4-氨基安替吡啉分光光度法測定木醋液中酚類含量

石 文, 張長森, 徐興敏, 張少輝, 張瑞芹

(鄭州大學化學系環(huán)境科學研究院 河南鄭州450001)

4-氨基安替吡啉分光光度法測定木醋液中酚類含量

石 文, 張長森, 徐興敏, 張少輝, 張瑞芹

(鄭州大學化學系環(huán)境科學研究院 河南鄭州450001)

研究了4-氨基安替吡啉分光光度法測定木醋液中酚類含量的適宜條件.結果表明,當稀釋因子在40～500范圍內,放置時間為10 min時,酚類化合物在0.005～0.08 g/L范圍內與吸光度呈良好的線性關系,相關系數R2為0.994 7.按不同的稀釋因子測定了木醋液中的酚含量,其RSD為0.38%.測定方法的平均回收率為99.4%,同時對減壓蒸餾預處理進行了加標實驗,其平均回收率為96.5%.

木醋液;4-氨基安替吡啉;分光光度法;酚類

0 引言

木醋液是生物質在缺氧狀態(tài)下,經高溫慢速熱解后,進一步冷凝分離而得到的一種液體產物.由于木醋液具有多種功效,日益成為人們研究的熱點.木醋液成分復雜,含水量89.9%～93.97%[1],另外還含有羧酸、酚、醛酮、醇等多種有機物以及少量無機物.酚類作為其中的一類物質,在木醋液的多種用途中發(fā)揮著重要作用.近年來,用天然抗氧化劑替代有致癌副作用的合成抗氧化劑引起了人們的廣泛興趣,Loo等[2]從木醋液中分離濃縮了鄰苯二酚、3-甲氧基苯酚、2,6-二甲氧基苯酚,經研究認為從木醋液中分離出的天然酚類具有良好的抗氧化活性及清除自由基的能力.另一方面,在木醋液用作飲料、食品等添加劑時,酚類物質是對人體有害的主要成分,必須對其含量加以嚴格控制[3].

無論是從木醋液中分離天然活性抗氧化劑還是用作食品添加劑,準確測定其酚含量都十分重要.目前酚類物質的測定有多種方法,如氣相色譜法[4]、高效液相色譜法(HPLC)[5]、Folin-Ciocalteu分光光度法[6]等.但以上方法都存在一定的缺點,如氣相、液相色譜法對一種或幾種酚類定量分析較為準確,但對所有酚類的定量在實際應用中則受到限制.Folin-Ciocalteu分光光度法適用于測定多酚類物質,但極易受到還原性物質的干擾,對于測定木醋液中的酚類物質具有一定缺陷.本文采用4-氨基安替吡啉分光光度法測定木醋液中的酚類含量,為木醋液中酚類物質的測定提供了較為準確、簡便的方法.

1 實驗部分

1.1 儀器及試劑

756CRT紫外分光光度計(上海精密科學儀器有限公司)、M illi-Q型超純水機(美國M ILL IPORE公司)、電子天平(Sartorius BS210S).

粗木醋液(由潤迪生物質能源有限公司提供,靜置2個月,原料為花生殼)、4-氨基安替吡啉水溶液(質量分數2%)、鐵氰化鉀水溶液(質量分數8%)、NH3-NH4Cl緩沖溶液(p H=10.7)、苯酚(GR).

1.2 木醋液的預處理

粗木醋液含有大量焦油及雜質(如極微細懸浮碳顆粒等),導致顏色較深常呈深咖啡色.焦油及雜質的存在為測定酚含量帶來很大困難,因此需要通過預處理脫除焦油及雜質.本實驗采用減壓蒸餾法脫除焦油及雜質.取100 m L木醋液用慢速濾紙過濾,去除固體雜質,然后將濾液在180℃、8～10 kPa條件下減壓蒸餾,至幾乎無液滴流出時停止.初步精制后的木醋液顏色呈淡金黃色,不含焦油及雜質.

