发明内容
本发明的目的是提供一种化学修饰电极及其制备及快速测定植物油酸价的方法。
一种用于测定植物油酸价的化学修饰电极，其特征在于，该化学修饰电极为聚吡咯掺杂高氯酸根离子修饰的铂电极。
在铂电极表面电聚合掺杂高氯酸根离子的吡咯聚合体。
制备上述化学修饰电极的方法，其特征在于，采用电化学聚合法制备，将铂电极置于修饰液中，该修饰液为含有吡咯单体和四丁基高氯酸胺的乙腈溶液，在电聚合前，修饰液进行通氮气处理，以除去溶液中的氧，然后利用电化学工作站采用恒电位(以1.2V versus Ag/AgCl(Stat)，60s)和循环扫描技术(-0.4～1.2V，扫描速度为5～150mV/s，扫描两周)进行电聚合，使铂电极表面形成掺杂高氯酸根离子的吡咯聚合体，聚合反应完成后取出化学修饰电极用二次超纯水彻底清洗干净，然后干燥备用。
所述修饰液中吡咯单体浓度为0.01～0.02mol/L，高氯酸根阴离子浓度为0.01～0.2mol/L。
聚合物膜的厚度一般由聚合过程中通过的电量来控制，1000mC/cm的电量相当于产生1.6μm厚的PPy膜，据此本试验分别制备了沉积电量为0.5mC、1.0mC和1.5mC的聚吡咯膜电极，掺杂离子为ClO4-。
所述电化学工作站工作特征是：三电极工作系统，参比电极为Ag/AgCl，辅助电极为铂丝电极，工作电极为铂电极。
所述铂电极经过表面清洁，干燥，再置于修饰液中。
采用上述方法制备的化学修饰电极快速检测植物油酸价，其特征在于，该方法步骤如下：
(1)称取植物油样品溶于溶剂中形成测试样液，将测试样液加入到电解液中得到检测液，一般取植物油样品0.5～1mL，将所述化学修饰电极置于检测液中，采用循环伏安技术和线性扫描技术，经检测得到还原峰电流；
(2)向步骤(1)的检测液中加入亚油酸的标准溶液，或者，将亚油酸的标准溶液加入到电解液中另行配制检测液，并取与步骤(1)相同体积的检测液进行检测，将化学修饰电极置于检测液中，采用循环伏安技术和线性扫描技术，经检测得到加入标准溶液后植物油样品的还原峰电流或者亚油酸的标准溶液的还原峰电流值；
(3)根据酸价计算公式计算出植物油的酸价，其中，酸价计算公式为
AV(mgKOH/1g oil sample)＝(A×18)/{[(B-A)×V+A]×W}
式中，
AV为植物油的酸价；
18为换算系数；
A为植物油样品的还原峰电流值(响应峰电流值)，单位为μA；
B为加入亚油酸的标准溶液后的植物油样品的还原峰电流值(响应峰电流值)，单位为μA；
W为植物油样品的质量，单位为g，一般用量在1g左右；
V为加入亚油酸的标准溶液后样品液的体积或者步骤(2)中另行配制的检测液的体积，单位为mL。
所述溶剂为乙醇和1，2-二氯乙烷的混合溶剂，乙醇和1，2-二氯乙烷的体积比为3∶(1～2)。
所述电解液为含有支持电解质和醌试剂的乙醇和1，2-二氯乙烷的混合液，所述支持电解质为含有高氯酸根阴离子的化学试剂，所述醌试剂为1，4-萘醌，电解液中高氯酸根阴离子浓度为0.1～0.2mol/L，醌试剂浓度为3.0×10-3M，电解液中乙醇和1，2-二氯乙烷的体积比为3∶(1～2)。
上述快速检测植物油酸价的方法中，循环伏安技术的电位扫描范围为0.2V～-0.8V，电位扫描速度为5～150mV/s。
该方法的原理是利用电化学的方法使吡咯单体聚合到电极上，同时掺杂离子使电极对不饱和脂肪酸还原反应产生催化作用并传导还原反应电流，根据电流的大小测量出不饱和脂肪酸的含量。
将亚油酸溶解在纯乙醇溶液中即得亚油酸的标准溶液，亚油酸的标准溶液可每周制备一次，在避光和低温(4℃)下保存；电解液(含1，4-萘醌和LiClO4的乙醇和1，2-二氯乙烷的混合液)的配制：制备含0.1M的LiClO4和3.0×10-3M的1，4-萘醌的乙醇-1，2-二氯乙烷混合溶液作为电解液，可每周制备一次。
