电聚合中性红修饰电极检测食品中亚硝酸盐

　　摘要：利用循环伏安法(CV)以中性红为聚合物直接制备修饰电极，同时对亚硝酸盐在中性红修饰玻碳电极上的电化学行为进行研究.结果表明：亚硝酸根在中性红修饰电极上的氧化峰电位与在玻碳电极上的氧化峰电位相比左移了164mV，这充分说明了中性红修饰电极对亚硝酸根的氧化具有很好的电催化性能.利用差分脉冲伏安法(DPV)研究了亚硝酸根的平均峰电流值与浓度之间的关系，检出限可达5.18×10-7mol/L(信噪比为3)，回收率为94.3%~104.5%.该修饰电极不受外界杂质干扰、制备方法简单、灵敏度高，在测定食品中的亚硝酸盐含量时效果良好.

　　关键词：中性红,化学修饰电极,亚硝酸盐

　　亚硝酸盐作为食品添加剂的一种，应用非常广泛，在肉类食品中主要起到抑菌、发色和抗氧化的作用[1].哺乳动物体内的亚硝酸盐主要有3种来源，分别为硝酸盐的还原、亚硝酸盐氧化物的氧化和膳食摄入[2]，因此很难避免人体内不含亚硝酸盐.但是，强致癌物亚硝胺的一种重要前体物质就是亚硝酸盐[3]，并且亚硝酸盐可以与血液结合，形成高铁血红蛋白，从而使血液丧失携氧能力，对人体产生一定程度的危害，但是至今还未研究出一种食品添加剂可以完全代替它[4-5]，因此，对食物中亚硝酸盐的含量的检测就显得尤为关键.当前，测定亚硝酸盐的方法主要有分光光度法[6]、毛细管电泳法、色谱分析法[7]、电化学分析法[8]等.

　　其中利用分光光度法检测所需要的费用低、选择性好且具有较高的灵敏度，但是由于此方法所使用的试剂不稳定，实验容易受到其他杂质离子的干扰.毛细管电泳法具有效率高、分析速度快、所加样品量少以及易于自动化等优点，但其制备能力差、灵敏度低.色谱分析法具有样品用量少、分析速度快、灵敏度高、分离与测定一次完成等特点，但其仪器设备较为昂贵，因而不能广泛应用.

　　电化学分析法具有响应速度快、仪器设备简单、外界干扰小以及适合在线检测等优点，可以达到快速检测的目的.因此，电化学方法在检测食品中的微量元素方面应用广泛，如在检测食品中农药残留、重金属等物质含量时都达到了良好的效果.在检测食品中的亚硝酸盐含量时，冯珍鸽等[9]利用层接层法以磷钨杂多酸盐为聚合物直接制备了具有多层膜的电化学传感器，并用来检测腌制食物中的亚硝酸盐的含量，结果显示亚硝酸根的浓度为0.167nmol/L~3.23μmol/L时呈现出很好的线性关系.

　　Seif等[10]利用固体碳糊电极(SCPE)和固体炭黑糊状电极(SCBPE)在安培模式下检测亚硝酸盐，其检测限分别达到65nmol/L和5nmol/L.Siva等[11]以锡亚微粒为聚合物修饰玻碳电极作为工作电极来检测亚硝酸盐，线性范围为5~1000μmol/L，检测限低至0.5μmol/L.这些电化学方法在检测亚硝酸盐的含量时均表现出了明显的作用，并且在检测实际样品时也达到了良好的效果.中性红是一种常用的指示剂，可以用来测定很多物质.其结构中含有一个共轭体系，在酸性溶液中时，通过电聚合作用会在电极表面产生更大的共轭体系聚合物膜[12]，这种聚合物膜会对生物分子产生较强的电催化作用[13].

　　因此，中性红修饰电极可显著提高亚硝酸盐的电催化氧化机能，在亚硝酸盐含量的测定中作用显著，同时，该修饰电极具有稳定性强、制备方法简单、灵敏度高的特点.本研究所用方法简单、节省时间、应用范围广，可成功地测定食品中的亚硝酸盐含量，更好地保障人们身体健康.

