康世平, 屈建莹

(1. 陕西中烟工业有限责任公司 技术中心， 陕西 宝鸡 721000; 2. 河南大学 化学化工学院 环境与分析科学研究所，河南 开封 475004)

亚硝酸盐(NO2-)是广泛存在的一种有害物质. 在食品工业中，亚硝酸盐常作为一种具有抗菌防腐作用的添加剂和发色剂. 但亚硝酸盐进入人体后在胃中易生成强烈致癌的亚硝胺[1]. 随着人们食品安全与健康意识的加强，亚硝酸盐已成为环境监测和食品分析的重要项目. 近年来国内报道的测定亚硝酸盐的方法主要包括：分光光度法、极谱法、化学发光法及电化学传感器法等[2-9]. 其中电化学方法因具有操作方便、仪器简单、快速灵敏等优点而深受重视.

自组装技术提供了在分子水平上形成理想界面的方法,其研究多集中在巯基化合物在金表面共价吸附形成单分子膜[10-11]. 静电吸附是基于静电相互作用原理的基础上制备超薄有序膜的方法，聚二烯丙基二甲基氯化铵[Poly(diallydimethylammo- niumchloride)，PDDA]是一种应用广泛的带正电荷的高分子聚电解质[12-13].

本文首先利用巯基乙酸(MA)与金电极的强相互作用，使巯基乙酸(MA)中-SH键与金电极通过共价键形成S-Au自组装到金电极的表面，形成一层带负电的自组装单分子膜(SAM)修饰电极. 其次通过静电吸附作用吸附带正电的PDDA，对修饰电极进行了电化学表征，并比较了NO2-在裸电极上与修饰电极上的电化学行为. 结果表明，修饰电极对NO2-的电化学氧化具有显著的增敏作用. 该方法具有简单易行、薄膜的组成和厚度稳定、重复性良好、灵敏度高和线性范围宽等优点，为硝酸盐的检测提供了更简单易行的方法.

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

CHI630电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)：三电极体系，工作电极为修饰金电极(Φ= 1 mm)，参比电极为银-氯化银(氯化钾饱和)电极，辅助电极为铂丝电极；亚硝酸钠(天津市德思化学试剂有限公司)；巯基乙酸(天津科密欧化学试剂有限公司)；PDDA(Sigma公司)；氯化钾、无水乙醇、丙酮、醋酸钠、硝酸钠、氯化铵均为分析纯；试验过程中所用水为二次蒸馏水；实测样品为市售乌江涪陵榨菜1袋(15 g).

1.2 磷酸盐缓冲溶液的配制

使用0.2 mol/L Na2HPO4和0.2 mol/L KH2PO4，通过pH计，配制0.2 mol/L pH 7.5的磷酸盐缓冲溶液(PBS).

1.3 修饰电极的制备

将Au电极用0.3和0.05 μm的Al2O3粉在抛光布上抛光至镜面，分别用无水乙醇、HNO3(体积比为1∶1)和二次蒸馏水各超声清洗3次，晾干后转入0.5 mol/L H2SO4溶液中，在1.6～0.8 V(100 mV/s)的范围内以CV扫描50次，得到稳定和重现性好的伏安图. 随后，再将金电极依次用二次蒸馏水冲洗干净，以高纯氮吹干立即浸入9%巯基乙酸[12]溶液中，在室温下自组装24 h,取出电极，在二次水中浸泡30 min以除去物理吸附的硫醇，最后用水冲洗，转入0.5%的PDDA溶液中静电吸附24 h. 取出后在二次水中浸泡30 min除去物理吸附的PDDA，再用二次水冲洗，即可制得PDDA-MA/Au修饰电极.

1.4 检测

采用三电极体系，以Au电极或自组装膜电极为工作电极，以Ag/AgCl(饱和KCl)为参比电极，旋状铂丝电极为对电极，以100 mV/s的扫描速率，于0.2 mol/L pH 7.5 PBS+0.1 mol/L NaAc的底液中，在0～0.9 V的电位范围内进行单扫描(LSV)和循环伏安(CV)测定.

2 结果与讨论

2.1 PDDA-MA/Au电极对NO2- 的电化学响应

考察了空白Au、MA/Au和PDDA-MA/Au电极在0.05 mol/L KCl+0.001 mol/L NaNO2溶液中的电化学行为，其线性扫描伏安曲线如图1所示. 从图1可以看出，PDDA-MA/Au电极对NO2-电化学响应是最佳的.

图1 3种电极在0.05 mol/L KCl+0.001 mol/L NaNO2溶液中线性扫描伏安曲线(1) Au，(2) MA/Au，(3) PDDA-MA/Au, υ=100 mV/sFig. 1 LSV of Au(1)、MA/Au(2)、PDDA-MA/Au(3) in 0.05 mol/L KCl+0.001 mol/L NaNO2

2.2 支持电解质及其浓度的选择

分别以0.1 mol/L 的NaNO3、NaAc和NH4Cl为支持电解质的0.001 mol/L NaNO2溶液中，PDDA-MA/Au 对溶液中亚硝酸根的伏安响应如图2所示. 试验表明，在以NaAc为支持电解质的溶液中，修饰电极对亚硝酸根的响应效果最好. 分析其原因是由于NaAc在溶液中电离出来的醋酸根再次发生水解，产生醋酸和氢氧根离子，氢氧根离子能促进亚硝酸钠溶液中亚硝酸的水解，从而提高了溶液中硝酸根离子浓度，因此，以NaAc为支持电解质的溶液中，修饰电极对亚硝酸根的响应效果最好.

