亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器研究進(jìn)展

毛燕+包宇+韓冬雪+趙冰

摘 要 亞硝酸鹽被廣泛用于工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在食品、飲用水、生物和環(huán)境中普遍存在。但是， 亞硝酸鹽是一種有毒的污染物，對人體有很大的危害。近年來發(fā)展了很多檢測亞硝酸鹽的方法，其中電化學(xué)法由于具有簡單、快速、靈敏、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。本文從復(fù)合電極修飾層材料的角度，綜述了近年來基于碳材料、金屬材料、金屬有機(jī)骨架化合物、導(dǎo)電聚合物、酶的納米復(fù)合電極在檢測亞硝酸鹽的納米電化學(xué)傳感器中的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了電極構(gòu)建和亞硝酸鹽檢測方法，對亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 電化學(xué)傳感器； 亞硝酸鹽； 納米復(fù)合電極； 評述

1 引 言

亞硝酸鹽在食品、飲用水和環(huán)境中普遍存在，主要來源于畜禽糞便、有機(jī)廢物、化學(xué)肥料、天然沉積等含氮有機(jī)物和硝酸鹽生物轉(zhuǎn)化的亞硝酸鹽，是一種無機(jī)污染物，對人類健康具有很大危害。亞硝酸鹽作為一種重要的前體物質(zhì)，可與蛋白質(zhì)作用產(chǎn)生高致癌的亞硝胺[1， 2]。過量攝入亞硝酸鹽會引發(fā)很多健康問題，如胃癌和食道癌[3]、嬰兒高鐵血紅蛋白癥（藍(lán)嬰綜合癥）[4]、自然流產(chǎn)[5]、中樞神經(jīng)系統(tǒng)出生缺陷[6]等。很多國家和組織都規(guī)定了環(huán)境中亞硝酸鹽的最大限量值，美國國家環(huán)境保護(hù)局規(guī)定為1 ppm （21.7 mmol/L），世界衛(wèi)生組織規(guī)定為3 ppm[7]，歐盟食品科學(xué)委員會規(guī)定人體對亞硝酸鹽的每日攝取允許量為0.06 mg/kg[8]，我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB 27602014規(guī)定亞硝酸鹽作為護(hù)色劑和防腐劑，在腌臘肉、醬鹵肉等食品中最大使用量為0.15 g/kg[9]。

在食品安全監(jiān)控、食品分析和水質(zhì)分析等方面，都需要對亞硝酸鹽含量進(jìn)行檢測。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.332016采用離子色譜法和分光光度法檢測食品中的亞硝酸鹽[10]，GB 85382016采用重氮偶合光譜法檢測飲用天然礦泉水中的亞硝酸鹽[11]。目前文獻(xiàn)報(bào)道的亞硝酸鹽檢測方法有很多，如分光光度法（如Griess反應(yīng)等）[7，12～14]、化學(xué)發(fā)光法[15，16]、色譜法[17～19]、表面增強(qiáng)拉曼光譜法[20，21]、毛細(xì)管電泳法[22～24]、熒光法[25，26]、電化學(xué)發(fā)光法[27]等，檢測過程都比較復(fù)雜、耗時(shí)。亞硝酸鹽是一種具有電活性的物質(zhì)，而電化學(xué)檢測方法[28～35]具有簡單、快速、靈敏、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。亞硝酸鹽在鉑、金、銅、玻碳和過渡金屬氧化物電極表面都有電活性，但是由于電極表面易被污染，降低了檢測的靈敏度和準(zhǔn)確度，一定程度上限制了裸電極檢測亞硝酸鹽的實(shí)際應(yīng)用[36]。對電極表面進(jìn)行必要的修飾，不僅可以增加亞硝酸鹽的氧化反應(yīng)響應(yīng)信號，而且可以擴(kuò)寬檢測的動力學(xué)范圍。已經(jīng)報(bào)道的電極修飾層材料有石墨烯[37～39]、碳納米管[40]、碳納米粒子[41]、多孔碳[42]等碳材料； 金屬[43，44]、金屬氧化物[45]、金屬硫化物[32，46]、金屬氮化物納米粒子[47，48]和納米簇[49，50]等金屬材料； 金屬有機(jī)骨架化合物（Metal organic framework， MOF）[34，35]； 導(dǎo)電聚合物[51，52]和酶[28，53]等，以及各種復(fù)合材料[54～57]。本文對近幾年亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器研究的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

