2012届本科毕业论文（设计）
甜菜红在玻碳电极上的电化学行为研究
姓 名： 宋 娇 娇
院 系： 化学化工学院
专 业： 化学工程与工艺
学 号： 100432020
指导教师： 武耐英 副教授
2012年 5月 18日
商丘师范学院2012届本科毕业论文（设计）
目录
摘 要 ............................................................................................................................................... II Abstract ............................................................................................................................................ II 第一章 绪论 ..................................................................................................................................... 1 1.1 甜菜红的简介 ........................................................................................................................... 1 1.1.1 甜菜红的结构 ....................................................................................................................... 1 1.1.2 甜菜红的功能 ....................................................................................................................... 2 1.1.3 甜菜红的应用 ....................................................................................................................... 2 1.1.4 甜菜红的优缺点 ................................................................................................................... 2 1.1.5 甜菜红的经济性 ................................................................................................................... 2 1.2 循环伏安法 ............................................................................................................................... 2 1.2.1 基本原理 ............................................................................................................................... 3 1.2.2 循环伏安法的应用 ............................................................................................................... 3 1.3 差分脉冲伏安法 ....................................................................................................................... 3 1.3.1 基本原理 ............................................................................................................................... 3 1.3.2 特点....................................................................................................................................... 3 1.4 选题意义 .................................................................................................................................... 3 第二章 甜菜红在玻碳电极上的电化学行为研究 ......................................................................... 5 2.1 实验仪器 ................................................................................................................................... 5 2.2 实验试剂 ................................................................................................................................... 5 2.3 实验步骤 ................................................................................................................................... 5 2.3.1 溶液的配制 ........................................................................................................................... 5 2.3.2 实验步骤 ............................................................................................................................... 5 2.3.3 实验结果与讨论 ................................................................................................................... 6 2.4 结论........................................................................................................................................... 8 参考文献......................................................................................................................................... 10 致 谢 .............................................................................................................................................. 11 英文文献翻译 ................................................................................................................................. 12
I
商丘师范学院2012届本科毕业论文（设计）
甜菜红在玻碳电极上的电化学行为研究
摘 要
本实验采用循环伏安法研究了甜菜红在玻碳电极上的电化学行为。实验发现，在0.1mol/L pH=7.0的PBS缓冲溶液中，甜菜红能在玻碳电极上产生良好的氧化峰，甜菜红的氧化峰峰电位为0.220 V。本文考察了扫描速度、pH值、浓度对峰电位和峰电流的影响。基于此点建立了差分脉冲伏安法快速测定甜菜红的分析方法。该方法具有灵敏度高、选择性好、分析时间短、操作简单、快速、成本低等优点。
关键词
玻碳电极；甜菜红；PBS缓冲溶液；差分脉冲伏安法；循环伏安法
Electrochemical behavior of beet red on a glassy carbon
electrode
Abstract
In this study, cyclic voltammetry and electrochemical behavior of the beet red on a glassy carbon electrode were investigated. It was found that in pH = 7.0 0.1mol/L PBS buffer solution, beet red on a glassy carbon electrode produces good oxidation peak, beet-red oxidation peak potentials is 0.220 V. This paper examines the scanning speed, pH value, concentration on peak potential and peak current. Based on this analysis method, we introduce a differential pulse voltammetry determination of beet red. The method has high sensitivity, good selectivity, short analysis time, simple, rapid, and low cost.
