氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的製備方法及其應用與流程
2023-05-30 16:22:01
本發明涉及食品檢測方法技術領域，尤其涉及一種製備氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的製備方法及其應用。
背景技術：
維生素C是人類必需的營養素，主要促進膠原蛋白的合成、參與膽固醇的轉化和芳香烴胺基酸的代謝，是一種重要的抗氧化劑—能夠保護人體免於氧化劑的威脅。由於人體無法合成維生素C，因此只能從食品或者藥品中攝入，其主要食物來源是水果與蔬菜。因此，準確檢測食品中維生素C的方法對了解飲食和人類健康起著至關重要的作用。迄今為止，檢測食品中維生素C的方法包括高效液相法、毛細管電泳法、螢光法、氣相色譜法等。比色法由於操作簡便、具有可視化等優點得到廣泛應用。眾所周知,比色法的關鍵是將被分析物轉變成有色化合物。納米材料具有的一些特性使其在比色分析中得到了越來越多的應用。其中，以納米材料的類酶活性為基礎的比色分析方法受到了分析工作者的廣泛關注。
四氧化三鈷納米顆粒(Co3O4NPs)雖然具有高的類氧化酶催化活性，但其不僅粒徑較小容易團聚且水溶性較差。氧化石墨烯(GO)是一種具有大比表面積、優良親水性能的碳材料。大的比表面積和表面存在大量的活性官能團使GO成為一種優良的載體。迄今為止，有關製備具有類氧化酶活性的氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料—GO@Co3O4NPs的方法和用其在可視化測定水果中維生素C的應用尚未見報導。因此，發展一種製備GO@Co3O4NPs的新方法並在此基礎建立測定水果中維生素C的可視化方法十分必要。
技術實現要素：
基於背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的製備方法，在此基礎上，以3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(TMB)為顯色底物建立簡單、經濟、高靈敏度檢測食品中維生素C的可視化新方法。
本發明提出一種氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的製備方法，包含以下步驟：
A、將GO和Co(CH3COO)2·4H2O溶解於無水乙醇中，強力攪拌下加入25-28％氨水，攪拌8-15min；
B、然後將所得懸濁液移入高壓反應釜中、密封，於140-165℃反應2-4h；
C、反應完畢後自然冷卻至室溫，離心分離所得產品，用超純水洗滌數次，直至上層清液接近中性；
D、於真空乾燥箱中60-70℃下乾燥3-5h，得到的黑色粉末即為氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料，將其保存於乾燥器中備用。
將氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料應用於以3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(TMB)為顯色底物檢測食品中維生素C的方法中。
一種以3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(TMB)為顯色底物檢測食品中維生素C的方法，包括以下步驟：
a、將食品樣品粉碎，準確稱量一定量樣品於燒杯中，加入1.0×10-4mol/L EDTA溶液，超聲15min，將上述溶液用0.45μm濾膜過濾收集濾液，將濾液用1.0×10-4mol/L EDTA溶液稀釋得到樣品溶液，存於4℃冰箱中備用；
b、向a中所得樣品溶液中加入TMB的乙醇溶液，再加入醋酸-醋酸鈉緩衝溶液、氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料和亞硫酸鹽於一定溫度下反應完全，定容，利用分光光度計於652nm處測定溶液的吸光度；
c、用維生素C標準品繪製標準曲線；
d、由步驟b的吸光度和步驟c的標準曲線和樣品質量即可計算出食品中維生素C的含量。
優選的，所述的步驟b中，反應溫度為40℃。
優選的，所述的步驟b中，反應時間為10min。
優選的，所述的步驟b中，pH為4.0。
優選的，所述的步驟b中，TMB的含量為0.12mM。
所述的mM為千分之一摩爾每升。
優選的，所述的步驟b中，氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的濃度為40μg/mL。
優選的，所述的步驟b中，亞硫酸根的濃度為12μM。
所述的μM為十萬分之一摩爾每升。
本方案的有益之處在於：本製備方法操作簡單、不需要複雜設備，所製備的氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料，催化能力強；所建立的測定水果中維生素C的方法選擇性好、靈敏度高、可視化。
附圖說明
圖1：實施例1製備的氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的XRD譜圖。
圖2：實施例2製備的氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的透射電鏡圖(a)和EDX譜圖(b)。
圖3：實施例3製備的氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的XPS譜圖。
圖4：檢測不同濃度維生素C的照片、吸收譜圖和測試曲線圖。
圖5：不同幹擾物對維生素C的測試影響圖。
圖6：溫度(a)、pH(b)、TMB濃度(c)和氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料濃度(d)對測定維生素C的影響圖。
具體實施方式
實施例1：
本發明提出一種氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的製備方法，包含以下步驟：