2 亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器的檢測原理

亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器與常規(guī)的電化學(xué)傳感器相似，主要由固定化的感應(yīng)元件（識別系統(tǒng)）和換能器（轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）兩部分構(gòu)成，其基本結(jié)構(gòu)和原理如圖1所示。首先將具有電活性和催化功能的修飾層固定于電極表面形成感應(yīng)元件，亞硝酸鹽在感應(yīng)元件表面被修飾層催化，發(fā)生氧化反應(yīng)生成硝酸鹽，并將電極表面發(fā)生的反應(yīng)參數(shù)轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)系統(tǒng)可以產(chǎn)生的感應(yīng)信號，接著被作為轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的換能器接收，轉(zhuǎn)化成可以測量的電化學(xué)信號，然后經(jīng)電子系統(tǒng)二次放大處理后輸出，通過儀器顯示記錄下來。由于通過二次放大的電信號與亞硝酸鹽濃度在一定濃度范圍內(nèi)成比例，依據(jù)它們之間的線性關(guān)系實(shí)現(xiàn)對亞硝酸鹽的定量分析檢測。

3 電極修飾層材料

電極修飾層材料是亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器感應(yīng)元件重要的組成部分，可提高亞硝酸鹽在電極表面的響應(yīng)信號，降低亞硝酸鹽的過電位，擴(kuò)寬檢測的動力學(xué)范圍，提高檢測靈敏度和特異性。碳材料具有良好的導(dǎo)電性能，可作為基底材料，負(fù)載具有電催化活性的金屬材料納米粒子、導(dǎo)電聚合物材料等進(jìn)一步協(xié)同增加催化性能，金屬有機(jī)骨架化合物（MOF）具有超高的孔隙率和比表面積，酶具有特異性催化功能，都可以用作電極修飾層材料，構(gòu)建亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器。

3.1 碳材料

石墨烯是一種新型的二維碳納米材料，具有大的比表面積、高的導(dǎo)電率、良好的催化活性等優(yōu)點(diǎn)。氮摻雜的石墨烯[38，39]、金屬[56，57]、金屬氧化物[29，58，59]、聚合物[60，61]、MOF[35，54]、酶[62，63]等與石墨烯的納米復(fù)合材料，都已被報(bào)道用于構(gòu)建亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器。Chen等[39]制備了氮摻雜石墨烯（NrGO），并將其修飾在玻碳電極（GCE）表面，構(gòu)建了長期穩(wěn)定性好、可抗催化劑中毒、催化性能良好的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器，NrGO對亞硝酸鹽有高的電催化活性、較低的氧化電位（0.68 V）， 檢出限為0.2 mmol/L， 可用于腌蒜和河水實(shí)際樣品中亞硝酸鹽的檢測。