利用标准加入法得到亚油酸检测的标准曲线方程，所述标准曲线方程为Ip＝24.1Cα-T+1.796，其中，Ip为还原峰电流，Cα-T为食用植物油中游离脂肪酸的浓度。经检测得到还原峰电流(Ip)，由此推算出该食用植物油中游离脂肪酸的浓度(Cα-T)。图3表示用本法所获得的修饰电极测定不同浓度的亚油酸标准溶液的还原电流响应值(标准曲线)。
标准曲线方程采用标准加入法制作：
测试混合溶液的制备：在乙醇和1，2-二氯乙烷的混合溶液加入适量体积的亚油酸标准溶液，配制一系列浓度的脂肪酸溶液，在0.2～-0.8V的范围内，分别利用循环伏安技术、线性扫描技术进行醌试剂及脂肪酸存在时醌试剂的电化学性质实验研究。在选定的溶液中分别记录无脂肪酸和有脂肪酸存在的醌试剂的伏安图，做三次平行实验，记录其新还原峰电流，计算其平均值作为对脂肪酸的电化学响应。不同浓度的标准液对应不同峰电流值，以电流值做纵坐标，浓度做横坐标，用Excel做散点图添加趋势线得到标准曲线。
本发明的有益效果为：经过恒电位和循环扫描技术电聚合制备的修饰铂电极稳定性和重复性良好，电极经过修饰后，15支用相同方法制备的电极在检测过程中RSD仅为3.42％，经过一个月放置后与新制的电极进行对比，电流响应仅下降3.1％；该方法在食用植物油酸价检测过程中，油样的色泽或混浊对伏安电流的测定没有任何干扰，所需的油样量较小，一般为小于或等于1.0g，每个油样检测时间为70s，且灵敏度和准确度优于传统滴定法和电位滴定法。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
实施例1
用于测定植物油酸价的化学修饰电极，该化学修饰电极为聚吡咯掺杂高氯酸根离子修饰的铂电极。在铂电极表面电聚合掺杂高氯酸根离子的吡咯聚合体。
该化学修饰电极制备方法如下：采用电化学聚合法制备，铂电极经过表面清洁，干燥后备用，将清洁干燥后的铂电极置于修饰液中，该修饰液为含有吡咯单体和四丁基高氯酸胺的乙腈溶液，所述修饰液中吡咯单体浓度为0.015mol/L，高氯酸根阴离子浓度为0.1mol/L，在电聚合前，修饰液进行通氮气处理，以除去溶液中的氧，然后利用电化学工作站采用恒电位(以1.2V versus Ag/AgCl(Stat)，60s)和循环扫描技术(-0.4～1.2V，扫描速度为50mV/s，扫描两周)进行电聚合，使铂电极表面形成掺杂高氯酸根离子的吡咯聚合体，聚合反应完成后取出化学修饰电极用二次超纯水彻底清洗干净，然后干燥备用。
所述电化学工作站工作特征是：三电极工作系统，参比电极为Ag/AgCl，辅助电极为铂丝电极，工作电极为铂电极。
实施例2
此实施例是为了确定聚吡咯掺杂四丁基高氯酸胺修饰电极的稳定性和重现性进行评价而进行的实验。
a、重现性的评价
在相同的电聚合条件下制备15支修饰电极，分别在相同的电解质溶液和相同的电参数条件下记录其线性伏安图，每个电极和试样分别做三次平行实验，以其平均值为每个修饰电极的电流响应的测定结果，然后计算15支修饰电极的平均值，结果为：2.1×10-3M的亚油酸的还原峰电流的平均值为52.6±1.8μA(n＝15，RSD＝3.42％)。
b、稳定性评价
分别测定新制备的修饰电极和在干燥、避光条件下存放一个月的同一修饰电极的还原峰电流并进行了对比，结果表明后者的还原峰电流下降了3.1％。
实施例3
此实施例是为了说明聚吡咯掺杂四丁基高氯酸胺修饰电极检测性能上优于裸电极而做的对比实验。
