线性扫描伏安法测定腌菜中亚硝酸盐含量

习霞，明亮

（南通大学 化学化工学院，江苏 南通 226007）

亚硝酸盐广泛存在于水体、土壤以及蔬菜等食物中。在食品加工工业中，亚硝酸盐常用作防腐剂与着色剂。但亚硝酸盐对人体健康有害，人体过量摄入亚硝酸盐会导致高铁血红蛋白症等［1］，另外，亚硝酸盐在体内会与仲胺相互作用生成强致癌物N－亚硝基胺，进而诱发胃癌、食道癌等消化系统癌变［2］。因此，研究食品中痕量亚硝酸盐的测定具有极为重要的意义。腌菜品种繁多，风味独特，深受人们喜爱，但在腌制过程中会产生一定量的亚硝酸盐，国家标准GB 2714－2003中明确规定酱腌菜中亚硝酸盐含量（以NaNO2计）不得超过20mg/kg［3］。当前，检测食品中亚硝酸盐含量的方法主要有离子色谱法、分光光度法、化学发光法以及电化学方法等［4－10］。本文利用具有特殊中空结构的二氧化钛纳米管 （TiNTs）与优异导电催化特性的纳米金 （AuNPs），构建了灵敏的双纳米材料复合修饰电极（TiNTs－AuNPs/GCE），采用线性扫描伏安法实现了对腌菜中痕量亚硝酸盐的简便快速定量检测，取得满意的实验结果。

1 材料与方法

1.1 材料与主要仪器

TiNTs按照文献［11］水热法制得；AuNPs（粒径约5nm）按文献［12］方法合成；0.5%Nafion溶液；NaNO2标准储备液：1.0×10－2mol/L，实验时按需逐级稀释得不同浓度标准工作液；0.1mol/L磷酸盐缓冲液（PBS，pH 6.0）；实验用水为超纯水；其余试剂均为分析纯；腌菜样品购自本地超市及农贸市场。

CHI660E型电化学工作站（美国CH Instruments公司）。三电极工作体系包括TiNTs－AuNPs/GCE工作电极、Ag/AgCl参比电极以及铂丝对电极。

1.2 工作电极的制备

将GCE表面依次用金相砂纸与不同粒径的Al2O3糊按尺寸由大到小仔细抛光至镜面，然后置于无水乙醇及超纯水中超声清洗，晾干备用。将2mg TiNTs及100μL AuNPs溶胶加到2mL 0.5%Nafion溶液中超声30min得均一分散液，取10μL此分散液滴加到上述已预处理好的GCE表面，红外灯下烘干即可制得TiNTs－AuNPs/GCE工作电极。

1.3 样品处理

将洗净的腌菜样品粉碎成匀浆，准确称取5g置于250mL烧杯中，加入12.5mL饱和硼砂溶液及约150mL 70℃左右的温水，搅拌混匀，沸水浴中加热15min后取出冷却至室温。提取液移至250mL容量瓶内，加入5mL亚铁氰化钾与5mL醋酸锌溶液沉淀蛋白质。加水定容，摇匀后静置。上清液经滤纸抽滤，弃去若干初滤液后，续滤液备用。

1.4 分析方法

上述工作电极先在空白底液中于0.10～1.10V电位区间循环伏安扫描至曲线稳定。然后加入一定量NaNO2标准液，开路搅拌富集3min，静止30s后用线性扫描伏安法（LSV）进行测量。测量都在室温下进行，实验测定腌菜中的亚硝酸盐含量时采用标准加入法。

2 结果与讨论

2.1 工作电极的电化学阻抗表征

分别以裸GCE、TiNTs/GCE以及TiNTs－AuNPs/GCE为工作电极，以［Fe（CN）6］3－/4－为探针采用电化学阻抗来考察工作电极的电化学特性。

图1 不同工作电极的电化学阻抗谱Fig.1Electrochemical impedance spectroscopies of different working electrodes

由图1可知，曲线a为裸GCE的电化学交流阻抗曲线，当其表面修饰上TiNTs时，曲线的半圆直径明显增大（曲线b），说明当半导体材料TiNTs修饰至电极表面时，因其电导率低，对电极表面的电荷转移有阻碍作用。但是当GCE表面修饰上TiNTs与AuNPs双纳米复合材料之后，其电化学阻抗谱近似一直线（曲线c），这表明TiNTs与AuNPs二者的协同作用不仅增加了修饰电极的比表面积，为电极反应提供了更多的活性位点，而且提高了工作电极的导电性，加速了电极表面的电荷转移速率，从而为接下来有效提高腌菜中的亚硝酸盐含量测定时的灵敏度打下了基础。

