溴甲酚绿联合比色与电化学分析双重验证水样中亚硝酸盐：一种绿色、便携的环境监测新策略

本研究针对水环境中亚硝酸盐（NO2?）污染监测需求，开发了一种基于溴甲酚绿（BG）试剂的双模式检测平台，整合了比色快速筛查与电化学精确定量技术。该方法在屏幕印刷碳电极（SPCE）上实现了0.36 μmol L?1的超低检测限，线性范围达12–400 μmol L?1，在实际水样中回收率接近100%，兼具高选择性、便携性和绿色化学特性，为现场水质监测提供了可靠解决方案。

　　

亚硝酸盐（NO₂^?）作为氮循环的关键中间体，既是水环境质量的重要指标，也是潜在的健康威胁。其高溶解性使其易通过农业径流进入水体，并经由食物链传递，引发内分泌紊乱、食管炎甚至胃癌等疾病。更严重的是，亚硝酸盐在胃中可转化为强致癌物N-亚硝胺，还能与血红蛋白结合导致高铁血红蛋白血症，降低血液携氧能力。世界卫生组织（WHO）因此将饮用水中亚硝酸盐的限值严格设定为3 mg L^?1（约65 μmol L^?1）。传统检测方法如光谱法、色谱法虽精度高，但设备昂贵、操作复杂，难以满足现场快速监测需求。尽管比色法（如Griess法）和电化学传感器以其低成本、易操作和便携性受到关注，但单一方法往往在准确性或灵敏度上存在局限。近年来，双模式检测策略通过结合比色的直观性与电化学的精确性，展现出独特优势，但现有方法通常依赖纳米材料修饰或复杂电极处理，增加了技术门槛和成本。

在此背景下，由Ana C.M. Oliveira、Elena Bernalte等来自曼彻斯特城市大学（Manchester Metropolitan University）的研究团队在《Microchemical Journal》上发表了一项创新研究，他们首次将溴甲酚绿（Bromocresol Green, BG）这一常用pH指示剂同时应用于比色和电化学双模式检测，开发了一种无需电极修饰、简单高效且符合绿色化学原则的亚硝酸盐监测新方法。

本研究主要采用了以下关键技术方法：1）利用溴甲酚绿与亚硝酸盐的特异性反应实现可视化比色检测，通过96孔板完成微量（120 μL）反应；2）使用自制的屏幕印刷碳电极（Screen-Printed Carbon Electrodes, SPCEs）作为电化学传感平台，结合差分脉冲伏安法（Differential Pulse Voltammetry, DPV）进行定量分析；3）以Britton-Robinson缓冲液（BR buffer）为支持电解质，系统优化了pH、离子强度及伏安参数；4）使用真实水样（自来水、湖水和海水）进行加标回收实验，验证方法实用性；5）以经典Griess法为参照进行方法学比较与验证。

3.1. 亚硝酸盐测定的比色研究

通过优化溴甲酚绿与亚硝酸盐的体积比（1:5），研究团队确立了最佳反应条件：在1 mg mL^?1亚硝酸盐存在下，溶液颜色从黄色（阴性）变为蓝色（阳性），这一变化源于BG的酸碱平衡转变（Scheme 1）。稳定性测试表明，颜色在30分钟阳光暴露下仍保持稳定，仅20分钟后有轻微变化，但不影响结果判读。该步骤可实现250 μmol L^?1以上的初步筛查。

3.2. 亚硝酸盐测定的电化学研究

循环伏安（CV）扫描显示，亚硝酸盐在SPCE上于+0.69 V（vs. Ag/AgCl）处出现不可逆氧化峰，且该过程不受pH影响（2-10范围内），表明反应不涉及质子转移。选择pH 9的BR缓冲液（0.1 mol L^?1

3.3. SPCE上亚硝酸盐的差分脉冲伏安法

优化后的DPV参数为：调制时间70 ms、间隔时间200 ms、调制振幅90 mV、步进电位10 mV。该方法展现出良好的重现性，比色反应前、后的峰电流相对标准偏差（RSD）分别为2.7%和10.4%。比色反应后电流降低和峰电位轻微位移归因于BG试剂对电极表面的潜在吸附，但不影响定量准确性。

3.4. 双模式比色-电化学传感器的分析性能

DPV在比色反应前显示出12–400 μmol L^?1的线性范围，检测限（LOD）低至0.36 μmol L^?1（I_p = 0.1307 + 0.0089C）；比色反应后线性范围为50–400 μmol L^?1，LOD为38 μmol L^?1（I_p = 0.0141 + 0.0044C）。与文献中多数需要修饰的电极相比，该方法的检测限优于或相当于已报道水平，且因无需修饰而更具简便性和成本优势。

3.5. 选择性研究

方法对常见干扰物（硫酸盐、硝酸盐、氯离子、钙离子、尿酸、抗坏血酸）表现出优异选择性。比色步骤仅对亚硝酸盐产生颜色变化；电化学步骤中，干扰物在亚硝酸盐氧化电位附近未产生显著信号。比色反应后，BG的氧化峰（+0.32 V）仅在亚硝酸盐存在时显著降低，进一步证实反应的特异性。

3.6. 不同水样的分析

在自来水、湖水和海水中的加标回收实验显示，比色反应前对12 μmol L^?1加标回收率为96-101%，反应后对50 μmol L^?1加标回收率为93-107%。t-检验表明添加与测得浓度无显著差异（t_计算 < t_临界 = 4.30）。与标准Griess法（线性范围2–25 μmol L^?1，R2=0.998）相比，F检验显示比色反应前精度无显著差异，但反应后因BG存在导致精度变化，不过这并不影响双模式整体可靠性，因比色步骤仍可作为定性确认手段。

研究结论表明，这种基于溴甲酚绿的双模式策略成功将快速比色筛查与精确电化学验证融为一体，无需复杂修饰即实现了对亚硝酸盐的高灵敏、高选择性检测。其检测限远低于WHO规定限值，能有效应对真实水样中的基质干扰，回收率接近100%。该方法操作简便、样品用量少（仅40 μL）、成本低廉且符合绿色化学原则，避免了有毒试剂和复杂制备过程。尤为重要的是，它通过内在的双重验证机制提升了结果的可靠性：比色提供即时视觉反馈，电化学提供精确定量数据。这不仅为环境水样中亚硝酸盐的现场监测提供了强大工具，也为开发其他污染物的多模式检测平台提供了新思路。未来，该策略有望扩展至更多环境与生物样本的分析中，推动便携式分析设备的进一步发展。