金屬、金屬氧化物納米粒子由于其高比表面積，較本體材料具有更高的催化活性，其與石墨烯雜化制備的納米復(fù)合材料的修飾電極，具有更高的比表面積和催化活性、良好的生物相容性。Zou等[56]采用電化學(xué)方法制備了三維花狀石墨烯（fGE），然后在其表面恒電位沉積金納米粒子，制得金納米粒子/花狀石墨烯（Au/fGE）復(fù)合物（圖2A），Au/fGE具有大的比表面積和高導(dǎo)電性，用其構(gòu)建的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器檢出限為0.01 mmol/L，可用于腌豬肉樣品中亞硝酸鹽的檢測。Liu等[60]采用一步水熱法制備了聚二烯丙基二甲基氯化銨鐵氧化物氮摻雜石墨烯（Fe1.833（OH）0.5O2.5/NG@PDDA）的三元分層次納米復(fù)合物，用于構(gòu)建高靈敏的亞硝酸鹽傳感器（圖2B）。Fe1.833（OH）0.5O2.5作為催化中心，NG作為傳導(dǎo)基底，PDDA作為亞硝酸鹽吸附劑，三者的協(xié)同效應(yīng)可以顯著增加亞硝酸鹽的電化學(xué)響應(yīng)信號，傳感器的檢出限為0.027 mmol/L，并成功用于飲用水中亞硝酸鹽的檢測。Saraf等[54]將銅金屬有機(jī)骨架化合物（CuMOF）和化學(xué)合成的還原石墨烯氧化物（rGO）在乙醇中，采用超聲方法合成了CuMOF/rGO復(fù)合物，CuMOF晶體和rGO納米片層之間的協(xié)同作用增加了復(fù)合物材料的機(jī)械強(qiáng)度和電導(dǎo)率，使得該復(fù)合物既可以用作超級電容器的電極材料，也可以用于構(gòu)建高靈敏、高選擇性的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器，該傳感器具有低的檢出限（33 nmol/L）和寬的線性檢測范圍（3～40000 mmol/L），檢測靈敏度為43.736 mA·mmol/（L·cm2）。Liu等[62]采用水熱法和煅燒制備了多孔氧化鈷六角納米片（PCHNSs），氧化鈷還原氧化石墨烯（Co3O4/rGO）復(fù)合物做為具有良好生物相容性的酶固定基質(zhì)，用于固定辣根過氧化物酶（HRP）（圖2C），在玻碳電極表面構(gòu)建了免中介物的亞硝酸鹽生物傳感器。HRP在修飾電極表面可實(shí)現(xiàn)直接電子轉(zhuǎn)移，制備的亞硝酸鹽生物傳感器性能良好，檢測線性范圍為1～5400 mmol/L，檢出限和定量限分別為0.21 mmol/L和0.58 mmol/L。endprint

碳納米管具有中空結(jié)構(gòu)、高比表面積、良好的導(dǎo)電性能和生物活性[64]，研究者通過將金屬納米材料與碳納米管結(jié)合，進(jìn)一步提高了碳納米管的性能，加速分析物和電極表面之間的電子轉(zhuǎn)移。Afkhami等[31]在 0.40 V（vs. Ag/AgCl）下，在多壁碳納米管/碳糊電極（MWCPE）表面恒電位沉積得到平均直徑約30 nm的金納米粒子，構(gòu)建了高靈敏和高選擇性的亞硝酸鹽電壓式傳感器對， 亞硝酸鹽表現(xiàn)出較高的電催化活性，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，該傳感器的線性檢測范圍為0.05～250 mmol/L，檢測靈敏度為0.4177 A·L/mol，檢出限為0.01 mmol/L，可用于食品和水樣中亞硝酸鹽的檢測。Zhang等[64]用水熱共沉淀法制備了硫化銅多壁碳納米管（CuSMWCNTs）復(fù)合物，CuS均勻地分散在MWCNTs的表面。CuS是直接帶隙寬度為1.2～2.0 eV的典型p型半導(dǎo)體，具有良好的電催化活性，可加速電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，用CuSMWCNTs復(fù)合物制備的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器（圖2D），檢出限為0.33 mmol/L，線性范圍為1.0～8.1 mmol/L， 可以用于自來水中亞硝酸鹽濃度的檢測。

碳納米粒子具有良好的光化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，并且低毒、環(huán)境友好[41]，多孔碳具有高比表面積、可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)、良好的導(dǎo)電性能[42]，這兩種碳納米材料都被用于構(gòu)建亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器。Li等[41]在室溫下合成了碳納米粒子（CNs），將CNs在玻碳電極表面聚合，然后再在電極表面依次滴加MWCNTs和殼聚糖（CS）， 制得電化學(xué)傳感器（圖2E），該傳感器對亞硝酸鹽氧化和過氧化氫的氧化還原表現(xiàn)出很好的電催化活性。Ding等[42]制備了一種石墨化的分層次多孔碳，研究結(jié)果表明，多孔碳的石墨化程度、潤濕性和制備過程中的金屬殘留都會影響其電化學(xué)性能，碳化程度最高的多孔碳對水中的亞硝酸鹽表現(xiàn)出最佳的傳感性能，檢出限為8.1 mmol/L。

