碳黑修饰玻碳电极用于牛奶中氯霉素的快速电化学筛查

《Food Analytical Methods》:Rapid Electrochemical Screening of Chloramphenicol in Milk Using a Carbon Black Modified Glassy Carbon Electrode

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月15日 来源:Food Analytical Methods 3.0

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  氯霉素(Chloramphenicol)是一种广谱抗生素,对公众健康与环境构成显著风险,其暴露与再生障碍性贫血及遗传毒性/致癌隐患等严重不良反应相关。因此,开发可靠方法检测食品样品中氯霉素至关重要。然而,在复杂食品基质中测定该化合物仍具挑战,原因包括潜在基质效

  
氯霉素(Chloramphenicol)是一种广谱抗生素,对公众健康与环境构成显著风险,其暴露与再生障碍性贫血及遗传毒性/致癌隐患等严重不良反应相关。因此,开发可靠方法检测食品样品中氯霉素至关重要。然而,在复杂食品基质中测定该化合物仍具挑战,原因包括潜在基质效应、分析物浓度低以及对敏感且选择性方法的需求。为此,研究人员开发了一种高灵敏电化学传感器用于牛奶样品中氯霉素检测。该传感器基于碳黑(Carbon Black, CB)修饰玻碳电极(Glassy Carbon Electrode, GCE)表面构建。电分析采用循环伏安法(Cyclic Voltammetry, CV)与差分脉冲伏安法(Differential Pulse Voltammetry, DPV),结果显示该传感器对氯霉素测定具有高灵敏度。在最优条件下,传感器于0.05至87.0 μmol L?1范围呈线性响应,检测限(Limit of Detection, LOD)为0.0012 μmol L?1,灵敏度为0.07 μA L μmol?1(原文摘要处写作0.07,正文校准曲线处为0.057,此处依摘要原值),在Britton–Robinson缓冲液(0.04 mol L?1, pH 7.00)中完成氯霉素检测。牛奶样品中加标回收率为91.7%至106.7%。该传感器在实际样品分析中表现出优异稳定性与可靠性,凸显其在牛奶氯霉素检测中的实用性,并为拓展至其他食品基质应用提供支持。
研究背景方面,氯霉素作为广谱抗生素因可能引发再生障碍性贫血及遗传毒性而受严格管控,但其在水产、畜牧中的不当使用导致牛奶等食品基质残留,传统高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)、酶联免疫吸附测定(ELISA)等方法存在设备昂贵或前处理复杂等局限。电化学传感以快速、低成本、高灵敏度为优势,但多数修饰材料合成繁琐且还原信号弱。基于此,研究人员以碳黑(CB,一种含石墨化与非晶碳的纳米颗粒)滴涂修饰玻碳电极(GCE),开展牛奶中氯霉素(CAP)快速筛查研究,论文发表于《Food Analytical Methods》。
关键技术方法上,研究人员采集本地市场三种牛奶样品,十倍稀释后加标至3.0与12.0 μmol L?1两水平,不经离心过滤直接进样;以1 mg CB超声分散于1 mL超纯水30分钟,取8 μL滴涂GCE室温干燥2小时成膜(CB/GCE);采用CV与DPV(Uniscan PG581电位仪,三电极体系:铂片对电极、Ag/AgCl参比、GCE工作面)在Britton–Robinson缓冲液(0.04 mol L?1, pH 7.00)中表征;形貌用扫描电镜(SEM)、结构用X射线衍射(XRD)与拉曼、表面化学用傅里叶变换红外(FT-IR)、润湿性用水接触角评估;电子转移速率经Randles–?ev?ík与Nicholson方程计算。
研究结果部分, Morphological Characterization 小节中,FT-IR显示CB含C=C(1627 cm?1)与O?H(3447 cm?1);拉曼D带(1349 cm?1)与G带(1588 cm?1)强度比ID/IG≈0.99,表明高缺陷密度低石墨化;SEM见平均25 nm球形颗粒团聚多孔;XRD的(002)峰24.43°与(100)峰43.18°印证石墨碳存在;接触角由裸GCE的71°升至CB/GCE的150°,呈超疏水。结论:CB膜以粗糙结构与sp2碳主导提升疏水性,缺陷位点增多促进电子转移。
Electrochemical Characterization of CB/GCE and Electrochemical Response of CB/GCE for the Sensing of Chloramphenicol 小节中,以1.96 mmol L?1 [Fe(CN)6]3?为探针,裸GCE电化学活性面积0.031 cm2、k0=1.1×10?3 cm s?1,CB/GCE增至0.106 cm2与1.8×10?2 cm s?1;CV在pH 7.0 BR缓冲中,裸GCE无信号,CB/GCE于?0.65 V现不可逆还原峰R1(硝基→羟胺,控速步转移约2 e?),后续R2/O1对应羟胺/亚硝基可逆氧化还原(亦约2 e?)。结论:CB修饰使活性面积与异相电子转移速率提升约3倍,催化CAP还原。
Determination of Chloramphenicol Using the DPV Technique 小节中,优化DPV参数(积累60 s、脉冲高0.05 V、步阶0.007 V、扫速70 mV s?1),R1峰电流与0.05–87.0 μmol L?1 CAP浓度线性拟合Ipc=?0.057C?1.848×10?6(R2=0.996),LOD 0.0012 μmol L?1、定量限(LOQ)0.004 μmol L?1、灵敏度0.057 μA L μmol?1;同电极10次重复RSD 5.1%,5支独立电极RSD 4.7%,10天留存电流86.5%;100倍K+/Na+/Ca2+/Mg2+、乳酸/尿酸/葡萄糖/酪蛋白偏差<4%,2倍阿莫西林/四环素偏差±8%,有机电活性物±10%;牛奶加标回收91.7–106.7%。结论:传感器选择性、重现性满足复杂基质筛查。
讨论与结论部分翻译总结:研究人员指出,相较金纳米粒/氧化石墨烯、锌氧纳米粒/单壁碳管、还原氧化石墨烯铂钯立方等修饰GCE,CB/GCE线性范围更宽(0.05–87.0 μmol L?1),且滴涂法制备无需水热或纳米合成,成本更低。结论重申,CB修饰显著提升GCE活性面积与电子转移,DPV在牛奶中获91.7–106.7%回收率,重复性与10天稳定性优异;该平台以简易滴涂、电极可弃与CB低价优势,适用于食品监管现场速筛与工业质控,并可拓展至蜂蜜、奶粉等其他基质。
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