1.3 酚含量的測定

1.3.1 測定方法及原理 酚類化合物于p H=10.0±0.2的介質中,在鐵氰化鉀存在下,與4-氨基安替吡啉反應,生成橙紅色的吲哚酚安替吡啉染料,其顯色液在510 nm波長處有最大吸收[7].有關反應式為:

徐社陽等[8]通過GC-M S測定木醋液成分,其中含有14種酚類化合物,主要為苯酚、鄰苯二酚、3-甲基苯酚、2-甲基苯酚、對甲氧基苯酚等.表1列出了各種酚類物質與4-氨基安替吡啉反應顯色的情況。從表1中可知,這些酚類化合物絕大部分能與4-氨基安替吡啉反應顯色,并且在一定范圍內符合朗伯-比爾定律.木醋液經過預處理及顯色后,在一定條件下測定其吸光度,通過回歸方程計算可得到其酚類含量.

表1 木醋液中的酚類物質與4-氨基安替吡啉的顯色反應情況Tab.1 Colo r reaction of 4-aminoantipyrine w ith phenols in pyroligneous acid

1.3.2 標準曲線繪制

用超純水配制0.005,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06,0.08 g/L的苯酚標準溶液各100 m L.從以上溶液中各取1 m L,然后向各溶液中依次加入NH3-NH4Cl緩沖溶液0.5 m L、質量分數2%的4-氨基安替吡啉溶液1.0 m L,搖勻,最后加入質量分數8%的鐵氰化鉀溶液1.0 m L.充分混勻后,室溫下放置10 min,立即于510 nm波長處,使用光程為10 mm的石英比色皿,以超純水作為空白,測量吸光度(A).繪制吸光度(A)與苯酚含量(C)的標準曲線,回歸方程為C=0.031 3A-0.003 1,相關系數R2=0.999 1,線性范圍為0.005～0.08 g/L.

1.3.3 樣品測定

按照稀釋因子500,250,100,50,40用超純水稀釋木醋液,從以上溶液中各取1 m L,然后依次加入0.5 m L NH3-NH4Cl緩沖溶液、1.0 mL 4-氨基安替吡啉溶液、1.0 mL鐵氰化鉀溶液,搖勻,室溫下放置10 min后立即于510 nm處,使用光程為10 mm的石英比色皿,以超純水為空白,測量吸光度(A),通過標準曲線得到樣品的酚類含量(C).

2 結果與討論

2.1 最佳吸收波長的選擇

將0.01 g/L的苯酚標準溶液、0.005 g/L的木醋液分別與4-氨基安替吡啉顯色后于450～650 nm波長范圍內掃描.結果表明,兩者吸收曲線均在510 nm處出現(xiàn)最大吸收峰,并且吸收較為穩(wěn)定,因此選擇510 nm作為最佳吸收波長.

2.2 放置時間對顯色穩(wěn)定性的影響

取6.6 mg/L的木醋液與20 mg/L的苯酚標準溶液1 m L,按照樣品與顯色液放置時間的不同,分別于波長510 nm處測定吸光度.木醋液與苯酚的吸光度隨放置時間的變化關系見圖1、圖2.

從以上關系曲線可以看出,隨反應時間的延長,顯色液吸光度先增大后減小,因此需要嚴格控制反應時間.放置時間為10 min時,吸光度較大,因此選擇反應時間10 min.

2.3 稀釋因子的選擇

由于木醋液樣品中酚類含量過高,難以用直接顯色法測定,故采用稀釋的方法使木醋液中的酚類含量在0.001～0.08 g/L線性范圍之內.通過實驗發(fā)現(xiàn)稀釋因子在500～40范圍內時,木醋液中的酚含量在0.001～0.08g/L線性范圍內,并且稀釋因子的倒數與樣品的吸光度呈良好的線性關系.按稀釋因子500,250, 100,50,40稀釋木醋液,然后從以上溶液中各取1 mL,按照1.3. 3方法測定各樣品的吸光度值,則稀釋因子的倒數與吸光度關系曲線的回歸方程為Y=105.136 7X+0.141 5,R2=0.994 7.樣品吸光度與稀釋因子倒數的關系如圖3所示.