2.2 NO2－在工作电极上的电化学行为

8.0×10－6mol/L NO2－在TiNTs－AuNPs/GCE上的线性扫描伏安曲线见图2。

图2 TiNTs－AuNPs/GCE在0.1mol/L磷酸盐缓冲液（pH 6.0）中的线性扫描伏安曲线Fig.2Linear sweep voltammograms of TiNTs－AuNPs/GCE in 0.1mol/L PBS buffer solution（pH 6.0）

由图2可知，TiNTs－AuNPs/GCE在空白底液中未观察到任何伏安响应信号（曲线a），而当加入8.0×10－6mol/L NO2－后，在0.10～1.10V的阳极扫描过程中，于0.79V左右出现了一个窄而强的氧化峰（曲线b），而在相同条件下，NO2－在裸GCE或TiNTs/GCE上都只能观察到微弱的响应信号（图未给出），这显然归因于前述TiNTs与AuNPs双纳米材料的协同作用，为NO2－的电极反应提供了大量活性位点，同时电子传递效率提高明显，故而测定灵敏度得到显著提升。

2.3 分析介质的选择

运用LSV考察了8.0×10－6mol/L NO2－在不同pH值的常见分析介质如磷酸盐缓冲液（pH 5.0～8.0）、NH4Cl－NH3·H2O 缓冲液（pH 8.0～10.0）、HAc－NaAc缓 冲 液 （pH 4.0～6.0）、B－R 缓 冲 液（pH 2.0～10.0）及 KCl等（浓度均为0.1mol/L）中的伏安行为。结果显示NO2－在pH 6.0磷酸盐缓冲液中的响应信号峰形最好，峰电流最大。故本实验选用0.1mol/L磷酸盐缓冲液（pH 6.0）作为最佳分析介质。

2.4 修饰剂用量的选择

工作电极表面修饰的修饰剂用量对NO2－的氧化峰电流影响比较明显。当修饰剂的用量由0逐渐增至10μL时，响应信号增加明显，用量继续增加，信号变化变缓，但当用量超过15μL时，因为电极表面过厚的修饰膜会阻碍电子交换及传质过程，伏安响应信号反而降低，故本实验取10μL修饰剂来制备工作电极。

2.5 标准曲线

在上述优化实验条件下，采用LSV对一系列NO2－标准液进行测定。图3中标准曲线显示NO2－的氧化峰电流与浓度在3.0×10－7～2.0×10－4mol/L区间内线性相关，线性回归方程为：I（μA）＝1.62＋0.21C（μmol/L）（r＝0.9969），检出限为1.0×10－7mol/L（S/N＝3），这表明该修饰电极对NO2－具有良好的安培响应，可用于定量检测。

图3 不同浓度NO2－在TiNTs－AuNPs/GCE上的线性扫描伏安曲线Fig.3Linear sweep voltammograms of different concentration of NO2－ at TiNTs－AuNPs/GCE

2.6 电极重现性与稳定性

该工作电极每次测定后都浸泡于空白底液中在相关电位区间内反复循环伏安扫描以更新电极表面，恢复其活性。平行测定10次8.0×10－6mol/L NO2－溶液的RSD为3.4%，说明此工作电极具有较好的重现性。

该工作电极每天测定1次，然后在空白底液中活化处理后室温放置，2周后其测定信号仅下降约3.6%，说明此工作电极稳定性较好。

2.7 干扰试验

在优化实验条件下，考察了一些常见无机离子对8.0×10－6mol/L NO2－测定时的干扰。当允许相对误差＜±5%范围内，1000倍的 Na＋，Cu2＋，Ca2＋，K＋，Pb2＋，Cl－，500 倍 的 Fe3＋，Cd2＋，Zn2＋，Br－，100 倍 的Fe2＋，PO43－，SO42－等对测定几乎无干扰，表明此工作电极抗干扰能力强。

2.8 样品分析

从本地超市及农贸市场随机购买5份腌菜样品，按前述1.3项样品处理后用LSV进行检测，同时用国标盐酸萘乙二胺分光光度法进行比对检测，结果见表1。

表1 腌菜中亚硝酸盐含量的测定结果（n＝5）Table 1Analytical results of nitrite content in pickled vegetables（n＝5）

由表1可知，本法与国标分光光度法的检测结果接近，此外本实验测定的腌菜样品中NO2－含量均未超标。同时本法的可行性通过标准加入法进行加标回收试验来进一步验证，平均回收率在96.8%～104.3%之间。