亚硝酸盐检测方法的研究进展

亚硝酸盐检测方法的研究进展 2011年39卷第13期广州化工?31? 亚硝酸盐检测方法的研究进展 柏林洋,宋金海,冯刚 (江苏省扬州商务高等职业学校,江苏扬州225002) 摘要:亚硝酸盐是一种特征污染物,广泛存在于水体,土壤和食品中,可在人体内与 仲胺,叔胺和氨基化合物反应形成强致癌 物亚硝胺化合物,因此对亚硝酸的检测是十分必要的.本文综述了近年来国内外亚 硝酸盐检测方法研究现状,包括光度法,化学发光 法,电化学法,色谱法,毛细管电泳法,并对未来检测方法提出了展望. 关键词:亚硝酸盐;检测;综述 ResearchProgressoftheDeterminationofNitrite BAILin—yang,SONGJin—hai,FENGGang (JiangsuYangzhouHigherVocationalSchoolofCommerce,JiangsuYangzhou225002,China) Abstract:Nitritewasacharacteristicpollutant,whichwasubiquitouswithinwater.s0ilandfoodsystems.Nitritecan reactreadilywithsecondaryandtertiaryaminesandamidesinhumanbodyproducingcarcinogenicnitrosaminescorn. pounds.Asaconsequenceoftherecognizedproblem,therewasagreatneedforthedeterminationofnitrite.Thecurrent developmentofmethodsforthedeterminationofnitriteincludingspectrometry,chemiluminescence,electrochemistry, chromatography,andcapillaryelectrophoresiswerereviewed.Themethodsforthedeterminationofnitriteinfuturewere prospected. Keywords:nitrite;determination;review 亚硝酸盐是一种有毒物质,广泛存在于天然水体,土壤和食 品中,是有机氮分解的重要中间产物.人体摄人亚硝酸盐后,可 与仲胺,叔胺和氨基化合物反应形成强致癌物亚硝胺化合物,从 而诱发消化系统癌变….体内过量的亚硝酸盐还可使血液中二 价铁离子氧化为三价铁离子,使正常血红蛋白转变为高铁血红 蛋白,失去携氧能力,引起组织缺氧,发生亚硝酸盐中毒口J.为 此,世界各国对食品和饮用水的亚硝酸盐最大残留量都有明确 .如美国公共卫生协会规定饮用水中亚硝酸盐最大允许量 为60ng/mLJ,欧共体则规定饮用水亚硝酸盐最大允许量为 100ng/mL"J.近年来,随着人们的食品安全意识和环保意识的 增强,亚硝酸盐是食品,水质和环境监测的重要测定项目之一, 因此对其测定方法的研究具有非常重要的意义.笔者就近年来 发展起来的亚硝酸盐检测方法的研究进行了综述. 1检测方法 1.1光度法 1.1.1分光光度法 分光光度法基于物质对光的选择性吸收的特点而建立起来 的一种分析方法,因其投资小,操作简便,而得到广泛应用.亚 硝酸盐经典的化学分析方法是Griess分光光度法.其基本原理 是j:在一定酸度条件下,亚硝酸盐与对氨基苯磺酰铵反应生成 重氮化合物,再与N一(1一萘基)一乙二胺偶合,形成紫红色偶 氮化合物,在540am波长处光具有最大吸收.该方法成熟,重 现性好,准确度高,但耗时,易受其它杂质干扰,所用试剂毒性较 大,致癌性强,对环境和分析人员易造成危害,形成二次污染. 为了克服上述问题的局限性,分析工作者在此基础上进行了改 进并建立了新的检测方法.李富兰等选择了毒性小的8一羟基 喹啉作为偶氮试剂,在碱性条件下与重氮化合物偶合成橙红色 染料,建立了测定水中微量亚硝酸盐的新方法.在波长为 500am处具有最大吸收,亚硝酸盐含量在0,0.8oe,/mL范围 内,符合朗伯一比耳定律,相关系数r=0.9985【6J.Nagaraja等报 道了以4一氨基一5一萘酚一2,7一二磺酸钠为偶合剂与重氮化 合物反应,生成紫色染料,在最大波长560nln光度测定.亚硝 酸盐线形范围为0.1,1.6Ixg/mL,摩尔吸收系数为2.6×10 L/(mol?cm),最低检测限为0.0075~g,/mL,简单,快速,选择性 好,干扰小,用于环境和生物制品的微量亚硝酸盐测定,结果令 人满意J.Cherian等研究了在酸性条件下,亚硝酸根与对硝 基苯胺反应生成重氮盐,再分别与乙氧基乙烯基马来酸酯和乙 腈乙酸乙酯在碱性条件下反应生成有色染料,分光光度法测定 亚硝酸盐的新方法.