具体方法是在相同浓度的标准亚油酸溶液中，分别用两种电极进行循环伏安扫描，观察它们的还原电流响应，发现在修饰电极上，亚油酸还原峰电流显著增大(约1.5～2倍)，还原峰电位向正电位方向移约200mV，表明该修饰电极对亚油酸的电化学还原具有显著的催化作用。用本法所获得的修饰电极与裸电极检测相同浓度亚油酸时的循环伏安图如图1所示。
实施例4
此实施例是为了说明本方法在食用植物油酸价检测过程中对可能存在于食用植物油中的其他脂肪酸的抗干扰作用。
具体实施方法是将常见的几种脂肪酸如棕榈酸、油酸和亚油酸的标准溶液及其等浓度混合物溶液同时制备三份试样，然后加入到选定的电解质溶液中，进行线性扫描，分别记录棕榈酸、油酸和亚油酸的线性伏安图。
结果表明本方法有着良好的抗干扰作用，结果如图2所示。
为了进一步验证该方法的有效性，利用标准加入法测定植物油的酸价的回收率，将测定结果列于表1。根据这些结果，利用该方法测定的植物油的酸价是有效的，并且省去了滴定、判断终点、计算碱液用量等繁杂程序，同时无需油样的预处理程序。
表1利用标准加入法检验化学修饰电极法测定植物油的酸价的回收率
![]()
实施例5
此实施例是为了说明本发明方法在食用植物油酸价快速检测中的简便、快速准确性。
为了验证修饰电极方法的有效性，电位滴定法和传统的滴定法也同时测定同一油样的酸价，三种方法的测定都做三次平行试验，取其平均值作为测定结果。为了便于比较，三种方法测得的植物油的酸价均列于表2。正如表2所示，该方法测得的植物油的酸价结果与电位滴定法一致，其相对标准方差RSD小于2.3％，优于国标方法-传统滴定法的测定结果，这些结果表明本文所开发的方法在测定植物油脂酸价上是有效的，简捷的。
采用方法：
1.碱滴定法首先准备0.1M的KOH或NaOH标准溶液，中性乙醚-乙醇溶液(2∶1)混合溶剂，使用前用0.1M的碱液滴定至中性，1.0g/100mL的酚酞乙醇溶液指示剂。称取混合均匀的油样3-5g注入锥形瓶中，加入中性乙醚-乙醇混合溶剂50mL，摇动使油样充分溶解，再加入3滴酚酞指示剂，用0.1M的KOH溶液滴定直至出现微红色，并且在30s内不消失，记下滴定所消耗的碱液体积，根据酸价计算公式：
![]()
其中，V为滴定所消耗的KOH溶液体积，mL；c为KOH溶液浓度，mol/L；m为油样质量，g；56.1为KOH的摩尔质量，g/mol。每个试样测定三次，取其平均值作为该方法的测定结果。
2.电位滴定法接通滴定仪电源，预热半小时，然后用标准缓冲溶液校准；用温度计(或温度传感器)测量被测试液温度，调节温度补偿器至此温度，整个实验过程中不再转动该旋钮；把加有搅拌子的被测试液放在磁力搅拌器上，将复合电极浸入溶液，调节至合适高度，打开搅拌器开关，调节好搅拌速度，测量选定油样的初始电位，平衡后，记下读数；调节好装有KOH-乙醇标准溶液(滴定剂)的滴定管的高度，开始滴定，在滴定过程中，每滴加1次滴定剂，就测量1次电动势，直到超过化学计量点为止，我们就可得到一系列的滴定剂(KOH-乙醇标准溶液)用量(V)和相应电动势(E)的数值，需要注意的是，在化学计量点附近，电动势变化较快，应该每滴加0.1mL(或更少)滴定剂就测量1次电动势；为了精确确定酸价，用电位滴定法作空白的滴定；根据E-V曲线，从曲线的最陡处，画一条垂直线与体积轴相交，交点就是终点时滴定剂的体积。根据所加滴定剂的体积即可计算出油样的酸价。本文根据其电位与滴定剂体积的一次微商确定滴定终点。
3.化学修饰电极法实际植物油样品无需任何预处理程序，根据其酸价大小的估计确定样品用量大小，一般为1.0g左右，该方法步骤如下：
