腌菜中亞硝酸鹽的電化學檢測

董哲，王力，劉宗瑞

（1.內蒙古民族大學分析測試中心，內蒙古通遼 028043；2.集美大學生物工程學院，福建廈門 361021）

腌菜中亞硝酸鹽的電化學檢測

董哲1＊，王力2，劉宗瑞1

（1.內蒙古民族大學分析測試中心，內蒙古通遼 028043；2.集美大學生物工程學院，福建廈門 361021）

采用電沉積的方法將磷鎢酸（H3PW12O40）沉積到預先用PDDA處理的玻碳電極上制得磷鎢酸（H3PW12O40）修飾玻碳電極，通過循環(huán)伏安法分析該電極的電化學性質，研究其對亞硝酸鹽的電化學作用，并測定腌菜中亞硝酸鹽的含量。亞硝酸鹽在6.67×10－6～8.01×10－5mol/L濃度范圍內與電極還原電流呈線性關系，I（μA）＝1.4508＋0.0581c（μmol/L），R2＝0.9985（n＝12）。最低檢出限：1.41× 10－6mol/L。響應電流達到95%時所需時間小于4s。該電極具有制備簡單、響應快、靈敏度高、檢測限低等特點，用于檢測亞硝酸鹽，效果良好。

多金屬氧酸鹽；電沉積；亞硝酸鹽

腌制食品中大多含有亞硝酸鹽，腌菜由于其加工品風味獨特、營養(yǎng)豐富，既可滿足不同的口味，又可增進食欲、幫助消化、促進健康，是人們最喜愛的食物之一。但蔬菜在腌制過程中，因其組織中含有硝酸鹽，若制作過程控制不當，硝酸鹽還原菌便可將菜體中的硝酸鹽還原成亞硝酸鹽［1，2］，體內亞硝酸鹽過量積累，可使血液中二價鐵離子氧化為三價鐵離子，使正常血紅蛋白轉變?yōu)楦哞F血紅蛋白，失去攜氧的能力，出現(xiàn)亞硝酸鹽中毒癥狀［3－5］。此外，亞硝酸鹽又是強致癌物N-亞硝基化合物的前體物，人體內和食物中的亞硝酸鹽只要與胺類或酰胺類同時存在，就有可能形成強致癌性的亞硝基化合物［6－8］，因此，對亞硝酸鹽含量的測定十分必要。目前，亞硝酸鹽的分析方法主要有電化學方法［9－11］、光譜法、色譜法［12］、熒光法等。多金屬氧酸鹽具有良好的氧化還原活性，常用作電化學催化劑［13］。本文通過制備磷鎢酸（H3PW12O40）修飾玻碳電極來檢測腌菜中亞硝酸鹽的含量，該檢測方法具有響應快、靈敏度高、檢測限低等特點。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

H3PW12O40（以下簡寫為PW12）按文獻［14］方法合成。鄰苯二甲酸二乙二醇二丙烯酸酯（PDDA）（MW＝450）購自Aldrich公司，且未經進一步純化直接使用。亞硝酸鈉（NaNO2）購自國藥集團化學試劑有限公司，實驗所用緩沖溶液是由1mol/L無水硫酸鈉與1mol/L硫酸按1∶1混合而成。其余試劑都是分析純，所有溶液均由超純水配制。腌菜樣品購于內蒙古通遼市大潤發(fā)超市。

1.2 主要儀器與設備

ASCO FT/IR-480PLUS型傅立葉變換紅外光譜儀 日本Jasco公司；CHI660C型恒電位儀 上海辰華儀器廠；KBr壓片；電化學實驗均在CHI660C型恒電位儀上進行，所用電解池為三電極玻璃電解池體系，電化學實驗所采用的工作電極為玻碳電極（GCE），輔助電極為鉑片電極，參比電極為Ag/AgCl電極。所有實驗均在室溫下進行。

