面成功地制備了高度有序排列且通道垂直于表面的Si02納米通道薄膜。該薄膜具有十分優(yōu) 異的性能：超薄且厚度可調(diào)（20_200nm)，孔徑大小和孔道分布高度均勻，孔隙率極高（可達(dá) 7. 5X1012cm2)，優(yōu)良的機(jī)械、化學(xué)、熱穩(wěn)定性和生物相容性，而且成本低、可較大面積批量制 備，是一種理想的分子識(shí)別和分離的納米通道薄膜，在催化、吸附、分析、傳感等領(lǐng)域具有巨 大的應(yīng)用潛力。此法中，在合成垂直有序介孔二氧化硅的同時(shí)，模板分子即表面活性劑十六 烷基三甲基溴化銨（CTAB)均勻排布在介孔二氧化硅的孔道內(nèi)部，形成垂直有序膠束。在每 個(gè)膠束中，CTAB的帶電極性基團(tuán)朝外，而烷基鏈通過(guò)疏水作用聚集在一起形成一個(gè)疏水納 米腔。通過(guò)疏水作用，水溶液中疏水、電中性的電化學(xué)活性有機(jī)小分子可以被萃取/富集到 表面活性劑膠束的納米腔中，并在膠束/電極界面發(fā)生電化學(xué)氧化或還原。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種基于垂直有序膠束富集的電化學(xué)檢測(cè)牛奶中抗生素的方法，該 方法檢測(cè)靈敏度高。垂直有序CTAB膠束對(duì)牛奶中的抗生素具有吸附作用，可以提高抗生素 在膠束內(nèi)的濃度，從而提高抗生素的電化學(xué)檢測(cè)性能。
[0007] 本發(fā)明所提出的牛奶中抗生素的電化學(xué)檢測(cè)方法的具體步驟如下：
[0008] 首先將牛奶用電解質(zhì)溶液稀釋作為檢測(cè)溶液，然后以垂直有序CTAB(十六烷基三 甲基溴化銨）膠束修飾的電極作為工作電極，采用電化學(xué)伏安法，對(duì)牛奶溶液中的芳香硝 基抗生素先富集后進(jìn)行檢測(cè)。
[0009] 本發(fā)明采用電化學(xué)伏安法，以垂直有序膠束修飾的電極為工作電極，鉑電極和銀/ 氯化銀分別為對(duì)電極和參比電極，對(duì)牛奶中抗生素進(jìn)行快速檢測(cè)。
[0010] 作為優(yōu)選，所述電解質(zhì)溶液選自氯化鈉水溶液、硫酸鈉水溶液、氯化鉀水溶液、磷 酸緩沖溶液、醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中的一種；進(jìn)一步優(yōu)選為氯化鈉水溶液或磷酸緩沖溶 液。所述電解質(zhì)溶液濃度為〇· 02~0· 5mol/L，進(jìn)一步優(yōu)選為0· 08~0· 2mol/L;所述電解 質(zhì)溶液的pH值為6~8 ;進(jìn)一步優(yōu)選為6~7。作為優(yōu)選，可在檢測(cè)之前，向電解質(zhì)溶液中 通入惰性氣體、氮?dú)獾?，以排除電解質(zhì)溶液中氧氣對(duì)檢測(cè)的干擾；通入惰性氣體、氮?dú)獾葧r(shí) 間可根據(jù)實(shí)際需要確定，一般3~30分鐘即可。作為優(yōu)選，牛奶的稀釋倍數(shù)為1~100倍， 進(jìn)一步優(yōu)選為5~10倍。
[0011] 作為優(yōu)選，所述工作電極選自氧化銦錫（ΙΤ0)電極、氟摻雜氧化錫（FT0)電極、金 電極、玻碳電極（GCE)或絲網(wǎng)印刷電極中的一種；進(jìn)一步優(yōu)選為氧化銦錫（ΙΤ0)電極。
[0012] 作為優(yōu)選，所述垂直有序CTAB膠束修飾的電極可采用現(xiàn)有的方法制備得到，例 如，可由下述兩種方法制備得到：
[0013] 第一種方法，Stilber溶液生長(zhǎng)法：具體步驟為將工作電極放入CTAB、水、乙醇、氨 水和TE0S所組成的溶液中，40~70°C下靜置生長(zhǎng)3 - 48小時(shí)。