　　1材料与方法

　　1.1主要设备与仪器

　　CHI900D型电化学工作站(上海辰华仪器有限公司);KQ2200E型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司);FA124型电子天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司);FE28型pH计(上海梅特勒-托利多仪器有限公司);TGL-20B型离心机(上海安亭科学仪器厂);三电极体系：玻碳工作电极(GCE)，Ag/AgCl参比电极和铂丝对电极.

　　1.2材料与试剂

　　亚硝酸钠(分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司);0.1mol/L磷酸盐缓冲溶液(PBS);中性红(分析纯，上海迈瑞尔化学技术有限公司);试验所用其他试剂均为分析纯，水为亚沸二次蒸馏水.

　　1.3试验方法

　　1.3.1中性红修饰电极的制备

　　首先将玻碳电极在麓皮中打磨抛光，清除吸附在电极表面上的微粒杂质，然后用二次蒸馏水将其表面冲洗干净，待电极晾干后，将其置于浓度为0.1mol/L磷酸盐缓冲溶液(pH=7.0)中，在电压为1.8V的条件下活化400s，然后用二次蒸馏水将电极表面冲洗干净并用吸水纸吸干;将处理后的玻碳电极置于浓度为5×10-4mol/L的中性红磷酸盐缓冲溶液中(0.1mol/L，pH=7.0)，于-1.2~-0.2V的电位区间内，以0.1V/s的扫描速率，利用循环伏安法扫描20圈，完成中性红在玻碳电极表面的修饰;将电极取出后用二次蒸馏水冲洗表面并用吸水纸吸干，即得到中性红修饰电极.

　　1.3.2亚硝酸盐的电化学检测

　　在电解池中加入适量的亚硝酸盐溶液或样品处理液，用中性红修饰玻碳电极组成的三电极体系对其进行电化学检测.

　　1.4数据处理

　　试验时均用CHI900D型电化学工作站进行数据采集，转化为txt格式后用OriginPro8软件处理与分析.以各优化条件与对应峰电流的平均值作图，通过分析所得到的数据图，得出相应的结论.

　　2结果与分析

　　2.1裸电极和修饰电极对亚硝酸盐的电化学响应

　　利用循环伏安法检测在不同电极对亚硝酸根的响应信号，结果为裸电极的响应曲线，峰电流为1.02mA.曲线b为未经活化而直接聚合的中性红修饰电极的响应曲线，峰电流为1.13mA.曲线c为活化裸电极的响应曲线，峰电流为1.32mA.曲线d为经过活化后聚合中性红电极的响应曲线，峰电流为1.50mA.

　　对比曲线a、c或b、d可知，亚硝酸根的氧化峰电流明显增加.这是由于玻碳电极在酸性条件下经过电化学阳极化处理后，电极的表面含氧量比重和背景电流都会明显地变大，剧烈的侵蚀作用可以快速地去除石墨化微晶结构表面的剩余的碳氧化合物，从而可以形成很大的孔穴[14]，也就能够吸附较多官能团，使得峰电流增大.

　　对比曲线a和d可知，亚硝酸根在中性红修饰电极的氧化峰电位与在玻碳电极上的氧化电位相比左移了164mV，这表明中性红对亚硝酸根具有较强的电催化氧化活性，并可以显著提高对亚硝酸根的检测性能.因此，本试验所用的中性红修饰电极均为在0.1mol/L、pH=7.0的磷酸盐缓冲溶液中活化后、在5×10-4mol/L的中性红溶液(0.1mol/L、pH=7.0)中进行聚合.

　　2.2扫描速率的影响

　　利用循环伏安法检测在不同扫描速率条件下修饰电极的电化学行为，扫描速率在10~500mV/s范围内，随着扫描速率的增大，氧化峰电位右移，峰电流也增大，且峰电流与扫描速率的平方根呈线性关系，线性回归方程为ip=281.91+2336.9v1/2(V1/2·s-1)(r=0.9931).这表明亚硝酸根在聚合物膜表面产生的作用是扩散控制进程[21].

　　2.3pH的影响

　　裸玻碳电极经活化、聚合中性红后，利用循环伏安法研究在不同pH值的PBS中，中性红修饰电极对亚硝酸盐测定的影响，其中亚硝酸盐溶液的浓度均为50mmol/L.在pH=4.0时，亚硝酸根的氧化峰电流最大，因此本试验均选用0.1mol/L的pH=4.0的磷酸盐缓冲溶液作为底液.