其最大吸收波长分别为439nln和465hill, 线性范围分别为0.5,16mg/mL和0.2,l8mg/mL,可用于水 和土壤中亚硝酸根的测定. 1.1.2催化光度法 催化光度法是在常规的分光光度法的基础上发展起来的高 灵敏度光度法.测定亚硝酸根基本原理是在酸性介质和氧化剂 存在的条件下,亚硝酸盐离子对氧化还原反应的催化作用,使反 应体系中有机染料或指示剂的吸光度降低,而吸光度的降低程度 与亚硝酸盐的量之间存在定量关系,由此测得亚硝盐含量.常用 的酸性介质为稀盐酸,稀硫酸和稀磷酸,氧化剂为溴酸钾,氯酸钾, 作者简介:柏林洋(1967一),男,讲师,主要从事分析化学和无机材料的研究.E— mail:linybai@sohu:tom ? 32?广州化工2011年39卷第13期 高锰酸钾和过氧化氢等,其中溴酸钾应用范围最广.所用的有机 染料主要是三苯甲烷类染料,偶氮染料,对氮染料和蒽醌类染料 等.这类反应大多需要在加热条件下进行,且须对反应条件的控 制较严格,稳定性有待提高.Ardakani等根据亚硝酸盐在酸性 介质中能催化溴酸钾氧化亚甲基蓝褪色的指示反应,建立了在室 温下测定痕量的亚硝酸的新方法.在最大吸收波长为664nlll处, 线性范围为5.0,l000mg/mL,检出限为3.6mg/mL,碱金属和碱 土金属对测定无干扰,但易受Fe的干扰,可用NaF溶液进行消 除,适用于用于水样,食品中亚硝酸根的测定.崔英等研究了 盐酸介质中亚硝酸对溴酸钾催化甲基红的氧化反应具有催化作 用,建立了测定水中痕量亚硝酸根的催化动力学光度法.该法检 出限为1.0X10.L,线性范围为5.0×10,,1.0X10,g/L,用 于废水中亚硝酸根的测定,结果满意.刘秀萍等基于磷酸介 质中的亚硝酸催化溴酸钾氧化甲苯胺蓝的褪色反应,建立了在 室温下光度法测定水中痕量亚硝酸根的方法.对反应介质的种 类和用量,溴酸钾的用量,甲苯胺蓝的用量,反应温度,反应时间 和共存离子的干扰等进行了试验并予以优化.实验表明在 622nm有最大吸收波长,线性范围为0.01,0.12mg/L,检出限 为4.8×10I7g/L.该方法应用于水样中亚硝酸根的测定,取得 了良好的结果. 1.1.3荧光光度法 荧光光度法测定亚硝酸盐是基于亚硝酸盐对于氧化还原反 应的催化作用,使指示物质的荧光强度减弱或猝灭,且这种强度 的减弱或猝灭在一定范围内与亚硝酸盐的浓度成线性关系,通 过测定荧光强度的变化来测定亚硝酸根含量,具有取样量少,灵 敏度高,线性范围宽等优点,但缺点是:条件不易控制.干扰因素 多.荧光光度法测定体系中指示物质通常为三苯甲烷碱性染料 和醌亚胺类染料.有文献报道?在盐酸介质中,N一(1一萘基) 一 乙二胺(NED)与亚硝酸根的反应.基于NED的荧光强度被 亚硝酸根猝灭的现象,建立了一种荧光测定水中的亚硝酸根的 新方法.在优化实验条件下,亚硝酸根在1.07,214.0L范 围内与NED的荧光猝灭强度呈线性关系,方法的检出限为 0.069/L.盛丽等副基于在盐酸介质中,在常温下,亚硝酸根 能与劳氏紫发生重氮化偶联反应,劳氏紫的荧光强度随亚硝酸 根的加入量增加而明显降低的现象,建立了荧光猝灭法测定痕 量亚硝酸根的方法.该方法I/入=602/622nln,线性范围为 0.04—0.40mg/L,用于泡菜样品中痕量亚硝酸盐的测定,结果 满意. 1.1.4流动注射分光光度法 流动注射分光光度法是一种自动分析技术,具有分析速度 快,准确度和精密度高,设备和操作简单等特点,在环境检测,食 品检验,化学化工分析等方面有着广泛的应用.Burakham等[1 应用流动注射分析技术,以间苯三酚为显示剂,在波长为312nm 处测定,建立流动注射分光光度法同时测定水体中亚硝酸盐和 硝酸盐含量的方法.亚硝酸和硝酸根线性范围分别为0.03, 0.30pg/mL和0.10,1.00g/mL,检测限分别为2.9ng/mL和 2.3ng/mL,测定频率为20次/h,克服了手工操作繁琐,精密度差 等不足.龚正君等"纠基于亚硝酸盐对氯酸钠与亚甲基蓝发生的 褪色反应有催化作用,将流动注射技术与催化分光光法有机结 合建立了测定亚硝酸盐的方法,结果表明,在最佳实验条件下, 亚硝酸盐在5—150L和150—1000L范围内与吸光强 度呈良好的线性关系,该方法的检出限为1L,碱金属,碱土 金属以及常规无机阴离子对测定无干扰. 1.2化学发光法 化学发光法根据分子发光强度与亚硝酸盐浓度呈线性关系 进行分析,具有仪器设备简单,操作方便,灵敏度高,试剂消耗少 等优点.