石墨烯材料用作食品污染物电化学传感器

检测食品污染物以保护人们免受潜在不利影响势在必行。在发表在《Food and Chemical Toxicology》上的一项新研究中，科学家们总结了基于石墨烯的电化学传感器在测定食品污染物方面的进展。

研究：石墨烯及其衍生物基于电化学传感器测定食品污染物的最新进展。图片来源：metamorworks/Shutterstock.com

食品污染物对人类的影响

食物提供营养和其他生命所必需的元素，每个人都有权获得安全的食品。

食品掺假或污染通过自然和人工手段发生。它可以发生在与食品生产，加工，运输以及储存期间相关的每个步骤中。

根据世界卫生组织的数据，受污染的食物会导致人类200多种疾病。科学家指出，食品污染的主要来源是无处不在的环境污染物。

检测食品污染物对于确保食品安全至关重要。科学家使用几种分析技术来检测食品污染物，包括分光光度法，免疫学测定，电泳，微流体学和许多其他耦合技术。

虽然这些分析技术对于检测食品污染物具有高度的灵敏度和准确性，但它们存在一些局限性，包括昂贵的仪器，非便携式，相当长的处理时间以及操作所需的技术人员。因此，开发一种低成本、便携、易于操作且灵敏的方法来检测真实样品中的食品污染物非常重要。

用于检测食品污染物的电化学传感器

电化学传感器用于通过氧化还原过程检测和量化分析物（例如污染物）。科学家们已经开发出几种电化学传感器，用于医学，工业过程以及监测环境污染。电化学传感器的主要优点是便携性、灵敏度高、操作方便、选择性好。

通常，电化学传感器包含三个电极，即工作电极，计数器和参比电极，它们放置在含有电解液的电池中。该设备通过计算机系统连接到电化学分析仪。

先前的研究表明，基于纳米材料的电极表现出更高的灵敏度，改进的选择性和超低的检测限。这是因为纳米材料具有独特的形状，尺寸，结构，高导电性和导热性，大表面体积比和稳定性。

例如，还原的氧化石墨烯（RGO）纳米片具有显着的导电性和低电阻，这有利于电化学传感器的发展。

基于石墨烯的电化学传感器

石墨烯被认为是电化学传感器中一种有前途的电极材料，因为它具有快速检测能力，较低的过电位以及同时检测真实样品中多种分析物的能力。与其他碳纳米材料相比，石墨烯修饰的电极对镉离子具有出色的检测能力，具有超低的检测阈值。

石墨烯由于其蜂窝状，单层，二维碳片结构而表现出优异的电化学性能。所有碳原子都通过sp连接²杂交。此外，它还具有多个电活性和分析物吸收位点，高导电性和低电阻。

石墨烯的衍生物，如GO和RGO，具有不同的化学官能团（例如，羟基和羧基），并普遍用于开发电化学传感器。

基于石墨烯的电化学传感器在食品污染物检测中的应用

科学家们已经开发出基于石墨烯的电化学传感器，用于食品染料的定量分析。rRGO （eRGO）/丝网印刷碳电极 （SPCE） 已被开发用于检测酒蒿嗪和日落黄色化学食品染料，它们是能量饮料、软饮料和果汁中常用的食用色素。研究人员还在玻璃碳电极（GCE）的表面上涂覆了石墨烯纳米网，该电极充当苋菜传感器。苋菜染料通常在巧克力和水果饮料样品中检测到。

基于石墨烯的电化学传感器的效率取决于几个参数，包括改性石墨烯纳米片的浓度，pH值，所含纳米材料的功能，电活性位点的数量，表面积等。

科学家指出，农产品中农药的积累，如果食用，会对人类产生不利影响。这些污染物的存在可以使用石墨烯电极来检测。例如，科学家开发了一种RGO/金电极来鉴定黄瓜中的杀菌灵（一种杀真菌剂）。同样，氮掺杂的多孔石墨烯/ GCE允许在picomolar水平上检测甲基对硫磷。

基于石墨烯的电化学传感器也用于检测无机食品污染物，如汞、铅和镉离子。科学家们已经开发出一种eRGO传感器来检测食品中的锑。同样，eRGO/GCE传感器用于检测芹菜、生菜和罐装饮料样品中的锑。硫掺杂的C₃N₄基于石墨烯复合材料的传感器可以检测痕量水平的汞，镉和铅离子的存在。此外，在食品样品中还可以检测到氯化物，亚硝酸盐，硝酸盐和亚硫酸盐。

未来展望

科学家们已经开发出基于掺杂石墨烯和石墨烯纳米复合材料的电化学传感探针，以检测有机和无机食品污染物。现有的基于石墨烯的电化学传感器的一些局限性包括电极缺乏操作稳定性和可重复性。未来，研究人员必须开发用于食品污染物分析的标准电化学传感器。

参考

Suresh, R. et al. (2022) Recent developments on graphene and its derivatives based electrochemical sensors for determinations of food contaminants. Food and Chemical Toxicology. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0278691522003672?via%3Dihub