電聚合中性紅修飾電極檢測(cè)食品中亞硝酸鹽

　　摘要：利用循環(huán)伏安法(CV)以中性紅為聚合物直接制備修飾電極，同時(shí)對(duì)亞硝酸鹽在中性紅修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為進(jìn)行研究.結(jié)果表明：亞硝酸根在中性紅修飾電極上的氧化峰電位與在玻碳電極上的氧化峰電位相比左移了164mV，這充分說(shuō)明了中性紅修飾電極對(duì)亞硝酸根的氧化具有很好的電催化性能.利用差分脈沖伏安法(DPV)研究了亞硝酸根的平均峰電流值與濃度之間的關(guān)系，檢出限可達(dá)5.18×10-7mol/L(信噪比為3)，回收率為94.3%~104.5%.該修飾電極不受外界雜質(zhì)干擾、制備方法簡(jiǎn)單、靈敏度高，在測(cè)定食品中的亞硝酸鹽含量時(shí)效果良好.

　　關(guān)鍵詞：中性紅,化學(xué)修飾電極,亞硝酸鹽

　　亞硝酸鹽作為食品添加劑的一種，應(yīng)用非常廣泛，在肉類(lèi)食品中主要起到抑菌、發(fā)色和抗氧化的作用[1].哺乳動(dòng)物體內(nèi)的亞硝酸鹽主要有3種來(lái)源，分別為硝酸鹽的還原、亞硝酸鹽氧化物的氧化和膳食攝入[2]，因此很難避免人體內(nèi)不含亞硝酸鹽.但是，強(qiáng)致癌物亞硝胺的一種重要前體物質(zhì)就是亞硝酸鹽[3]，并且亞硝酸鹽可以與血液結(jié)合，形成高鐵血紅蛋白，從而使血液?jiǎn)适�攜氧能力，對(duì)人體產(chǎn)生一定程度的危害，但是至今還未研究出一種食品添加劑可以完全代替它[4-5]，因此，對(duì)食物中亞硝酸鹽的含量的檢測(cè)就顯得尤為關(guān)鍵.當(dāng)前，測(cè)定亞硝酸鹽的方法主要有分光光度法[6]、毛細(xì)管電泳法、色譜分析法[7]、電化學(xué)分析法[8]等.

　　其中利用分光光度法檢測(cè)所需要的費(fèi)用低、選擇性好且具有較高的靈敏度，但是由于此方法所使用的試劑不穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)容易受到其他雜質(zhì)離子的干擾.毛細(xì)管電泳法具有效率高、分析速度快、所加樣品量少以及易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，但其制備能力差、靈敏度低.色譜分析法具有樣品用量少、分析速度快、靈敏度高、分離與測(cè)定一次完成等特點(diǎn)，但其儀器設(shè)備較為昂貴，因而不能廣泛應(yīng)用.

　　電化學(xué)分析法具有響應(yīng)速度快、儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、外界干擾小以及適合在線(xiàn)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，可以達(dá)到快速檢測(cè)的目的.因此，電化學(xué)方法在檢測(cè)食品中的微量元素方面應(yīng)用廣泛，如在檢測(cè)食品中農(nóng)藥殘留、重金屬等物質(zhì)含量時(shí)都達(dá)到了良好的效果.在檢測(cè)食品中的亞硝酸鹽含量時(shí)，馮珍鴿等[9]利用層接層法以磷鎢雜多酸鹽為聚合物直接制備了具有多層膜的電化學(xué)傳感器，并用來(lái)檢測(cè)腌制食物中的亞硝酸鹽的含量，結(jié)果顯示亞硝酸根的濃度為0.167nmol/L~3.23μmol/L時(shí)呈現(xiàn)出很好的線(xiàn)性關(guān)系.

　　Seif等[10]利用固體碳糊電極(SCPE)和固體炭黑糊狀電極(SCBPE)在安培模式下檢測(cè)亞硝酸鹽，其檢測(cè)限分別達(dá)到65nmol/L和5nmol/L.Siva等[11]以錫亞微粒為聚合物修飾玻碳電極作為工作電極來(lái)檢測(cè)亞硝酸鹽，線(xiàn)性范圍為5~1000μmol/L，檢測(cè)限低至0.5μmol/L.這些電化學(xué)方法在檢測(cè)亞硝酸鹽的含量時(shí)均表現(xiàn)出了明顯的作用，并且在檢測(cè)實(shí)際樣品時(shí)也達(dá)到了良好的效果.中性紅是一種常用的指示劑，可以用來(lái)測(cè)定很多物質(zhì).其結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)共軛體系，在酸性溶液中時(shí)，通過(guò)電聚合作用會(huì)在電極表面產(chǎn)生更大的共軛體系聚合物膜[12]，這種聚合物膜會(huì)對(duì)生物分子產(chǎn)生較強(qiáng)的電催化作用[13].