Keywords
Glassy carbon electrode; Beet red; PBS buffer solution; Differential pulse voltammetry; Cyclic
voltammetry
II
商丘师范学院2012届本科毕业论文（设计）
第一章 绪论
1.1 甜菜红的简介
甜菜红[1-3]是红紫或深紫色液体、块或粉末，或糊状物，色泽鲜艳；易溶于水、50%乙醇或丙二醇的水溶液，几乎不溶于无水乙醇、丙二醇或乙酸，不溶于乙醚、丙酮、甘油、油脂、氯仿或苯等有机溶剂。在pH为3.0-7.0之间比较稳定，pH为4.0-5.0最稳定。pH<4.0时，pH>7.0时 由红变紫；pH>10.0迅速变黄。它的稳定性随水分活性的降低而增大；耐热性较差，在pH为4.0-5.0之间热稳定性最大。降解速度随温度上升而增加。若溶液中的氧比甜菜色苷多出1mol以上，甜菜红素的降解遵照一级反应动力学[4-5]。无氧时甜菜色苷的稳定性增加。光照会加速甜菜红素的氧化反应。金属离子对甜菜苷稳定性有一定的影响。过多的Fe3+、Cu2+、Mn2+、Ca2+等可促使甜菜苷的降解，降低甜菜红的色调，故应用中，必要时加入适当的金属螯合剂来去除金属离子。 1.1.1 甜菜红的结构
甜菜红色素分为甜菜花青（红色）和甜菜黄质（黄色）。菜花青中主要的是甜菜苷(betanine) ，属糖类衍生物，分子式为C24H26N2O13 ，相对分子质量是550.48 ，占红色素的75%~95%。 所有的甜菜色素可以认为是1,2,4,7,7-五取代的1,7-二偶氮庚甲碱。
图1.1 甜菜红色素的分子结构
图1.2 甜菜色素的共振结构
图1.3 甜菜红的结构
1
商丘师范学院2012届本科毕业论文（设计）
1.1.2 甜菜红的功能
甜菜红具有很强的抗氧化性，在极低的浓度下就可以有效地阻止血红素的分解以及由铜离子诱导的脂类氧化，并且在维生素E的协调作用下可明显增强其对脂类的保护作用；甜菜红色素可以抑制此类氧化反应，从而保证人体正常代谢；人体内的LDL[6-9] (低密度脂蛋白)的氧化会引起一系列的疾病，甜菜红色素所具有的抗氧化性，能够有效地防止LDL的氧化，减少人体疾病的发生；甜菜苷可以防止由DMBA(二甲基苯并蒽)和TPA(12-0-十四烷酰佛波醇-13-乙酯)引发的肿瘤。 1.1.3 甜菜红的应用 （1） 食品上的应用
甜菜红色素色泽鲜艳，着色均匀，无异味，具有较好的着色功能。常用于果汁、果味粉、果汁露、汽水、冰淇淋、糖果、糕点裱花、罐头、香肠等食品的着色。 （2） 医药、化妆品的应用
为了使药品具有较好的外观，同时为了药品的区分，有时也需要在制药的过程中添加色素，可以用甜菜红色素代替人工合成色素[10]进行有色药品的生产。甜菜红色素具有抗癌的作用，可以用于抗癌药品的研制开发。许多化妆品的生产需要添加色素，如唇膏、洗发水、染发剂等。而甜菜红色素是天然色素，无毒无害，并且该色素还具有抗氧化、抗癌等保健功能，因此用于有色化妆品、抗衰老化妆品的生产，具有较强的开发潜力。 （3） 其它方面的应用
甜菜红色素可以用于羊毛染色，羊毛染色宜在低温和较强的酸性条件下进行。染色后，羊毛手感柔软、光泽好，颜色有很高的耐摩擦性，而且甜菜红色泽鲜艳，无毒无害，不会污染环境。
1.1.4 甜菜红的优缺点
优点：
着色能力强、无毒、安全，有改善肝功能，促进消化吸收的作用。甜菜红在中性PH值环境下有着优异的着色效果，非常适合于乳制品和冰激凌的着色。红甜菜高产量，价格便宜，可以为甜菜红色素的生产提供充足的原料。甜菜红色素提取工艺条件比较容易达到。
缺点：
稳定性能较差，抗热和抗光能力较低，易被氧化及耐还原性较差。只能在酸性或中性的条件下着色，在碱性条件下会变为甜菜黄质使溶液颜色迅速变黄。 1.1.5 甜菜红的经济性
由于甜菜产量高，价格便宜，又随着新品种的不断引进并在我国广阔的土地上推广种植，为甜菜红色素的提取提供了充足的原料。又因甜菜红色素的提取工艺简单，所以甜菜红色素在我国有非常优越的生产条件。并且甜菜红能在食品、保健品、医药、化妆品、染料等多个领域都有良好的使用价值，所以开发甜菜红具有经济价值。 1.2 循环伏安法
循环伏安法(Cyclic Voltammetry[11-15])一种常用的电化学研究方法。该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流-电势曲线。根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，及其性质如何。对于一个新的电化学体系，首选的研究方法往往就是循环伏安法，可称之为“电化学的谱图”。本法除了使用汞电极外，还可以用铂、金、玻璃碳、碳纤维微电极以及化学修饰电极等。
2