基于聚电解质复合膜电极检测亚硝酸根离子的方法及应用与流程

本发明属于电化学分析技术领域，具体涉及一种聚电解质复合膜电极检测NO₂^-的方法及应用。

背景技术：

亚硝酸根广泛存在于土壤、食品及天然水中，是一种剧毒物质，成人摄入0.2-0.5克即可引起中毒，3克即可致死。一定条件下在胃部，亚硝酸盐可与食品中或体内自有的仲胺酰胺类物质发生反应，生成具有强致癌性的亚硝胺类物质，过量的亚硝胺聚集胃部可能引起胃癌。同时，血液中若含过量亚硝酸盐，能将正常携氧的低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，使其失去携氧能力而引起组织缺氧，导致高铁血红蛋白症。因此，为了环境、食品安全及身体健康，准确检测亚硝酸盐含量的研究具有极其重要的意义。

近年来国内外已报道了多种亚硝酸根离子的检测方法，如流动注射分析、荧光分析法、离子色谱法、化学发光法、毛细管电泳及气质联用法，这些方法虽然能够实现亚硝酸根离子的检测，但仪器昂贵、样品前处理复杂，不易推广使用。与此相比，电化学分析法具有仪器价格低廉、操作简单、电极材料易制备、灵敏度高、检测分析速度快等优点。聚阳离子聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）与聚阴离子纤维素硫酸钠（NaCS），一经混合可迅速自发络合生成聚电解质复合物NaCS/PDMDAAC，其突出的成膜能力使之可以方便快捷地形成小孔径、高机械强度的生物膜，目前在细菌和真菌固定化、微藻固定化、药物传输、膜系统等方面已有应用，但在电化学传感器方面尚未有报道。鉴于PDMDAAC和NaCS良好的导电性能和成膜能力，二者均无毒、价廉、方便易得，本发明拟将其复合成膜修饰玻碳电极（GCE），以构筑检测NO₂^-的新型电化学传感器。

综上所述，本发明通过操作极其简单的涂渍法，将聚阳离子PDADMAC与聚阴离子NaCS滴涂在GCE表面，二者迅速发生界面络合反应生成聚电解质复合物NaCS/PDADMAC，该复合物同步在电极表面平铺成膜，从而同时修饰玻碳电极获得聚电解质复合膜电极，即聚二甲基二烯丙基氯化铵/纤维素硫酸钠/玻碳电极(NaCS/ PDADMAC/GCE)。本发明利用该新型聚电解质复合膜修饰玻碳电极，对NO₂^-在该电极的电化学氧化行为进行了研究，发现其对NO₂^-表现出优异的电化学响应，检测线性范围为4.0×10^-8~1.5×10^-4 mol L^-1，线性方程为Ipa=0.01027[C]+0.02771，检出限达5.2 ×10^-9 mol L^-1(3 N/S)，且且检测不受其它离子的干扰，具有良好灵敏性和抗干扰性。同时，利用该电极对熟肉制品火腿肠中NO₂^-的含量进行了测定，取得令人满意的结果。因此，本发明有望开发一种新型亚硝酸根离子电化学传感器，广泛应用于环境、食品、生物、医学领域中亚硝酸根离子含量的安全监测和分析。

技术实现要素：

本发明的旨在提供一种具有高灵敏性和抗干扰性的聚电解质复合膜电极检测NO₂^-的方法及应用，为此本发明还提供该聚电解质复合膜电极的制备方法。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

本发明提供聚电解质复合膜修饰电极定量检测NO₂^-的方法，包括以下步骤。

（1）将玻碳电极GCE用0.3 μm、0.05 μm的α-Al₂O₃抛光洗净，分别在乙醇、去离子水中超声洗净，室温晾干。

（2）将3 μL质量浓度为7%(w/v)的PDADMAC溶液滴在GCE表面。

（3）将3 μL质量浓度为3.5 %(w/v)的NaCS溶液迅速滴在上述电极表面，自然晾干，得到聚电解质复合膜修饰玻碳电极NaCS/PDADMAC/GCE。

（4）将上述复合膜修饰电极为工作电极、以铂丝为辅助电极、以AgCl-Ag为参比电极，建立三电极体系，共同插入含有不同浓度NO₂^-、pH为7.0的Na₂HPO₄-NaH₂PO₄缓冲溶液(PBS)中，在CHI-760B电化学工作站上通过微分脉冲伏安法（DPV）进行检测，采集电信号Ipa。

（5）将上述（4）中所述三电极体系，共同插入含有NO₂^-实际样品液的缓冲溶液中，同样在CHI-760B电化学工作站上通过DPV进行电化学检测，采集电信号Ipa。样品具体处理方法为：称5 g火腿肠绞碎，加入12.5 mL的饱和硼砂溶液，搅拌均匀，用适量去离子水洗入50 mL的容量瓶，在沸水浴中加热15 min，取出冷却至室温，加入2.5 mL 上述PBS，加去离子水定容并摇匀，放置30 min，除掉上层油脂，清液抽滤后获得样品溶液。