3.2 金屬材料

金屬納米粒子，如金[33，43，56]、銀[44]、鉑[55]、鈀[65，66]、銅[67]和雙金屬合金[57，68，69]等，具有良好的催化活性和導(dǎo)電性、獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、高的比表面積，被廣泛用于構(gòu)建亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器，可催化亞硝酸鹽氧化，提高傳感器的靈敏度。Seo等[43]用4E多肽設(shè)計(jì)了M13病毒，利用金前體陽離子和4E多肽羧酸基陰離子之間的靜電作用，在銦錫氧化物（ITO）電極表面電化學(xué)共聚合，生成樹枝狀金納米結(jié)構(gòu)，用于構(gòu)建高靈敏和高選擇性的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器。Shivakumar等[44]采用紙漿工業(yè)產(chǎn)生的廢棄物——含有水溶性代謝物的預(yù)水解液（PHL）合成銀納米球（AgNS），PHL中的半纖維素可將Ag+還原成AgNS，并且穩(wěn)定生成的AgNS。將合成的AgNS修飾在玻碳電極表面，在pH 7.0的磷酸鹽緩沖體系中，電化學(xué)檢測亞硝酸鹽的線性范圍為0.1～8.0 mmol/L，檢出限為0.031 mmol/L，檢測靈敏度為580 mA·mmol/（L·cm2）。Bai等[55]報(bào)道了一種新的形貌可控的納米粒子合成方法，利用簡單的氣液界面反應(yīng)，在石墨烯氧化物表面合成了3種形貌（聚集態(tài)、立方形、圓形）的鉑納米粒子，并用3種形貌的鉑/石墨烯氧化物（Pt/GO）納米復(fù)合物在玻碳電極表面構(gòu)建亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器，檢出限分別為0.02、0.20和0.015 mmol/L。Yang等[65]采用微波輔助氫氣還原醋酸鈀和石墨粉制備了石墨粉負(fù)載的鈀（Pd/Grp）納米復(fù)合物（圖3A），直徑5～15 nm輕微聚集的鈀納米粒子高密度地負(fù)載在石墨粉的表面，將Pd/Grp修飾在玻碳電極表面，對亞硝酸鹽氧化表現(xiàn)出催化活性，檢出限為0.071 mmol/L，檢測靈敏度為0.29 mA·mmol/（L·cm2）。Ko等[67]在1硫代癸烷層預(yù)修飾的金電極表面一步電沉積了高密度、平均尺寸25.1 nm的銅納米粒子薄層（Cu NPs/thiol/Au），該修飾電極對亞硝酸鹽離子還原表現(xiàn)出高催化活性和再現(xiàn)性，制備的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器的檢出限約0.1 nmol/L，傳感器響應(yīng)時(shí)間快，平均響應(yīng)時(shí)間約2 s。 雙金屬納米粒子由于兩種金屬之間的協(xié)同作用，表現(xiàn)出比單金屬納米粒子更好的催化活性。Li等[57]用超聲方法合成了1，3，6，8四芘硫酸鈉鹽功能化的N摻雜石墨烯（PyTSNG），在其表面電沉積AuPt雙金屬納米粒子，AuPtNPs/PyTSNG納米復(fù)合物對亞硝酸鹽氧化表現(xiàn)出很好的催化活性（圖3B），用其構(gòu)建的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器檢出限為0.19 mmol/L，并用于自來水和火腿腸實(shí)際樣品中亞硝酸鹽的檢測。