1.3 實驗方法

玻碳電極在使用前用1.0，0.3，0.05μm的Al2O3粉末從大尺寸到小尺寸依次仔細拋光成鏡面后，在二次蒸餾水中超聲波清洗20min，取出晾干后備用。將處理好的玻碳電極（基片）浸入50g/L的PDDA溶液中持續(xù)20min，取出后用水沖洗，再用緩慢的氮氣流將基片吹干。將PDDA處理過的電極浸入10－2mol/L的磷鎢酸溶液中，恒電位沉積2h。取出后用水洗凈和吹干，制得組成為［PW12/PDDA］的復合膜。

2 結果與分析

2.1 磷鎢酸紅外吸收光譜

磷鎢酸的IR光譜圖見圖1，在700～1100cm－1內出現(xiàn)4個Keggin結構的特征峰，806.7，895.1，982.5，1083.1cm－1分別歸屬于W-Od－W，W-Oc－W，W-Od，P-Oa反對稱伸縮振動，表明該化合物具有雜多陰離子骨架。

圖1 磷鎢酸紅外光譜圖Fig.1Infrared spectrogram of phosphotungstic acid

2.2 磷鎢酸的電化學行為

空白電極在1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4緩沖溶液中的循環(huán)伏安圖見圖2（a），在－0.8～0.2V的電位范圍內未出現(xiàn)氧化還原峰?？瞻撞Ｌ茧姌O在加入6mmol/L PW12緩沖溶液中的循環(huán)伏安圖見圖2（b），可觀察到PW12的3對氧化還原峰（I-I＇，II-II＇，III-III＇），表明PW12在緩沖溶液中的電化學行為為三步還原過程。

圖2 （a）空白玻碳電極在1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4緩沖溶液中的循環(huán)伏安圖（b）空白玻碳電極在加入6mmol/mL PW12緩沖溶液中的循環(huán)伏安圖Fig.2（a）Cyclic voltammogram of glassy carbon electrode（GCE）in 1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4buffer solution（b）Cyclic voltammogram of glassy carbon electrode（GCE）in 6mmol/L PW12buffer solution

2.3 磷鎢酸修飾電極的電化學行為

2.3.1 磷鎢酸修飾電極在緩沖溶液中的電化學行為［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極在1mol/LH2SO4＋Na2SO4緩沖溶液中的循環(huán)伏安圖見圖3，在－0.8～0.4V的電位范圍內只出現(xiàn)2對氧化還原峰（I-I＇，II-II＇），表明PW12在膜中的電化學行為為兩步還原過程。

圖3 ［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極在1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4緩沖溶液中的循環(huán)伏安圖Fig.3Cyclic voltammogram of modified PW12/PDDA-GCE in 1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4buffer solution

2.3.2 電流與掃速的關系

圖4 ［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極在1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4緩沖溶液中當掃描速度不同時的峰電流循環(huán)伏安圖Fig.4Peak current cyclic voltammogram of modified PW12/PDDA-GCE in 1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4buffer solution at different scanning speeds

由圖4可知，以I還原峰為例，在10～100mV/s的掃速范圍內，I還原峰的峰電流與掃描速度成正比，表明［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極的電極過程為表面控制過程。

2.3.3 ［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極對亞硝酸根電化學響應

圖5 100mV/s掃描速度下修飾電極在pH 3.8的1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4緩沖液中隨著不同濃度NO2－離子的變化（由下到上為0，3.0，4.0，5.0mmol/L）的循環(huán)伏安圖Fig.5Cyclic voltammogram of modified GCE pH 3.8in 1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4buffer solution with different NO2－（from bottom to top：0，3.0，4.0，5.0mmol/L）at a scanning speed of 100mV/s

由圖5可知，隨著NO2－的加入，還原電流增大，I還原峰電流明顯增大。而II-II＇這一對峰電流變化很小。上述實驗現(xiàn)象表明：該修飾電極對溶液中NO2－的還原反應具有良好的催化作用，該修飾電極有希望用作NO2－傳感器。