A、將9.1mg GO和0.5g Co(CH3COO)2·4H2O溶解於25mL無水乙醇中，強力攪拌下加入27％氨水2.5mL，攪拌10min；
B、然後將所得懸濁液移入50mL高壓反應釜中、密封，於150℃反應3h；
C、反應完畢後自然冷卻至室溫，離心分離所得產品，用超純水洗滌數次，直至上層清液接近中性；
D、於真空乾燥箱中60℃下乾燥4h，得到的黑色粉末即為氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料，將其保存於乾燥器中備用。
用XRD、TEM-EDX、XPS等手段對其結構和形貌進行了表徵，得到圖1、圖2和圖3。
實施例2：
本發明提出一種氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的製備方法，包含以下步驟：
A、將9.1mg GO和0.5g Co(CH3COO)2·4H2O溶解於25mL無水乙醇中，強力攪拌下加入28％氨水2.5mL，攪拌15min；
B、然後將所得懸濁液移入50mL高壓反應釜中、密封，於160℃反應2h；
C、反應完畢後自然冷卻至室溫，離心分離所得產品，用超純水洗滌數次，直至上層清液接近中性；
D、於真空乾燥箱中70℃下乾燥3h，得到的黑色粉末即為氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料，將其保存於乾燥器中備用。
實施例3：
本發明提出一種氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的製備方法，包含以下步驟：
A、將9.1mg GO和0.5g Co(CH3COO)2·4H2O溶解於25mL無水乙醇中，強力攪拌下加入25％氨水2.5mL，攪拌8min；
B、然後將所得懸濁液移入50mL高壓反應釜中、密封，於140℃反應4h；
C、反應完畢後自然冷卻至室溫，離心分離所得產品，用超純水洗滌數次，直至上層清液接近中性；
D、於真空乾燥箱中65℃下乾燥5h，得到的黑色粉末即為氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料，將其保存於乾燥器中備用。
將實施例1製備的氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料應用於以3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(TMB)為顯色底物檢測食品中維生素C的方法中，得到實施例4.
實施例4
一種以3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(TMB)為顯色底物檢測食品中維生素C的方法，包括以下步驟：
a、將西紅柿、桃子、芒果樣品分別粉碎，準確稱量一定量粉碎樣品於燒杯中，加入40mL 1.0×10-4mol/L EDTA溶液，超聲15min，將上述溶液用0.45μm濾膜過濾收集濾液，將濾液用1.0×10-4mol/L EDTA稀釋到100mL即得到樣品溶液，存於4℃冰箱中備用；
b、向a中所得樣品溶液中加入TMB的乙醇溶液，再加入醋酸-醋酸鈉緩衝溶液、氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料和亞硫酸鹽於40℃反應10min，定容，利用分光光度計於652nm處測定溶液的吸光度；
c、用維生素C標準品繪製標準曲線；
d、由步驟b的吸光度和步驟c的標準曲線和樣品質量即可計算出食品中維生素C的含量。
西紅柿、桃子、芒果均購自當地超市。
以實施例4的方法來檢測不同濃度維生素C，得到如下照片和譜圖。
圖4：檢測不同濃度維生素C的照片、吸收譜圖和測試曲線圖。
其中：照片(a)為不同濃度維生素C在反應體系中所生成產物的顏色變化；圖(b)為不同濃度維生素C在氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料反應體系中的吸收譜圖；曲線(c)為維生素C濃度與ΔA的曲線；內插圖為維生素C濃度的標準曲線。
圖5為不同幹擾物對維生素C的測試影響圖。
10μM維生素C溶液與200μM幹擾物+10μM維生素C溶液的吸光度(λ＝652nm)
由圖5可以知道，不同的幹擾物對維生素C的測試結果影響均不大，除了Cu2+和Fe3+外，其餘的幹擾影響可以控制在5％以內，而Cu2+和Fe3+的幹擾也可以控制在15％以內。(從圖上可看出，不到20％)
實施例5
通過對氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料用量、TMB用量、溫度、pH值、反應時間等進行優化，確定最佳的測定條件，得到圖6，建立測定維生素C及其結構相似物的可視化方法。
圖6：溫度(a)、pH(b)、TMB濃度(c)和氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料濃度(d)對測定維生素C的影響圖，其中維生素C的濃度為6μM，ΔΑ＝Α(blank,652nm)-Α(vitamin C,652nm)，反應條件為pH 4.0醋酸-醋酸鈉緩衝溶液，反應時間10min。
由實施例5的測試數據可以知道，發明內容中，以3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(TMB)為顯色底物檢測食品中維生素C的方法，優選的條件為：
優選的，所述的步驟b中，測試溫度為40℃。
優選的，所述的步驟b中，pH為4.0。
優選的，所述的步驟b中，TMB的含量為0.12mM。
優選的，所述的步驟b中，氧化石墨烯@四氧化三鈷納米複合材料的濃度為40μg/mL。
表1為以3,3',5,5'-四甲基聯苯胺(TMB)為顯色底物檢測食品中維生素C的方法，得到的測試數據。
表1水果樣品中維生素C的測定結果
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。