化学发光法主要使用反应体系为鲁米诺""",罗丹明 6一G[I.】,酸性铬蓝K[19等.李键等利用亚硝酸根对鲁米诺 一 溴酸钾化学发光体系具有显着增强作用的特点,测定香肠中 的亚硝酸盐.检出限为8X10,mg/L,线性范围为0.001— 10mg/L,大部分常规离子对测定无干扰.吴婉娥等发现了亚 硝酸盐对溴酸钾一酸性铬蓝K体系的化学发光有显着的增强作 用,建立了检测亚硝酸盐的新方法.在最佳的反应条件下,线性范 围为1.0×10一,8.0×10,mol/L,检出限为1.1X10.mol/L, 适用于水样及食品中硝酸盐和亚硝酸盐的检测. 1.3电化学法 1.3.1伏安法 电位法测定亚硝酸根离子是基于亚硝酸的氧化来进行测 定,而体系中的硝酸盐和分子氧对测定无干扰等特点.电位法 所用电极多为石墨电极,但在测定亚硝酸根时,一些其它组分会 毒化固态电极,降低了电极的灵敏度和准确度J.为此分析工 作者们对电极进行了修饰,使电极表面具有较大和较高的活性 面积,以提高电极选择性,灵敏度,精密度等分析性能j.Zhao 等采用纳米金对碳纳米管电极进行修饰,建立了电催化法测 定亚硝酸盐含量的方法.该法检测限为1.12×10,mol/L,线性 范围为3×10,,5×10一mol/L,方法选择性好,简单可靠,用于 香肠中亚硝酸盐的测定.罗宿星等用稀土(镱)杂多酸盐/多 壁碳纳米管修饰的玻碳电极测定亚硝酸盐的方法.研究发现电 位在一0.45V处出现一个亚硝酸盐的氧化峰,亚硝酸根的浓度 在5.0×10,,1.0X10I4mol/L范围内与氧化峰电流呈线性关 系,可用于环境中水样的测定. 1.3.2极谱法 极谱法是通过测定电解过程中所得到的极化电极的电流一 电位曲线来确定溶液中被测物质浓度的一类电化学分析方法, 具有设备简单,分析速度快,准确度高,灵敏度高及重现性好的 优点.杨丽珠等发现在HAC—KCI一维生素B,底液中,亚硝 酸离子在一0.82V(vs.scr)处产生灵敏的导数极谱波.波高 与亚硝酸盐浓度在5.0×10,,3.0×10mol/L范围内呈线性 关系,检出限为1.0×10,mol/L.该方法灵敏,简单,快速,可用 于天然水样中亚硝酸盐的测定. 1.4色谱法 1.4.1气相色谱法 气相色谱的分离原理是利用不同物质在两相问具有不同的 分配系数,将各组分分离开来.张燕等采用在硫酸介质中亚 硝酸与环己基氨基磺酸钠反应生成环己醇亚硝酸酯,环己醇亚 硝酸酯在常温下成气态,顶空进样系统自动进样,气相色谱仪 FID进行定量检测,建立葡萄酒中亚硝酸盐的气相一顶空检测方 法,线性方程为Y=6.96X一5.33,相关系数r=0.9985,最低检 出限为0.5trg/mL,具有操作简便,抗干扰能力强,线性范围宽, 检测限低,可用于葡萄酒中亚硝酸盐的定量检测. 1.4.2高效液相色谱法 高效液相色谱法具有高效,高速,高灵敏度,操作方便等优 点.Zuo等建立liP—HPLC和紫外检测器同时测定亚硝酸和 硝酸盐含量.采用C18柱(150nlnl×2.00inllli.d.).以3.0ram 氢氧四丁基铵,2.0mM磷酸钠溶液和乙腈混合液为流动相,亚 硝酸盐和硝酸盐的浓度线性范围分别为5,100rag/mE和lO 100ms/mL,检测限分别为5mg/mL和10mg/mL. 1.4.3离子色谱法 离子色谱法是l20世纪70年代中期发展起来的一项液相色 2011年39卷第l3期广州化工33? 谱技术.随着Ic理论的逐渐成熟,目前Ic已成为分析化学中发 展较快的分析方法之一.Ito等报道用离子色谱/紫外检测器 联用技术来检测硝酸盐和亚硝酸盐含量.他们采用了单片ODS 柱,以0.5MNaC1溶液作为流动相.该法检测迅速,共存离子对 测定无干扰,具有良好的线性关系,相关系数为0.9998,在 ,检测限为0.8mg/L. 225amPUl定 1.5毛细管电泳法 毛细管区电泳法具有分离效率高,分离速度快,样品用量少 及分析化合物种类广泛等特点.Merusi等建立毛细电泳法同 时测定硝酸根,亚硝酸根和草酸根的新方法.采用熔融石英毛 细管柱(75mx32.5cm,有效长度为21.5cm)作为分离通道, 以50IxM磷酸盐(pH=2.5)作为运行缓冲液,运行电压25kV, 毛细管柱温为25?),检测波长为214nm,进样压力为3.5kPa, 外标法定量测定.研究发现,硝酸盐,亚硝酸盐和草酸盐的检测 限分别为0.3ms/L,0.8mg/L和4.5mg/L,相关系数均大于 0.999,可用于蔬菜中硝酸根,亚硝酸根和草酸根含量的测定. 2展望 亚硝酸盐严重威胁着人们的身体健康,因此对亚硝酸盐分 析方法的研究与改进将会继续得到人们的高度重视.