　　因此，中性紅修飾電極可顯著提高亞硝酸鹽的電催化氧化機(jī)能，在亞硝酸鹽含量的測(cè)定中作用顯著，同時(shí)，該修飾電極具有穩(wěn)定性強(qiáng)、制備方法簡(jiǎn)單、靈敏度高的特點(diǎn).本研究所用方法簡(jiǎn)單、節(jié)省時(shí)間、應(yīng)用范圍廣，可成功地測(cè)定食品中的亞硝酸鹽含量，更好地保障人們身體健康.

　　1材料與方法

　　1.1主要設(shè)備與儀器

　　CHI900D型電化學(xué)工作站(上海辰華儀器有限公司);KQ2200E型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);FA124型電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司);FE28型pH計(jì)(上海梅特勒-托利多儀器有限公司);TGL-20B型離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠(chǎng));三電極體系：玻碳工作電極(GCE)，Ag/AgCl參比電極和鉑絲對(duì)電極.

　　1.2材料與試劑

　　亞硝酸鈉(分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司);0.1mol/L磷酸鹽緩沖溶液(PBS);中性紅(分析純，上海邁瑞爾化學(xué)技術(shù)有限公司);試驗(yàn)所用其他試劑均為分析純，水為亞沸二次蒸餾水.

　　1.3試驗(yàn)方法

　　1.3.1中性紅修飾電極的制備

　　首先將玻碳電極在麓皮中打磨拋光，清除吸附在電極表面上的微粒雜質(zhì)，然后用二次蒸餾水將其表面沖洗干凈，待電極晾干后，將其置于濃度為0.1mol/L磷酸鹽緩沖溶液(pH=7.0)中，在電壓為1.8V的條件下活化400s，然后用二次蒸餾水將電極表面沖洗干凈并用吸水紙吸干;將處理后的玻碳電極置于濃度為5×10-4mol/L的中性紅磷酸鹽緩沖溶液中(0.1mol/L，pH=7.0)，于-1.2~-0.2V的電位區(qū)間內(nèi)，以0.1V/s的掃描速率，利用循環(huán)伏安法掃描20圈，完成中性紅在玻碳電極表面的修飾;將電極取出后用二次蒸餾水沖洗表面并用吸水紙吸干，即得到中性紅修飾電極.

　　1.3.2亞硝酸鹽的電化學(xué)檢測(cè)

　　在電解池中加入適量的亞硝酸鹽溶液或樣品處理液，用中性紅修飾玻碳電極組成的三電極體系對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)檢測(cè).

　　1.4數(shù)據(jù)處理

　　試驗(yàn)時(shí)均用CHI900D型電化學(xué)工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)化為txt格式后用OriginPro8軟件處理與分析.以各優(yōu)化條件與對(duì)應(yīng)峰電流的平均值作圖，通過(guò)分析所得到的數(shù)據(jù)圖，得出相應(yīng)的結(jié)論.

　　2結(jié)果與分析

　　2.1裸電極和修飾電極對(duì)亞硝酸鹽的電化學(xué)響應(yīng)

　　利用循環(huán)伏安法檢測(cè)在不同電極對(duì)亞硝酸根的響應(yīng)信號(hào)，結(jié)果為裸電極的響應(yīng)曲線(xiàn)，峰電流為1.02mA.曲線(xiàn)b為未經(jīng)活化而直接聚合的中性紅修飾電極的響應(yīng)曲線(xiàn)，峰電流為1.13mA.曲線(xiàn)c為活化裸電極的響應(yīng)曲線(xiàn)，峰電流為1.32mA.曲線(xiàn)d為經(jīng)過(guò)活化后聚合中性紅電極的響應(yīng)曲線(xiàn)，峰電流為1.50mA.

　　對(duì)比曲線(xiàn)a、c或b、d可知，亞硝酸根的氧化峰電流明顯增加.這是由于玻碳電極在酸性條件下經(jīng)過(guò)電化學(xué)陽(yáng)極化處理后，電極的表面含氧量比重和背景電流都會(huì)明顯地變大，劇烈的侵蝕作用可以快速地去除石墨化微晶結(jié)構(gòu)表面的剩余的碳氧化合物，從而可以形成很大的孔穴[14]，也就能夠吸附較多官能團(tuán)，使得峰電流增大.

　　對(duì)比曲線(xiàn)a和d可知，亞硝酸根在中性紅修飾電極的氧化峰電位與在玻碳電極上的氧化電位相比左移了164mV，這表明中性紅對(duì)亞硝酸根具有較強(qiáng)的電催化氧化活性，并可以顯著提高對(duì)亞硝酸根的檢測(cè)性能.因此，本試驗(yàn)所用的中性紅修飾電極均為在0.1mol/L、pH=7.0的磷酸鹽緩沖溶液中活化后、在5×10-4mol/L的中性紅溶液(0.1mol/L、pH=7.0)中進(jìn)行聚合.