采用合適的方法制備的金屬氧化物、硫化物、氮化物，具有很好的催化活性，而且具有成本低、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。Ma等[45]將商業(yè)用三聚氰胺直接碳化得到泡沫碳，然后通過水熱處理和二次熱解在泡沫碳結(jié)構(gòu)骨架上原位生長αFe2O3納米棒陣列，制得三維αFe2O3納米棒陣列/泡沫碳（αFe2O3 NAs/CF）納米復(fù)合物。泡沫碳導(dǎo)電性好，其結(jié)構(gòu)中大量相互連接的通道提高了質(zhì)量擴(kuò)散和電子轉(zhuǎn)移速率，三維αFe2O3 NAs結(jié)構(gòu)可為電催化亞硝酸鹽反應(yīng)提供活性位點(diǎn)， αFe2O3 NAs/CF納米復(fù)合物構(gòu)建的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器線性檢測范圍為0.5～1000 mmol/L，檢出限為0.12 mmol/L。放置30天后，該傳感器的電催化活性幾乎沒有變化，重現(xiàn)性和穩(wěn)定性良好。硫化鉬具有非常好的催化活性，可以作為Pt在電化學(xué)應(yīng)用中廉價(jià)的替代物。Wang等[32]用水熱法合成了2，2，6，6四甲基哌啶氮氧自由基（TEMPO）氧化的秸稈纖維素/硫化鉬（TOSCMoS2）復(fù)合物，MoS2生長在有類似碳納米管結(jié)構(gòu)的TOSC基底上。TOSCMoS2修飾的玻碳電極對亞硝酸鹽氧化表現(xiàn)出非常好的電催化活性，可以用于構(gòu)建亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器（圖3C），線性檢測范圍為6.0～3140 mmol/L和3140～4200 mmol/L， 檢出限為2.0 mmol/L，可以用于飲用水和河水中亞硝酸鹽的檢測。Haldorai等[48]通過將二氧化鈦納米粒子修飾到多壁碳納米管的表面和熱氮化兩步反應(yīng)，制備了氮化鈦修飾的多壁碳納米管（MWCNTsTiN）納米復(fù)合物（圖3D），該復(fù)合物較其它材料具有更好的導(dǎo)電性，以及抗氧化和耐酸腐蝕的能力。平均直徑小于20 nm的TiN納米粒子均勻地分布在MWCNTs的表面，然后將細(xì)胞色素c固定在MWCNTsTiN納米復(fù)合物上，用于修飾玻碳電極，構(gòu)建了亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器，線性檢測范圍為1～2000 mmol/L，檢測靈敏度為121.5 mA·mmol/（L·cm2），檢出限為0.0014 mmol/L。endprint

3.3 金屬有機(jī)骨架化合物

金屬有機(jī)骨架化合物（MOFs）是有機(jī)配體和無機(jī)金屬（或含金屬的簇）配位而形成的具有無限延伸均一結(jié)構(gòu)的有機(jī)無機(jī)雜化骨架材料，一般由含氧、氮等的多齒有機(jī)配體（大多是芳香多羧酸） 與過渡金屬離子自組裝而成。MOFs具有超高的孔隙率和極高的內(nèi)部比表面積，可以用作催化劑載體，使催化劑均勻分散在其上[70]。Kung等[34]用水熱法在氟摻雜氧化錫（FTO）導(dǎo)電基底表面生長鋯卟啉金屬有機(jī)骨架化合物（MOF525）薄層，該薄層在0.1 mol/L KCl溶液中對亞硝酸鹽氧化表現(xiàn)出電催化活性，可用于構(gòu)建亞硝酸鹽電流式傳感器。Kung等[35]進(jìn)一步通過水熱法在分散性良好的石墨烯納米帶（GNRs）懸浮液中生長MOF525，成功合成了由無數(shù)一維GNRs相互連接的MOF525納米晶體（圖4A），然后用簡單的滴涂方法將MOF525/GNR納米復(fù)合物沉積在ITO導(dǎo)電玻璃基底上，制得亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器。MOF525納米晶體作為高比表面積的亞硝酸鹽電催化劑，相互連接的GNRs作為加速電子傳輸?shù)膶?dǎo)電通道，該傳感器對亞硝酸鹽的檢測靈敏度為93.8 mA·mmol/（L·cm2），線性范圍為100～2500 mmol/L，檢出限為0.75 mmol/L。

以MOFs為模板，在其孔隙內(nèi)生成金屬納米粒子（MNPs），或在MOF層內(nèi)包覆MNPs，可制備MNPs/MOF復(fù)合物，這種復(fù)合物具有反應(yīng)時(shí)間短、可回收等優(yōu)點(diǎn)。MOFs可作為MNPs的保護(hù)劑，其孔結(jié)構(gòu)可以有效地防止MNPs的聚集和移動。用MNPs/MOF復(fù)合物構(gòu)建的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器檢測的線性范圍較寬。Yuan等[71]用水熱法合成三維CuMOF，并制備了CuMOF修飾的碳糊電極（CPE），研究結(jié)果表明，CuMOF對HAuCl4有強(qiáng)吸附能力，通過吸附和電化學(xué)還原可以很容易在MOF表面負(fù)載直徑約1 mm的Au微球，制得Au/CuMOF修飾的CPE（Au/CuMOF/CPE）。負(fù)載的Au微球可以加速電化學(xué)反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移速率，降低亞硝酸鹽的氧化電位（裸CPE：1.0 V； CuMOF/CPE：0.9 V； Au/CuMOF/CPE：0.8 V），檢測亞硝酸鹽的線性范圍為50.0 nmol/L～717.2 mmol/L，檢出限為30 nmol/L。Yang等[69]采用一種新的吸附/還原方法，在乙醇溶液中制得了AuPd合金納米粒子修飾的氨基功能化的Zr金屬有機(jī)骨架化合物（AuPd/UiO66NH2），高化合物具有大的特異性表面積，在水溶液中具有良好的穩(wěn)定性和分散性（圖4B），在合成過程中，UiO66NH2既作為載體，又作為保護(hù)劑，其孔結(jié)構(gòu)可以防止AuPd納米粒子的聚集和移動。將AuPd/UiO66NH2分散液滴凃在玻碳電極表面構(gòu)建亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器，可用于香腸和泡菜樣品中亞硝酸鹽的檢測，線性范圍為0.05～5666 mmol/L，檢出限為0.01 mmol/L。

