線性掃描伏安法測(cè)定腌菜中亞硝酸鹽含量

習(xí)霞，明亮

（南通大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 南通 226007）

亞硝酸鹽廣泛存在于水體、土壤以及蔬菜等食物中。在食品加工工業(yè)中，亞硝酸鹽常用作防腐劑與著色劑。但亞硝酸鹽對(duì)人體健康有害，人體過(guò)量攝入亞硝酸鹽會(huì)導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥等［1］，另外，亞硝酸鹽在體內(nèi)會(huì)與仲胺相互作用生成強(qiáng)致癌物N－亞硝基胺，進(jìn)而誘發(fā)胃癌、食道癌等消化系統(tǒng)癌變［2］。因此，研究食品中痕量亞硝酸鹽的測(cè)定具有極為重要的意義。腌菜品種繁多，風(fēng)味獨(dú)特，深受人們喜愛(ài)，但在腌制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定量的亞硝酸鹽，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2714－2003中明確規(guī)定醬腌菜中亞硝酸鹽含量（以NaNO2計(jì)）不得超過(guò)20mg/kg［3］。當(dāng)前，檢測(cè)食品中亞硝酸鹽含量的方法主要有離子色譜法、分光光度法、化學(xué)發(fā)光法以及電化學(xué)方法等［4－10］。本文利用具有特殊中空結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米管 （TiNTs）與優(yōu)異導(dǎo)電催化特性的納米金 （AuNPs），構(gòu)建了靈敏的雙納米材料復(fù)合修飾電極（TiNTs－AuNPs/GCE），采用線性掃描伏安法實(shí)現(xiàn)了對(duì)腌菜中痕量亞硝酸鹽的簡(jiǎn)便快速定量檢測(cè)，取得滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 材料與主要儀器

TiNTs按照文獻(xiàn)［11］水熱法制得；AuNPs（粒徑約5nm）按文獻(xiàn)［12］方法合成；0.5%Nafion溶液；NaNO2標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1.0×10－2mol/L，實(shí)驗(yàn)時(shí)按需逐級(jí)稀釋得不同濃度標(biāo)準(zhǔn)工作液；0.1mol/L磷酸鹽緩沖液（PBS，pH 6.0）；實(shí)驗(yàn)用水為超純水；其余試劑均為分析純；腌菜樣品購(gòu)自本地超市及農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)。

CHI660E型電化學(xué)工作站（美國(guó)CH Instruments公司）。三電極工作體系包括TiNTs－AuNPs/GCE工作電極、Ag/AgCl參比電極以及鉑絲對(duì)電極。

1.2 工作電極的制備

將GCE表面依次用金相砂紙與不同粒徑的Al2O3糊按尺寸由大到小仔細(xì)拋光至鏡面，然后置于無(wú)水乙醇及超純水中超聲清洗，晾干備用。將2mg TiNTs及100μL AuNPs溶膠加到2mL 0.5%Nafion溶液中超聲30min得均一分散液，取10μL此分散液滴加到上述已預(yù)處理好的GCE表面，紅外燈下烘干即可制得TiNTs－AuNPs/GCE工作電極。

1.3 樣品處理

將洗凈的腌菜樣品粉碎成勻漿，準(zhǔn)確稱取5g置于250mL燒杯中，加入12.5mL飽和硼砂溶液及約150mL 70℃左右的溫水，攪拌混勻，沸水浴中加熱15min后取出冷卻至室溫。提取液移至250mL容量瓶?jī)?nèi)，加入5mL亞鐵氰化鉀與5mL醋酸鋅溶液沉淀蛋白質(zhì)。加水定容，搖勻后靜置。上清液經(jīng)濾紙抽濾，棄去若干初濾液后，續(xù)濾液備用。

1.4 分析方法

上述工作電極先在空白底液中于0.10～1.10V電位區(qū)間循環(huán)伏安掃描至曲線穩(wěn)定。然后加入一定量NaNO2標(biāo)準(zhǔn)液，開(kāi)路攪拌富集3min，靜止30s后用線性掃描伏安法（LSV）進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量都在室溫下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)測(cè)定腌菜中的亞硝酸鹽含量時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)加入法。

2 結(jié)果與討論

2.1 工作電極的電化學(xué)阻抗表征

分別以裸GCE、TiNTs/GCE以及TiNTs－AuNPs/GCE為工作電極，以［Fe（CN）6］3－/4－為探針采用電化學(xué)阻抗來(lái)考察工作電極的電化學(xué)特性。

圖1 不同工作電極的電化學(xué)阻抗譜Fig.1Electrochemical impedance spectroscopies of different working electrodes

由圖1可知，曲線a為裸GCE的電化學(xué)交流阻抗曲線，當(dāng)其表面修飾上TiNTs時(shí)，曲線的半圓直徑明顯增大（曲線b），說(shuō)明當(dāng)半導(dǎo)體材料TiNTs修飾至電極表面時(shí)，因其電導(dǎo)率低，對(duì)電極表面的電荷轉(zhuǎn)移有阻礙作用。但是當(dāng)GCE表面修飾上TiNTs與AuNPs雙納米復(fù)合材料之后，其電化學(xué)阻抗譜近似一直線（曲線c），這表明TiNTs與AuNPs二者的協(xié)同作用不僅增加了修飾電極的比表面積，為電極反應(yīng)提供了更多的活性位點(diǎn)，而且提高了工作電極的導(dǎo)電性，加速了電極表面的電荷轉(zhuǎn)移速率，從而為接下來(lái)有效提高腌菜中的亞硝酸鹽含量測(cè)定時(shí)的靈敏度打下了基礎(chǔ)。