2.3.4 ［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極在溶液中對亞硝酸根的安培響應

在15mL的緩沖液中連續(xù)加入20μL 50mmol/mL的NO2－，以－0.2236V為工作電位，可得到修飾電極的穩(wěn)態(tài)電流-時間響應曲線見圖6，隨著亞硝酸鹽的連續(xù)加入，響應電流也發(fā)生階梯式上升。該電極對NO2－響應迅速，達到響應電流95%時所需的時間小于4s。由圖6可知，在6.67×10－6～8.01×10－5mol/L濃度范圍內，NO2－的濃度與響應電流具有良好的線性關系：I（μA）＝1.4508＋0.0581c（μmol/L），R2＝0.9985，表明該修飾電極對亞硝酸根具有良好的安培傳感效應。

圖6 ［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極在15mL 1mol/L H2SO4＋1mol/L Na2SO4緩沖溶液中連續(xù)加入20μL 50mmol/mL亞硝酸鹽的電流-時間曲線Fig.6Curves（current-time）of modified PW12/PDDA-GCE in 15mL（1mol/mL H2SO4＋1mol/mL Na2SO4）buffer solution with continuous addition of 20μL 50mmol/mL nitrite

2.3.5 ［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極的穩(wěn)定性

用電沉積的方法制備的［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極具有很好的穩(wěn)定性，當電極在1mol/L H2SO4溶液中，在－800～＋200mV的電位范圍內，掃速為100mV/s的條件下掃描100周，其陰極電流下降不到10%。如果將電極在1mol/L H2SO4溶液中放置40天，其電極響應基本不發(fā)生變化。這種好的穩(wěn)定性可能來源于膜內H4PW12O40與PDDA間的靜電作用。

2.4 腌菜樣品中亞硝酸根離子的測定

上述研究表明：制備的［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極對亞硝酸鹽還原反應的催化作用具有迅速、靈敏度高、檢出限低、操作簡便等諸多特點，可以作為安培傳感器對具體樣品中的亞硝酸鹽進行測定。

本實驗用電化學法和鹽酸萘乙二胺法分別對腌菜樣品中亞硝酸鹽的含量進行測定，測量結果見表1。

表1 兩種方法的測定結果Table 1The determination results of two methods mg/kg

由表1可知，兩種方法的測定結果很接近，說明［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極對亞硝酸鹽含量測定的準確性高，方法可行。

3 結論

本文運用電沉積的方法制備［PW12/PDDA］膜修飾玻碳電極，研究其電化學行為，該電極對亞硝酸鹽的還原具有很明顯的催化活性，進而對腌菜中的亞硝酸鹽含量進行測定，結果準確度高且快速、簡便，進而為多金屬氧酸鹽應用于傳感器領域提供了更為廣闊的空間。

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Electrochemical Detection of Nitrite in Pickled Vegetables

DONG Zhe1＊，WANG Li2，LIU Zong-rui1
（1.Analysis and Test Center，Inner Mongolia University for Nationalities，Tongliao 028043，China；2.College of Bioengineering，Jimei University，Xiamen 361021，China）

Phosphotungstic acid is fabricated on the glassy carbon electrode pretreated with PDDA by the electro-deposition method to obtain the POM modified electrode.Cyclic voltammetry technique is used to study the electrochemical properties of［PW12/PDDA］modified electrode，the electrode has a significant catalytic activity on the reduction of nitrite.The electrode reduction current has a linear relationship，I（μA）＝1.4508＋0.0581c（μmol/L），R2＝0.9985（n＝12）for nitrite in the range of 6.67× 10－6～8.01×10－5mol/L，the detection limit is 1.41×10－6mol/L.The preparation method is simple，with quick response，great sensitivity，low detection limit.The proposed method shows remarkable advantages and it should be applied in the practical aspects.

polyoxometalates；electro-deposition；nitrite

TS207.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.03.026

1000-9973（2017）03-0114-04

2016－09－16 ＊通訊作者

國家自然科學基金（21261014）；內蒙古民族大學博士啟動基金（BS369）

董哲（1983－），男，實驗師，博士，研究方向：生物無機化學。