3.4 導(dǎo)電聚合物

與傳統(tǒng)的聚合物相比，聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺及其衍生物等導(dǎo)電聚合物具有金屬和半導(dǎo)體的獨(dú)特性質(zhì)，引起了研究者的廣泛關(guān)注[72]。導(dǎo)電聚合物具有良好的光、電、電化學(xué)和機(jī)械性質(zhì)，被廣泛用于制作傳感器、生物發(fā)光設(shè)備、電致變色器件等[51]。聚（3，4乙烯二氧噻吩）（PEDOT）化學(xué)結(jié)構(gòu)有序，具有良好的生物相容性、高導(dǎo)電性、環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，是最具發(fā)展?jié)摿Φ膶?dǎo)電聚合物之一。Chen等[51]合成了具有高比表面積和多活性位點(diǎn)的摻雜多并苯半導(dǎo)體（PAS）的PEDOT納米復(fù)合物，對亞硝酸鹽氧化具有高催化活性，可用于高靈敏和高選擇性地電化學(xué)檢測自來水和香腸樣品中的亞硝酸鹽。在pH 7.4時(shí)，亞硝酸鹽在PEDOT/PAS修飾玻碳電極上的氧化峰位于0.8 V（vs. Ag/AgCl）處，常見離子不干擾測定。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，此電化學(xué)傳感器（圖5A）檢出限為98 nmol/L，線性范圍為0.3～6.6 mmol/L。Xu等[52]通過層層組裝技術(shù)將荷負(fù)電的羧基化纖維素納米晶體（CNCC）和荷正電的PDDA自組裝到玻碳電極的表面，構(gòu)建均勻的聚電解質(zhì)多層納米復(fù)合物，再在其表面電沉積PEDOT，制備亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器。通過透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電化學(xué)阻抗譜、循環(huán)伏安法和差分脈沖伏安法表征不同比例PEDOT和（CNCC/PDDA）制得的納米復(fù)合物修飾層，PEDOT/（CNCC/PDDA）4具有最低的電化學(xué)阻抗（電荷轉(zhuǎn)移電阻≈300 Ω），對亞硝酸鹽氧化表現(xiàn)出最高的電催化活性，制得的電流式亞硝酸鹽傳感器檢出限為57 nmol/L，線性范圍為0.20～1.73 mmol/L。