2.2 NO2－在工作電極上的電化學(xué)行為

8.0×10－6mol/L NO2－在TiNTs－AuNPs/GCE上的線性掃描伏安曲線見(jiàn)圖2。

圖2 TiNTs－AuNPs/GCE在0.1mol/L磷酸鹽緩沖液（pH 6.0）中的線性掃描伏安曲線Fig.2Linear sweep voltammograms of TiNTs－AuNPs/GCE in 0.1mol/L PBS buffer solution（pH 6.0）

由圖2可知，TiNTs－AuNPs/GCE在空白底液中未觀察到任何伏安響應(yīng)信號(hào)（曲線a），而當(dāng)加入8.0×10－6mol/L NO2－后，在0.10～1.10V的陽(yáng)極掃描過(guò)程中，于0.79V左右出現(xiàn)了一個(gè)窄而強(qiáng)的氧化峰（曲線b），而在相同條件下，NO2－在裸GCE或TiNTs/GCE上都只能觀察到微弱的響應(yīng)信號(hào)（圖未給出），這顯然歸因于前述TiNTs與AuNPs雙納米材料的協(xié)同作用，為NO2－的電極反應(yīng)提供了大量活性位點(diǎn)，同時(shí)電子傳遞效率提高明顯，故而測(cè)定靈敏度得到顯著提升。

2.3 分析介質(zhì)的選擇

運(yùn)用LSV考察了8.0×10－6mol/L NO2－在不同pH值的常見(jiàn)分析介質(zhì)如磷酸鹽緩沖液（pH 5.0～8.0）、NH4Cl－NH3·H2O 緩沖液（pH 8.0～10.0）、HAc－NaAc緩 沖 液 （pH 4.0～6.0）、B－R 緩 沖 液（pH 2.0～10.0）及 KCl等（濃度均為0.1mol/L）中的伏安行為。結(jié)果顯示NO2－在pH 6.0磷酸鹽緩沖液中的響應(yīng)信號(hào)峰形最好，峰電流最大。故本實(shí)驗(yàn)選用0.1mol/L磷酸鹽緩沖液（pH 6.0）作為最佳分析介質(zhì)。

2.4 修飾劑用量的選擇

工作電極表面修飾的修飾劑用量對(duì)NO2－的氧化峰電流影響比較明顯。當(dāng)修飾劑的用量由0逐漸增至10μL時(shí)，響應(yīng)信號(hào)增加明顯，用量繼續(xù)增加，信號(hào)變化變緩，但當(dāng)用量超過(guò)15μL時(shí)，因?yàn)殡姌O表面過(guò)厚的修飾膜會(huì)阻礙電子交換及傳質(zhì)過(guò)程，伏安響應(yīng)信號(hào)反而降低，故本實(shí)驗(yàn)取10μL修飾劑來(lái)制備工作電極。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線

在上述優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，采用LSV對(duì)一系列NO2－標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行測(cè)定。圖3中標(biāo)準(zhǔn)曲線顯示NO2－的氧化峰電流與濃度在3.0×10－7～2.0×10－4mol/L區(qū)間內(nèi)線性相關(guān)，線性回歸方程為：I（μA）＝1.62＋0.21C（μmol/L）（r＝0.9969），檢出限為1.0×10－7mol/L（S/N＝3），這表明該修飾電極對(duì)NO2－具有良好的安培響應(yīng)，可用于定量檢測(cè)。

圖3 不同濃度NO2－在TiNTs－AuNPs/GCE上的線性掃描伏安曲線Fig.3Linear sweep voltammograms of different concentration of NO2－ at TiNTs－AuNPs/GCE

2.6 電極重現(xiàn)性與穩(wěn)定性

該工作電極每次測(cè)定后都浸泡于空白底液中在相關(guān)電位區(qū)間內(nèi)反復(fù)循環(huán)伏安掃描以更新電極表面，恢復(fù)其活性。平行測(cè)定10次8.0×10－6mol/L NO2－溶液的RSD為3.4%，說(shuō)明此工作電極具有較好的重現(xiàn)性。

該工作電極每天測(cè)定1次，然后在空白底液中活化處理后室溫放置，2周后其測(cè)定信號(hào)僅下降約3.6%，說(shuō)明此工作電極穩(wěn)定性較好。

2.7 干擾試驗(yàn)

在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，考察了一些常見(jiàn)無(wú)機(jī)離子對(duì)8.0×10－6mol/L NO2－測(cè)定時(shí)的干擾。當(dāng)允許相對(duì)誤差＜±5%范圍內(nèi)，1000倍的 Na＋，Cu2＋，Ca2＋，K＋，Pb2＋，Cl－，500 倍 的 Fe3＋，Cd2＋，Zn2＋，Br－，100 倍 的Fe2＋，PO43－，SO42－等對(duì)測(cè)定幾乎無(wú)干擾，表明此工作電極抗干擾能力強(qiáng)。

2.8 樣品分析

從本地超市及農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)隨機(jī)購(gòu)買5份腌菜樣品，按前述1.3項(xiàng)樣品處理后用LSV進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)用國(guó)標(biāo)鹽酸萘乙二胺分光光度法進(jìn)行比對(duì)檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 腌菜中亞硝酸鹽含量的測(cè)定結(jié)果（n＝5）Table 1Analytical results of nitrite content in pickled vegetables（n＝5）

由表1可知，本法與國(guó)標(biāo)分光光度法的檢測(cè)結(jié)果接近，此外本實(shí)驗(yàn)測(cè)定的腌菜樣品中NO2－含量均未超標(biāo)。同時(shí)本法的可行性通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證，平均回收率在96.8%～104.3%之間。