(1)将食用油样品完全溶解在5ml的1，2-二氯乙烷中，然后加入适量的乙醇和1，2-二氯乙烷的混合溶液中，用乙醇补充至刻度线(20ml)，，得测试样液，测试样液中乙醇和1，2-二氯乙烷的体积比为3∶1；电解液的配制：配制乙醇和1，2二氯乙烷体积比为3∶1的混合液，并加入支持电解质LiClO4和醌试剂1，4-萘醌得电解液，上述电解液中高氯酸根阴离子浓度为0.1mol/L，1，4-萘醌浓度为3.0×10-3M，按照测试样液与电解液体积比为1∶1取测试样液与电解液，得到检测液，检测液共15mL，将检测液加入到电化学池中，将采用本发明方法制备的化学修饰电极置于检测液中(所用设备为连接计算机的CHI650C电化学工作站，只是将电极更换为本发明的化学修饰电极，此处所用的化学修饰电极是由实施例中制备的)，采用循环伏安技术和线性扫描技术，循环伏安技术的电位扫描范围为0.2V～-0.8V，电位扫描速度为50mV/s，检测时间为70s，经检测得到还原峰电流；
(2)向步骤(1)的检测液中加入亚油酸的标准溶液，亚油酸的标准溶液加入量可根据试验所要求浓度设定，本实施例检测液中亚油酸浓度为1mol/L，再将化学修饰电极置于检测液中，采用循环伏安技术和线性扫描技术，循环伏安技术的电位扫描范围为0.2V～-0.8V，电位扫描速度为50mV/s，检测时间为70s，经检测得到加入亚油酸标准溶液后植物油样品的还原峰电流；此步骤中，也可以将亚油酸标准溶液加入到电解液(此处所用电解液与步骤(1)中相同)中配制成亚油酸浓度为1mol/L的检测液，量取与步骤(1)中相同体积的检测液进行检测，采用循环伏安技术和线性扫描技术，循环伏安技术的电位扫描范围为0.2V～-0.8V，电位扫描速度为50mV/s，检测时间为70s，得到亚油酸标准溶液的还原峰电流；两种检测液均可，对检测结果影响较小；
(3)根据酸价计算公式计算出植物油的酸价，其中，酸价计算公式为
AV(mgKOH/1g oil sample)＝(A×18)/{[(B-A)×V+A]×W}
式中，
AV为植物油的酸价；
18为换算系数；
A为步骤(1)中检测所得的植物油样品的还原峰电流值，单位为μA；
B为步骤(2)中检测所得的亚油酸的标准溶液的植物油样品的还原峰电流值，单位为μA；
W为植物油样品的质量，单位为g；
V为加入亚油酸的标准溶液后样品液的体积，单位为mL。
采用本实施例中所述的化学修饰电极法、与电位滴定法和传统滴定法测定植物油的酸价的结果如表2所示。
表2.修饰电极法、电位滴定法和传统滴定法测定植物油的酸价的结果
![]()
RSD＝Relative standard deviation
以花生油为例，说明采用化学修饰电极快速测定植物油酸价的方法。
根据植物油的酸价计算公式，
AV(mgKOH/1g oil sample)＝(A×18)/{[(B-A)×V+A]×W}
在测定花生油酸价时，
花生油样品的还原峰电流值A＝9.6μA；
加入亚油酸的标准溶液后的花生油样品的还原峰电流值B＝28.3μA；
花生油样品的质量W＝1.15g；
加入亚油酸的标准溶液后样品液的体积V＝15mL；
将上述A、B、W、V带入计算式，得到花生油酸价AV＝0.52。
其他油样采用修饰电极法测定酸价时，与花生油方法类似，只要得到A、B、W、V，就能得到油样的酸价。
分析表2，结果表明该方法在灵敏度和准确度方面优于传统的滴定法和电位滴定法，因为油样的色泽或混浊对伏安电流的测定没有任何干扰。此外该方法无需任何的油样预处理程序，是一种简捷方便的酸价测定方法。该方法所需油样量较小，一般为1.0g左右，而滴定法需要相对较大量的油样3～5g。由此可见，修饰电极法是一种简捷方便、快速实用的酸价测定方法，可以作为传统滴定法的替代方法。