3.5 酶

亞硝酸鹽酶生物傳感器，由于酶的高特異性，檢測亞硝酸鹽時(shí)可以免除其它物質(zhì)的干擾，具有檢測時(shí)間短、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)報(bào)道的亞硝酸鹽酶生物傳感器，采用非特異性蛋白，如血紅蛋白[73]、細(xì)胞色素c[74]等，也有采用亞硝酸鹽選擇性還原酶[75，76]，將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氨。Madasamy等[28]將銅鋅超氧化物歧化酶（SOD）和硝酸鹽還原酶（NaR）固定在碳納米管（CNT）聚吡咯（PPy）納米復(fù)合物修飾的鉑電極上，構(gòu)建了雙酶生物傳感器，用于同時(shí)檢測人血漿、血液和唾液樣本中亞硝酸鹽和硝酸鹽離子。SOD電催化亞硝酸鹽氧化，在+0.8 V檢測電位下，檢測亞硝酸鹽的線性范圍為100 nmol/L～1 mmol/L， 檢出限為50 nmol/L，靈敏度為（98.5±1.7） nA·mmol/（L·cm2）。 Santharaman等[53]在GNPPPy納米復(fù)合物修飾的絲網(wǎng)印刷碳電極（SPCE）表面組裝生物功能化細(xì)胞色素c還原酶（CcR）自組裝單層（圖5B），CcR生物功能化電極在 0.45 V（vs. Ag/AgCl）處表現(xiàn)出準(zhǔn)可逆的氧化還原峰。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，該生物傳感器對亞硝酸鹽的線性檢測范圍為0.1～1600 mmol/L，檢出限為60 nmol/L，靈敏度為0.172 mA·mmol/（L·cm2）。另外，還用ARM微控制器設(shè)計(jì)和開發(fā)了一種新型、廉價(jià)的亞硝酸鹽便攜式電化學(xué)分析儀，用于檢測缺氧H9c2心肌細(xì)胞中的亞硝酸鹽離子濃度。endprint

4 總結(jié)和展望

本文綜述了近年來亞硝酸鹽納米復(fù)合材料電化學(xué)傳感器的研究進(jìn)展。通過制備具有高導(dǎo)電率、高比表面積、對亞硝酸鹽有高特異性催化活性的納米復(fù)合材料電極，將電極表面進(jìn)行合適的修飾，從而增加亞硝酸鹽的氧化反應(yīng)響應(yīng)信號，擴(kuò)寬檢測的動力學(xué)范圍，降低實(shí)際樣品中其它物質(zhì)的干擾，以能滿足環(huán)境和食品中亞硝酸鹽檢測的要求。

高效液相色譜法和熒光光譜法檢測亞硝酸鹽的檢出限一般可以達(dá)到nmol/L級，電化學(xué)法的檢出限卻大多在mmol/L級，且線性范圍窄、干擾因素多。研究者開發(fā)了具有特異性催化活性的亞硝酸鹽酶電化學(xué)傳感器，通過新型納米材料將酶活性中心與電極密切結(jié)合，易于直接電子傳遞，有效地提高檢測靈敏度，減少實(shí)際樣品檢測過程中其它物質(zhì)的干擾。但是，亞硝酸鹽酶電極中的酶容易變性失活，且酶的成本也較高。因此，研究者將具有高導(dǎo)電率、高比表面積、高催化活性的碳納米材料、金屬納米材料、金屬有機(jī)骨架化合物、導(dǎo)電聚合物、酶等進(jìn)行合適的組合制備納米復(fù)合材料，以納米材料為基底，通過負(fù)載活性物質(zhì)，更大程度地協(xié)同增加催化活性，所構(gòu)建的亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器，具有更好的傳感性能。

電化學(xué)法檢測亞硝酸鹽具有簡單、快速、靈敏、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，未來的研究中，應(yīng)進(jìn)一步探討電化學(xué)傳感器測定亞硝酸鹽的機(jī)理，選擇更適合的催化材料和修飾電極構(gòu)建亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器，達(dá)到更高的靈敏度和更好的選擇性； 另一方面，可結(jié)合ARM微控制器、絲網(wǎng)印刷等技術(shù)，構(gòu)建便攜式亞硝酸鹽電化學(xué)傳感器，以實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的原位在線檢測。

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Abstract Nitrite has been widely used in industrial and agricultural production， and is commonly found in food， drinking water， biology sample and environment. However， nitrite is a toxic inorganic pollutant that is very harmful to the health of human. A variety of strategies have been proposed for nitrite detection in recent years. Electrochemical approaches have gained more and more attention owing to simplicity， rapidity， sensitivity， low cost， etc. The research progresses of nanocomposite material sensor for electrochemical detection of nitrite based on carbon material， metal material， metal organic frameworks， and conducting polymer and enzyme in recent years are introduced from the perspective of composite electrode modification layer. The construction approaches and sensing performances of modified electrode are put special emphasis. At last， future trends of nitrite electrochemical sensor are also discussed.

Keywords Electrochemical sensor； Nitrite； Nanocomposite electrode； Review

（Received 28 September 2017； accepted 12 December 2017）

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China （No.21405147）.endprint