随着分析 化学新方法和新技术的不断出现和发展,亚硝酸盐的检测方法 也更加多元化,新的检测方法层出不穷.目前用于亚硝酸盐含 量的测定方法有多种,各种方法都有其优缺点.随着亚硝盐研 究的深入,极低含量的检测成为必然趋势,未来的亚硝酸盐检测 方法可能是联用技术得到广泛的应用.此外分析化学工作者应 加强反应机理的基础研究和探讨,以求得分析方法的新突破. 参考文献 [1]MitacekEJ,BrunnemannKD,SuttajitM,eta1.Geographicdistribu— tionofliverandstomachcanceminThailandinrelationtoestimateddi— etaryintakeofnitrate,nitrite,andnitrosedimethylamine[J].Nutr. Cancer,2008,60(2):196—203. [2]GreerFR,Shannon,M.I~antmethaemoglobinaemia:Theroleofdi— etarynitrate[J].Pediatrics,.2005,116(3):784—786. [3]ClesceriLS,GreenbergAE,TrussellRR.Standardmethodsforthe examinationofwaterandwastewater[S].APHA,AWWAandWPCF, Washington,DC:1996. 『4]CouncilDirective98/83/EContheQualityofWaterIntendedforHu— manConsumption[S].EuropeanUnion:1998. [5】FerreiraIMP,SilvaS.Quantificationofresidualnitriteandnitratein hambyreverse—phasehishperformanceliquidchromatography/diode arraydetector[J].Talanta,2008,74(5):I598一I602. [6]李富兰,颜杰,郭金全,等.水质中微量亚硝酸盐的测定[J].中国 酿造,2010,219(6):160—162. 【7]NagarajaP,AI—TayarNGS,ShivakumarA,eta1.Asimpleand sensitivespectrophotometricmethodforthedeterminationoftrace amountsofnitriteinenvironmentalandbiologicalsamplesusing4—-a— mino一5一hydroxynaphthalene一2,7一disulphonieacidmonosodium salt[J].SpectrochimicaAetaPartA,2010,75(5):1411—1416. [8]ChefianT,NarayanaB.Anewsystemforthespeetrophotometricdeter- minationoftraceamountsofnitriteinenvironmentalsamples【J].J. BrazilianChemSoc.,2006,17(3):577—581. [9]ArdakaniMM,ShishehboreMR,NasirzadehN,eta1.Highlyselec— tivecatalyticspectrophotometricmethodforthedeterminationofnitrite [J].Can.J.Ana1.Sci.Spectrosc.,2006,51(3):118—124. [1O]崔英,谢国红.催化动力学光度法测定水中痕量亚硝酸根[J].化工 环保,2010(3):89—92. [11]刘秀萍,孟美荣,张丽君.溴酸钾氧化甲苯胺蓝催化光度法测定痕 量亚硝酸根[J].理化检验化学分册,2009(10):43—44. [12]周运友,余世科,卢琴,等.N一(1一萘基)一乙二胺荧光光度法测定 痕量亚硝酸根[J].光谱学与光谱分析,2005,25(8):l3l8一 l321. [13]盛丽,朱金林,韩小茜,等.荧光分光光度法测定痕量亚硝酸根[J]. 理化检验:化学分册,2008,44(12):59—6o. [14]BurakhamR,0shimaM,GrudpanK,eta1.Asimpleflow—injection systemforthesimultaneousdeterminationofnitriteandnitrateinwater samples[J].Talanta,2004,64(5):l259一l265. [15]龚正君,陈国和,肖新蜂,等.