本发明所述亚硝酸根离子新型电化学传感器，其制作工艺简单，操作条件温和，该聚电解质复合膜电极对NO₂^-的检测线性范围为4.0×10^-8~1.5×10^-4 mol L^-1，线性方程为Ipa=0.01027[C]+0.02771，检出限达5.2×10^-9 mol L^-1(3 N/S)，并具优异灵敏性和抗干扰性。将通过DPV检测实际样品所得Ipa值代入上述线性方程中，可计算得到实际样品中NO₂^-浓度。

附图说明

图1为不同修饰电极的循环伏安图 a、GCE；b、NaCS/GCE；c、PDADMAC/GCE；d、NaCS/PDADMAC/GCE。

图2为不同浓度的NO₂^-在NaCS/PDADMAC/GCE上的微分脉冲伏安图。

图3为不同物质对NaCS/PDADMAC/GCE检测NO₂^-的干扰情况。

图4为NaCS/PDADMAC/GCE对实际样品中NO₂^-浓度的测定及其回收率。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明做进一步的说明。

实例1 本发明用于检测NO₂^-的新型聚电解质复合膜电极的制备：将玻碳电极GCE用0.3 μm、0.05 μm的α-Al₂O₃抛光洗净，分别在乙醇、去离子水中超声洗净，室温晾干；将3 μL质量浓度为7%(w/v)的PDADMAC溶液滴在GCE表面；将3 μL质量浓度为3.5 %(w/v)的NaCS溶液迅速滴在上述电极表面，自然晾干，得到聚电解质复合膜修饰玻碳电极NaCS/PDADMAC/GCE。

实例2 本发明所制新型复合膜电极NaCS/PDADMAC/GCE的电化学性能检测。

（1）不同修饰电极的电化学性能检测

分别以GCE、NaCS/GCE、NaCS/PDADMAC/GCE修饰电极为工作电极、以铂丝为辅助电极、以Ag-AgCl为参比电极，建立三电极体系，在CHI-760B电化学工作站上，在-0.2～0.6V电位范围内，在4 mL含有1.0×10^-3 mol/L NO₂^-的0.1 mol/LPBS缓冲液(pH=7.0)中，分别进行循环伏安扫描，扫速50 mV/s，得到循环伏安图，如图1所示。从图中可以看出，NaCS/PDADMAC/GCE修饰的玻碳电极，其电势最低，电流响应最好。

（2）NaCS/PDADMAC/GCE修饰电极对不同浓度NO₂^-的定量检测

将上述三电极体系，分别插入含有不同浓度NO₂^-的上述PBS缓冲液(pH=7.0)中，NO₂^-摩尔浓度分别为1.5×10^-4 M、1.0×10^-4 M、7.5×10^-5 M、4.5×10^-5 M、1.5×10^-5 M、5×10^-6M、5×10^-7 M、4×10^-8 M，进行微分脉冲伏安扫描，得到微分脉冲伏安图，如图2所示。进行数据处理，可得NO₂^-检测线性范围为4.0×10^-8~1.5×10^-4 mol L^-1，线性方程为Ipa=0.01027[C]+0.02771，检出限达5.2 ×10^-9 mol L^-1(3 N/S)，说明本发明所制新型NaCS/PDADMAC/GCE修饰电极可实现NO₂^-的高灵敏检测。

（3）NaCS/PDADMAC/GCE修饰电极对NO₂^-的抗干扰性检测

为了测试该新型传感器对NO₂^-的特异性，将NaCS/PDADMAC/GCE修饰电极分别浸在浓度为1×10^-5 mol L^-1的亚硝酸钠、氯化钠、葡萄糖、L-半胱氨酸、抗坏血酸溶液中，进行DPV检测，结果如图3所示。从图中可以看出，其它物质的峰电流变化远远小于亚硝酸钠，说明该修饰电极材料与NO₂^-具有特异性结合，其它物质对NO₂^-的检测没有干扰。因此，本发明所制NaCS/PDADMAC/GCE修饰电极，对于NO₂^-在一定浓度范围内具有良好的线性电化学响应，该传感器对NO₂^-具有良好的选择性。

（4）NaCS/PDADMAC/GCE修饰电极检测NO₂^-的应用实例。

a、实际样品的前处理：称5 g火腿肠绞碎，加入12.5 mL饱和硼砂溶液，搅拌均匀，用适量去离子水洗入50 mL容量瓶，沸水浴中加热15 min，取出冷却至室温，加入2.5 mL 上述PBS，加去离子水定容并摇匀，放置30 min，除掉上层油脂，清液抽滤后获得样品溶液。

b、实际样品的电化学检测：以NaCS/PDADMAC/GCE修饰电极为工作电极、以铂为辅助电极、以Ag-AgCl为参比电极，建立三电极体系，在CHI-760B电化学工作站上用电压-安培电流曲线扫描。并通过标准加入法计算回收率，将处理后的火腿肠样品加入电解池中，记录电压-安培电流曲线的Ipa值。将所测得的Ipa值分别代入上述所得的线性方程中，计算得到NO₂^-的浓度，结果见图4。从图4中可以看出，该修饰电极可用于实际样品中NO₂^-浓度的测定，并且回收率在98.2 %-104%。