　　2.4修饰电极在不同浓度的亚硝酸盐中的测定

　　在本试验的最优pH值条件下，裸GCE经过活化、聚合中性红后，利用差分脉冲伏安法(DPV)研究在不同浓度的亚硝酸钠溶液中亚硝酸根的电化学行为，随着亚硝酸根浓度的不断增大，亚硝酸根的氧化峰电流也不断增长，且在20~80mmol/L时，亚硝酸根的氧化峰电流与浓度呈线性关系，线性回归方程为ip=112.99+2.3946c(mmol/L)(r=0.9924).并且检出限达到了5.18×10-7mol/L/(信噪比为3).

　　2.5实际样品的检测

　　硝酸盐和亚硝酸盐普遍存在于劣变的水果蔬菜、腌制食品中，因此，本试验选用不新鲜的草莓、泡菜作为样品.称取样品25g，将样品捣碎并用去离子水将其定容至100mL容量瓶中备用.因为在酸性溶液中，抗坏血酸会对亚硝酸盐表现出明显的清除作用[22]，从而会影响对亚硝酸盐的含量的测定.

　　因此，将样品液置于80℃热水中水浴2h，以破坏抗坏血酸的作用，然后用离心机2000r/min离心15min，弃去沉淀，取上清液并用磷酸盐缓冲溶液将其pH调至本试验的最佳pH值，作为样品液进行测定.同时在样品液中添加已知浓度的亚硝酸钠标准溶液，采用标准加入法，对样品液进行加标回收处理以此来验证该方法的可行性，并测定其回收率，利用中性红修饰电极测定不新鲜草莓和泡菜中的亚硝酸盐含量，测定结果分别为2.75μmol/L和3.02μmol/L，回收率为94.3%~104.5%.

　　由此可知，劣变的水果中亚硝酸盐的含量较泡菜高，这是由于不新鲜水果表面含有大量的细菌，而植物生长所用的氮肥会以硝酸盐形式蓄积在水果中，因此在细菌的还原作用下，硝酸盐会被还原为亚硝酸盐.根据《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762—2017)，腌制蔬菜中亚硝酸盐的含量不得超过20mg/kg[15]，可知，虽然样品中亚硝酸盐含量未超过国家标准，但含量很高，蓄积在体内对人体产生的危害极大.因此，对于不新鲜水果/泡菜等亚硝酸盐含量较高的食物应该尽量降低其食用量.

　　3小结

　　本试验利用中性红制备修饰电极，中性红在经过阳极化处理的玻碳电极表面能发生很好的聚合作用.中性红修饰电极具有制备方法简便、选择性好及性能稳定等优点，同时，中性红修饰电极对亚硝酸盐的氧化表现出良好的电催化性能.并且采用电化学方法对亚硝酸盐的含量进行测定，该修饰电极的检出限可达到5.18×10-7mol/L，在检测果蔬/食品中的亚硝酸盐含量时也达到了良好的效果.

　　参考文献：

　　[1]高蕾勒，李迎秋.亚硝酸盐在肉制品加工中的应用研究[J].江苏调味副食品，2017(3)：34-37.

　　[2]王倩，刘尤军，安晶晶，等.亚硝酸盐对机体的作用[J].职业与健康，2016，32(23)：3297-3300.

　　[3]黄旭光，杨晴.腌制条件对小白菜中硝酸盐和亚硝酸盐含量的研究[J].湖北民族学院学报(自然科学版)，2015，33(2)：179-181.

　　[4]刘彩虹，樊晓盼，王思雨，等.替代亚硝酸盐生产安全腌肉制品的研究现状[J].食品安全质量检测学报，2015，6(2)：534-539.

　　医学方向刊物推荐：《职业与健康》(半月刊)创刊于1985年，是中华预防医学会和天津市疾病预防控制中心(含天津市劳动卫生职业病研究所)主办,由中华全国总工会和国家安全生产监督管理局安全科学技术研究中心、苏州方疾病预防控制中心及天津市永久医院协办，是国内外公开发行的国家级预防医学综合性大型医学科技期刊。

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