图2 支持电解质对NaNO2测定的影响Fig. 2 Effect of different supporting electrolytes on response current scan rate 100 mV/s

配制了含有0.001 mol/L NaNO2的不同浓度的NaAc溶液，考察了支持电解质浓度对检测的影响，结果如图3所示. 由图3可以看出，随着支持电解质的浓度增大，峰电流增大，过电位降低. 因此，整个试验过程，选择0.1 mol/L的NaAc 为支持电解质.

图3 支持电解质浓度对NaNO2测定的影响Fig. 3 Effect of concentration of NaAc on response current scan rate 100 mV/s

2.3 pH值和缓冲溶液浓度的影响

考察了pH值对NaNO2测定的影响，使用2 mol/L的HCl和NaOH调节，分别配置了pH为5.25、6.86、7.53、8.08、9.09、10.53的0.1 mol/L的NaAc溶液作为底液. 在相同的试验条件下进行测定. 试验结果表明(如图4～5所示)，7.53是此试验的最佳底液pH值.

图4 底液pH值对峰电流的影响Fig. 4 Effect of different pH values on response current 0.1 mol/ L NaAc+1 mmol/ L NaNO2，scan rate 100 mV/s

图5 缓冲溶液浓度对NaNO2测定的影响Fig. 5 Effect of concentration of PBS on response current 0.1 mol/ LNaAc+1 mmol/ L NaNO2，scan rate 100 mV/s

选择常用的PBS来控制0.1 mol/L NaAc溶液的pH值为7.53，分别配置浓度为0.05、0.1、0.2、0.3、0.4 mol/L(pH 7.53，0.1 mol/L NaAc)的PBS溶液作为底液，考察了缓冲溶液浓度对NaNO2测定的影响. 在相同的试验条件下进行测定，结果表明(如图5所示)，0.2 mol/L的PBS是此试验控制溶液pH值的最佳缓冲溶液.

2.4 峰电流和扫描速率的关系

PDDA-MA/Au电极于含有0.001 mol/L NaNO2的优化好的底液中(0.2 mol/L pH 7.53 PBS，0.1 mol/L NaAc)，在75～300 mV/s范围内，改变扫描速度，曲线氧化峰电流随扫描速度的增加而增大，并且与扫描速率的1/2呈线性(如图6所示)，其线性方程：ip(μA)= 0.756 5+0.254 0υ，相关系数r为0.998 6，说明该电极过程受扩散控制.

图6 峰电流与扫速的关系Fig. 6 Dependence of ipa on scan rates

2.5 稳定性

PDDA-MA/Au电极在一定浓度的NaNO2溶液中连续循环扫描20周期，其峰电位不变，峰电流仅下降3.7%(如图7所示)，表明该电极具有较高的稳定性.

图7 传感器的稳定性Fig. 7 Stability of sensor

2.6 线性范围及检出限

该电极ipa与NaNO2浓度(6.9×10-7～8.8×10-3mol/L)呈现良好的线性关系(如图8所示)，线性方程ipa(μA)=4.058 + 8 076.04C(n=15)，相关系数r为0.999 9，检出限为6.9×10-7mol/L.

图8 浓度与峰电流的线性关系Fig. 8 Linear response of sensor to NaNO2 from 6.9×10-7 to 8.8×10-3 mol/L in 0.2 mol/L PBS pH 7.53, 0.1 mol/L NaAc，υ=100 mV/s

2.7 回收率试验

以 0.2 mol/L PBS (pH 7.53，0.1 mol/L NaAc)为测试底液，使用标准加入法进行NaNO2含量的测定，结果如表1所列. 由表1可见，其回收率在94.6%～101.8%之间.

表1 标准加标回收率测定 (n=5)Table 1 Results of test of spiking recovery

3 实际样品检测

3.1 样品的预处理

取15 g榨菜样品，在研钵中用适量石英砂研磨至糊状，加入15 mL二次蒸馏水，超声振荡2 h，过滤. 在滤液中加入适量粉末活性炭，置于4 ℃的冰箱中，约20 h进行杂质吸附，再次过滤，得滤液，于4 ℃冰箱，封口膜密封保存，备用.

3.2 样品的测定

在500 μL 0.2 mol/L PBS (pH 7.53，0.1 mol/L NaAc)底液中加入制备好的样品溶液20 μL,使用制备好的PDDA-MA/Au修饰电极，采用循环伏安法进行样品测定，记录数据，计算样品浓度. 测定结果如表2所列，测得样品中亚硝酸钠的平均质量分数为2.24 mg/Kg.

表2 样品中亚硝酸盐含量测定Table 2 Results of pickle sample

4 结论

PDDA-MA/Au电极制备简单、成本低，对NaNO2具有较高的灵敏度、较低的检测限、良好稳定性、重现性，具有潜在的应用价值.

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