　　2.2掃描速率的影響

　　利用循環(huán)伏安法檢測(cè)在不同掃描速率條件下修飾電極的電化學(xué)行為，掃描速率在10~500mV/s范圍內(nèi)，隨著掃描速率的增大，氧化峰電位右移，峰電流也增大，且峰電流與掃描速率的平方根呈線(xiàn)性關(guān)系，線(xiàn)性回歸方程為ip=281.91+2336.9v1/2(V1/2·s-1)(r=0.9931).這表明亞硝酸根在聚合物膜表面產(chǎn)生的作用是擴(kuò)散控制進(jìn)程[21].

　　2.3pH的影響

　　裸玻碳電極經(jīng)活化、聚合中性紅后，利用循環(huán)伏安法研究在不同pH值的PBS中，中性紅修飾電極對(duì)亞硝酸鹽測(cè)定的影響，其中亞硝酸鹽溶液的濃度均為50mmol/L.在pH=4.0時(shí)，亞硝酸根的氧化峰電流最大，因此本試驗(yàn)均選用0.1mol/L的pH=4.0的磷酸鹽緩沖溶液作為底液.

　　2.4修飾電極在不同濃度的亞硝酸鹽中的測(cè)定

　　在本試驗(yàn)的最優(yōu)pH值條件下，裸GCE經(jīng)過(guò)活化、聚合中性紅后，利用差分脈沖伏安法(DPV)研究在不同濃度的亞硝酸鈉溶液中亞硝酸根的電化學(xué)行為，隨著亞硝酸根濃度的不斷增大，亞硝酸根的氧化峰電流也不斷增長(zhǎng)，且在20~80mmol/L時(shí)，亞硝酸根的氧化峰電流與濃度呈線(xiàn)性關(guān)系，線(xiàn)性回歸方程為ip=112.99+2.3946c(mmol/L)(r=0.9924).并且檢出限達(dá)到了5.18×10-7mol/L/(信噪比為3).

　　2.5實(shí)際樣品的檢測(cè)

　　硝酸鹽和亞硝酸鹽普遍存在于劣變的水果蔬菜、腌制食品中，因此，本試驗(yàn)選用不新鮮的草莓、泡菜作為樣品.稱(chēng)取樣品25g，將樣品搗碎并用去離子水將其定容至100mL容量瓶中備用.因?yàn)樵谒嵝匀芤褐�，抗壞血酸�?huì)對(duì)亞硝酸鹽表現(xiàn)出明顯的清除作用[22]，從而會(huì)影響對(duì)亞硝酸鹽的含量的測(cè)定.

　　因此，將樣品液置于80℃熱水中水浴2h，以破壞抗壞血酸的作用，然后用離心機(jī)2000r/min離心15min，棄去沉淀，取上清液并用磷酸鹽緩沖溶液將其pH調(diào)至本試驗(yàn)的最佳pH值，作為樣品液進(jìn)行測(cè)定.同時(shí)在樣品液中添加已知濃度的亞硝酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，對(duì)樣品液進(jìn)行加標(biāo)回收處理以此來(lái)驗(yàn)證該方法的可行性，并測(cè)定其回收率，利用中性紅修飾電極測(cè)定不新鮮草莓和泡菜中的亞硝酸鹽含量，測(cè)定結(jié)果分別為2.75μmol/L和3.02μmol/L，回收率為94.3%~104.5%.

　　由此可知，劣變的水果中亞硝酸鹽的含量較泡菜高，這是由于不新鮮水果表面含有大量的細(xì)菌，而植物生長(zhǎng)所用的氮肥會(huì)以硝酸鹽形式蓄積在水果中，因此在細(xì)菌的還原作用下，硝酸鹽會(huì)被還原為亞硝酸鹽.根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB2762—2017)，腌制蔬菜中亞硝酸鹽的含量不得超過(guò)20mg/kg[15]，可知，雖然樣品中亞硝酸鹽含量未超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但含量很高，蓄積在體內(nèi)對(duì)人體產(chǎn)生的危害極大.因此，對(duì)于不新鮮水果/泡菜等亞硝酸鹽含量較高的食物應(yīng)該盡量降低其食用量.

　　3小結(jié)

　　本試驗(yàn)利用中性紅制備修飾電極，中性紅在經(jīng)過(guò)陽(yáng)極化處理的玻碳電極表面能發(fā)生很好的聚合作用.中性紅修飾電極具有制備方法簡(jiǎn)便、選擇性好及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，中性紅修飾電極對(duì)亞硝酸鹽的氧化表現(xiàn)出良好的電催化性能.并且采用電化學(xué)方法對(duì)亞硝酸鹽的含量進(jìn)行測(cè)定，該修飾電極的檢出限可達(dá)到5.18×10-7mol/L，在檢測(cè)果蔬/食品中的亞硝酸鹽含量時(shí)也達(dá)到了良好的效果.

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