[0014] 第一種制備方法中，以lgCTAB計(jì)算，需要加入的水、乙醇、氨水、TE0S的體積分別 為 400 ~550ml、150 ~200ml、50 ~80μL、450 ~550μL。
[0015] 第二種方法，電化學(xué)輔助自組裝法：具體步驟為將工作電極放入CTAB、TEOS、 7K、乙醇、硝酸鈉和鹽酸所組成的溶液（事先攪拌1~3小時(shí)），施加恒電流密度-0. 1mA cm2~-1mAcm2生長(zhǎng) 3 - 30 秒。
[0016] 第二種制備方法中，以lgCTAB計(jì)算，加入的TE0S、水、乙醇、硝酸鈉、鹽酸的量分別 為：1.5 ~2.0g、10 ~15ml、10 ~15ml、0. 08 ~0· 15g、2 ~3μL。
[0017] 所述垂直有序CTAB膠束修飾的電極中，介孔二氧化硅的孔徑為2~3nm;自上而 下依次包括垂直介孔二氧化硅層，電極基底層和玻璃層。垂直介孔二氧化硅層的厚度為 20~200nm，進(jìn)一步優(yōu)選為80~120nm。
[0018] 作為優(yōu)選，所述富集方法為攪拌富集或恒電位富集。攪拌富集為機(jī)械攪拌0~ 20min;進(jìn)一步優(yōu)選為8~15分鐘；所述恒電位富集為-1. 0~0. 4V條件下富集0~20min; 進(jìn)一步優(yōu)選的恒電位富集條件為-0. 5~0V電位下富集25~35s。
[0019] 作為優(yōu)選，所述芳香硝基抗生素為氯霉素、呋喃妥因中的一種或者兩種。所述芳香 硝基抗生素在牛奶中的含量為0. 4~50ppm，在該含量范圍內(nèi)，采用本發(fā)明方法，均具有較 高的精確度。
[0020] 本發(fā)明以垂直有序膠束修飾的電極為工作電極，通過(guò)疏水作用，水溶液中疏水、電 中性的抗生素被萃取/富集到表面活性劑膠束的疏水納米腔中，以抗生素的還原峰電流為 檢測(cè)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)在牛奶的復(fù)雜背景下的定量檢測(cè)。本發(fā)明構(gòu)建的傳感器將預(yù)富集和電 化學(xué)檢測(cè)于一體，靈敏度高、檢測(cè)線性范圍寬、檢測(cè)限低，在食品安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有較大的 應(yīng)用潛力。
[0021] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果具體體現(xiàn)在：
[0022] 1、本發(fā)明采用電化學(xué)輔助自組裝和Stdber溶液生長(zhǎng)方法所制備的垂直有序介孔 二氧化硅作為硬模板，在電極表面支撐高度有序排列的圓柱形CTAB膠束，每個(gè)膠束均與基 底電極表面有效接觸，有利于傳質(zhì)，拓展了其在分析傳感中的應(yīng)用空間。
[0023] 2、垂直有序CTAB膠束的硬模板介孔二氧化硅的孔徑在2~3nm，具有尺寸選擇性， 可以排阻尺寸大于膠束直徑的分子進(jìn)入到電極表面。因此，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)抗生素的選擇性富 集。
[0024] 3、該方法檢測(cè)迅速，只要數(shù)秒即可得到檢測(cè)結(jié)果。
[0025] 4、該方法無(wú)需對(duì)牛奶進(jìn)行預(yù)處理，電極抗污染和抗干擾性好，靈敏度高。
[0026] 5、本發(fā)明的檢測(cè)方法可以拓展到對(duì)其他疏水、中性的電化學(xué)活性有機(jī)小分子的靈 敏檢測(cè)，如環(huán)境污染物、農(nóng)藥、爆炸物、抗氧化劑等。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中牛奶稀釋后的待檢測(cè)溶液。
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