流动注射一光度法测定亚硝酸盐[J]. 西南交通大学,20lO,45(1):156—159. [16]HeDY,ZhangzJ,HuangY,etalmieroflowin jectionanalysissystemonachipforthedeterminationofnitriteinfood [J].FoodChem.,2007,101(2):667—672. [17]YueQL,SongZH.Assayoffemtogramlevelnitriteinhumanurineu— singluminol—myoglobinchemiluminescence[J].Microchem.J., 2006.84(1—2):10一l3. .[18]JiangZL,SunSJ,KangCY,eta1.Anewandsensitiveresonance— scatteringmethodfordeterminationoftracenitriteinwaterwithrhoda— mine6G[J].Ana1.Bioana1.Chem.,2005,381(4):896—900. [19]吴婉娥,杜勇,王天生,等.化学发光法检测空气中NOr研究[J]. 环境科学与技术,2009,32(10):133一l36. [20]李健,黎晨晨,刘宁,等.化学发光法测定风干肠中的亚硝酸盐[J]. 食品科学,2009,30(20):383—386. [21]吴婉娥,王天生,张泽洋.溴酸钾一酸性铬蓝K化学发光法检测水 中微量NOr[J].分析科学,2008,24(3):327—330. [22]Poumaghi—AzarMH,DastangooH.Electrocatalyticoxidationofni— triteatanaluminumelectrodemodifiedbyachemicallydepositedpalla? diumpentacyanonitrosylferratefilm[J].J.Elcctroana1.Chem.,2004, 567(2):211—218.. [23]VastarellaW,NicastribR.Enzyme/semiconductornanoclusterscom— binedsystemsfornovelamperometricbiosensors[J].Talanta,2005, 66(3):627—633. [24]ZhaoK,SongHY,ZhuangSQ,eta1.Determinationofnitritewith theelectrocatalyticprope~ytotheoxidationofnitriteonthioninemodi— fledalignedcarbonnanotubes【J].Electrochem.Commun.,2007, 9(1):65—7O. [25]罗宿星,伍远辉,勾华.用稀土(镱)杂多酸盐/多壁碳纳米管修饰的 玻碳电极测定亚硝酸根[J].理化检验化学分册,2010,46(3): 254—256. [26]杨丽珠,李永,刘炜,等.亚硝酸根的极谱测定[J].分析科学, 2006,22(2):239—240. [27]张燕,李燕,王开宇,等.气相色谱一顶空进样法测定葡萄酒中的亚 硝酸盐[J].酿酒科技,2009,7:l17—118. [28]ZuoYG,WangC.J,VanT.Simultaneousdeterminationofnitriteand nitrateindew,rain,SHOWandlakewatersamplesbyion—pairhigh— performanceliquidchromatography[J].Talanta,2006,70(2):281— 285. [29]It0K,TakayamaY,MakabeN,eta1.Ionchromatographyfordetermi— nationofnitriteandnitrateinseawaterusingmonolithicODScolumns 2):63-67. [J].J.Chromatogr.,A,2005,1083(1— 『3O]MerusiC,CorradiniC,CavazzaA,eta1.Determinationofnitrates,ni— tritesandoxalatesinfoodproductsbycapillaryelectrophoresiswithpH — dependentelectroosmotieflowrevel~tl[J].FoodChem.,2010,120 (2):615—620.