煅烧温度调控氧化镍催化剂实现食品样本中茶碱的精准电化学检测

研究人员针对食品和饮料中茶碱(THP)检测的迫切需求，通过NaBH4辅助共沉淀法合成不同煅烧温度(500-900°C)的NiO催化剂，发现700°C处理的NiO-700°C/SPCE传感器具有最优性能（LOD 0.00052 μg/L，灵敏度0.198 μA μg?1 cm?2），为食品安全监测提供高性价比解决方案。

　　

茶碱（Theophylline, THP）作为天然存在的甲基黄嘌呤生物碱，既是治疗哮喘和慢性阻塞性肺病（COPD）的重要药物，又是茶、咖啡等饮品中的常见成分。然而其治疗窗狭窄（5-15 μg/mL），微量超标即可引发心律失常、癫痫等严重毒性反应。当前食品工业中功能性饮料的流行更增加了意外摄入风险，但传统检测方法如高效液相色谱（HPLC）存在设备昂贵、操作复杂等局限。如何开发快速、精准且低成本的THP检测技术，成为食品安全和临床监测领域的重大挑战。

国立台湾科技大学（National Taiwan University of Science and Technology）的研究团队创新性地利用煅烧温度调控氧化镍（NiO）催化剂的电化学性能，在《Microchemical Journal》发表的研究中构建出高性能THP传感器。通过NaBH₄辅助共沉淀法合成NiO前驱体后，系统考察了500°C、700°C和900°C煅烧温度对材料性能的影响，结合X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等表征手段，最终开发出灵敏度达0.198 μA μg^?1 cm^?2的NiO-700°C/SPCE传感器。

关键技术包括：1）NaBH₄诱导氧空位增强NiO催化活性；2）梯度煅烧温度（500-900°C）优化晶体结构；3）丝网印刷碳电极（SPCE）修饰技术；4）线性扫描伏安法（LSV）检测THP氧化信号。

主要研究结果

XRD分析
煅烧温度显著影响NiO结晶度：500°C处理样品出现典型NiO立方相衍射峰（JCPDS No. 47-1049），700°C样品晶粒尺寸增大至24.3 nm，而900°C时因过度烧结导致活性位点减少。

电化学性能
NiO-700°C/SPCE在+1.05 V（vs. Ag/AgCl）处呈现显著THP氧化峰，检测限低至0.00052 μg/L，较现有方法提升2个数量级。传感器对咖啡、茶等实际样本的回收率达97.3-102.1%，且能有效区分结构类似物咖啡因。

结论与意义
该研究通过煅烧温度精确调控NiO的Ni²⁺/Ni³⁺氧化还原对活性，证实700°C处理可平衡结晶度与比表面积的矛盾需求。所构建的传感器兼具便携式设备成本优势（SPCE）与实验室级检测精度，为食品中THP污染筛查及临床治疗药物监测（TDM）提供了革新性技术方案。作者Manjula Natesan等特别指出，NaBH₄诱导的氧空位与煅烧工艺的协同效应，可推广至其他过渡金属氧化物传感器的设计。