電聚合中性紅修飾電極檢測食品中亞硝酸鹽

　　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，同時對亞硝酸鹽在中性紅修飾玻碳電極上的電化學(xué)行為進行研究.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，這充分說明了中性紅修飾電極對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、制備方法簡單、靈敏度高，在測定食品中的亞硝酸鹽含量時效果良好.

　　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，在肉類食品中主要起到抑菌、發(fā)色和抗氧化的作用[1].哺乳動物體內(nèi)的亞硝酸鹽主要有3種來源，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，從而使血液喪失攜氧能力，對人體產(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，對食物中亞硝酸鹽的含量的檢測就顯得尤為關(guān)鍵.當(dāng)前，測定亞硝酸鹽的方法主要有分光光度法[6]、毛細管電泳法、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所需要的費用低、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，實驗容易受到其他雜質(zhì)離子的干擾.毛細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化等優(yōu)點，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、分離與測定一次完成等特點，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)備簡單、外界干擾小以及適合在線檢測等優(yōu)點，可以達到快速檢測的目的.因此，電化學(xué)方法在檢測食品中的微量元素方面應(yīng)用廣泛，如在檢測食品中農(nóng)藥殘留、重金屬等物質(zhì)含量時都達到了良好的效果.在檢測食品中的亞硝酸鹽含量時，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，并用來檢測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時呈現(xiàn)出很好的線性關(guān)系.

　　Seif等[10]利用固體碳糊電極(SCPE)和固體炭黑糊狀電極(SCBPE)在安培模式下檢測亞硝酸鹽，其檢測限分別達到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檢測亞硝酸鹽，線性范圍為5~1000μmol/L，檢測限低至0.5μmol/L.這些電化學(xué)方法在檢測亞硝酸鹽的含量時均表現(xiàn)出了明顯的作用，并且在檢測實際樣品時也達到了良好的效果.中性紅是一種常用的指示劑，可以用來測定很多物質(zhì).其結(jié)構(gòu)中含有一個共軛體系，在酸性溶液中時，通過電聚合作用會在電極表面產(chǎn)生更大的共軛體系聚合物膜[12]，這種聚合物膜會對生物分子產(chǎn)生較強的電催化作用[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能，在亞硝酸鹽含量的測定中作用顯著，同時，該修飾電極具有穩(wěn)定性強、制備方法簡單、靈敏度高的特點.本研究所用方法簡單、節(jié)省時間、應(yīng)用范圍廣，可成功地測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(上海梅特勒-托利多儀器有限公司);TGL-20B型離心機(上海安亭科學(xué)儀器廠);三電極體系：玻碳工作電極(GCE)，Ag/AgCl參比電極和鉑絲對電極.

　　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);試驗所用其他試劑均為分析純，水為亞沸二次蒸餾水.

　　1.3試驗方法

　　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

　　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其進行電化學(xué)檢測.

　　1.4數(shù)據(jù)處理

　　試驗時均用CHI900D型電化學(xué)工作站進行數(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)化條件與對應(yīng)峰電流的平均值作圖，通過分析所得到的數(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亞硝酸鹽的電化學(xué)響應(yīng)

　　利用循環(huán)伏安法檢測在不同電極對亞硝酸根的響應(yīng)信號，結(jié)果為裸電極的響應(yīng)曲線，峰電流為1.02mA.曲線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，峰電流為1.13mA.曲線c為活化裸電極的響應(yīng)曲線，峰電流為1.32mA.曲線d為經(jīng)過活化后聚合中性紅電極的響應(yīng)曲線，峰電流為1.50mA.

　　對比曲線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)過電化學(xué)陽極化處理后，電極的表面含氧量比重和背景電流都會明顯地變大，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，使得峰電流增大.

　　對比曲線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，這表明中性紅對亞硝酸根具有較強的電催化氧化活性，并可以顯著提高對亞硝酸根的檢測性能.因此，本試驗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)中進行聚合.

　　2.2掃描速率的影響

　　利用循環(huán)伏安法檢測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性關(guān)系，線性回歸方程為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)生的作用是擴散控制進程[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，中性紅修飾電極對亞硝酸鹽測定的影響，其中亞硝酸鹽溶液的濃度均為50mmol/L.在pH=4.0時，亞硝酸根的氧化峰電流最大，因此本試驗均選用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定

　　在本試驗的最優(yōu)pH值條件下，裸GCE經(jīng)過活化、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，且在20~80mmol/L時，亞硝酸根的氧化峰電流與濃度呈線性關(guān)系，線性回歸方程為ip=112.99+2.3946c(mmol/L)(r=0.9924).并且檢出限達到了5.18×10-7mol/L/(信噪比為3).

　　2.5實際樣品的檢測

　　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，本試驗選用不新鮮的草莓、泡菜作為樣品.稱取樣品25g，將樣品搗碎并用去離子水將其定容至100mL容量瓶中備用.因為在酸性溶液中，抗壞血酸會對亞硝酸鹽表現(xiàn)出明顯的清除作用[22]，從而會影響對亞硝酸鹽的含量的測定.

　　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)至本試驗的最佳pH值，作為樣品液進行測定.同時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，對樣品液進行加標(biāo)回收處理以此來驗證該方法的可行性，并測定其回收率，利用中性紅修飾電極測定不新鮮草莓和泡菜中的亞硝酸鹽含量，測定結(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菌，而植物生長所用的氮肥會以硝酸鹽形式蓄積在水果中，因此在細菌的還原作用下，硝酸鹽會被還原為亞硝酸鹽.根據(jù)《食品安全國家標(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20mg/kg[15]，可知，雖然樣品中亞硝酸鹽含量未超過國家標(biāo)準(zhǔn)，但含量很高，蓄積在體內(nèi)對人體產(chǎn)生的危害極大.因此，對于不新鮮水果/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)

　　本試驗利用中性紅制備修飾電極，中性紅在經(jīng)過陽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便、選擇性好及性能穩(wěn)定等優(yōu)點，同時，中性紅修飾電極對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)方法對亞硝酸鹽的含量進行測定，該修飾電極的檢出限可達到5.18×10-7mol/L，在檢測果蔬/食品中的亞硝酸鹽含量時也達到了良好的效果.

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　　醫(yī)學(xué)方向刊物推薦：《職業(yè)與健康》(半月刊)創(chuàng)刊于1985年，是中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會和天津市疾病預(yù)防控制中心(含天津市勞動衛(wèi)生職業(yè)病研究所)主辦,由中華全國總工會和國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局安全科學(xué)技術(shù)研究中心、蘇州方疾病預(yù)防控制中心及天津市永久醫(yī)院協(xié)辦，是國內(nèi)外公開發(fā)行的國家級預(yù)防醫(yī)學(xué)綜合性大型醫(yī)學(xué)科技期刊。

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