圖3 樣品吸光度與稀釋因子倒數的關系曲線Fig.3 Relation of abso rbency and the recip rocal value of dilution factor

由于木醋液成分復雜,含有多種有機物,當稀釋因子小于40時,待測樣品中其他有機化合物(如酸、酮、呋喃等)的含量增大,這些有機化合物對酚顯色反應產生較大影響,使吸光度的測定值開始偏離直線.同時,稀釋因子越小,待測樣品中的酚含量越高,當稀釋因子過小時,顯色液的吸光度值過大,超出測量范圍.為了減少木醋液中其他成分對顯色反應的影響以及保證測定值在線性范圍內,選擇稀釋因子大于40時進行測定,結果較為可靠.當稀釋因子>500時,盡管減弱了木醋液中其他成分對苯酚顯色反應的影響,然而同時也減小了酚類物質的濃度,降低了儀器的靈敏度,增大了誤差.因此,選擇稀釋因子在40～500范圍內是較為準確、可靠的.

2.4 不同稀釋因子下的重復性實驗

取木醋液5份,在500～40范圍內按照不同的稀釋因子稀釋木醋液,然后從以上溶液中各取1 mL,按照

1.3.3 方法測定各樣品的吸光度值,取平均值,結果見表2.

由表2可知按不同稀釋因子測定的木醋液其酚類平均含量為3.40 g/L,相對標準偏差為0.38%.實驗結果與Loo等[9]利用Folin-Ciocalteu法所測的2.47 g/L稍有差別,原因可能是木醋液原料的不同以及實驗方法的不同引起.

表2 木醋液樣品測定結果Tab.2 Determination results of pyroligneous acid

2.5 加標回收實驗

取稀釋因子500,250,100,50,40的木醋液0.5 m L于5 mL的容量瓶中,然后分別依次加入0.02 g/L的苯酚標準溶液0.5 m L,再依次加入0.5 m L NH3-NH4Cl緩沖溶液、1.0 m L 4-氨基安替吡啉溶液、1.0 m L鐵氰化鉀溶液,搖勻,放置10 min后立即于510 nm處測量吸光度.以超純水為空白,通過標準曲線得到樣品的酚濃度.按照加標回收率的計算公式計算回收率,計算公式為

式中:P為加標回收率;c1為試樣濃度;c2為加標試樣濃度;c3為加標量.

表3 木醋液加標回收實驗測定結果Tab.3 Determination results of added pyroligneous acid

2.6 減壓蒸餾對酚類回收率的測定

通過GC-M S分析可知,木醋液中主要含鄰甲氧基苯酚、苯酚、間甲基苯酚等酚類化合物,這些酚類物質在常壓下的沸點一般都低于230℃.為減少預處理過程對酚類物質的損失及高溫對木醋液成分的影響,采用減壓蒸餾法脫除深黑色焦油及雜質.原木醋液經簡單過濾后,取500 m L木醋液于1 000 m L蒸餾燒瓶中,加入0.5 g苯酚標準品,在180℃、8～10 kPa條件下進行蒸餾.重復以上實驗6次,結果見表4.

表4 加標木醋液減壓蒸餾回收率測定結果Tab.4 The recovery of added pyroligneous acid by vacuum distillation

通過以上數據可知,在180℃、8～10 kPa條件下對木醋液進行減壓蒸餾,苯酚的平均回收率達到96.5%,實驗結果表明此預處理方法可以脫除焦油及雜質,同時可以有效回收絕大部分酚類物質.

3 結論

本文首次利用4-氨基安替吡啉分光光度法測定木醋液中的酚類含量.實驗證明,苯酚標準溶液在0.001～0.08 g/L范圍內與吸光度具有良好的線性關系(R2=0.999 1),回歸方程C=0.031 3A-0.003 1.通過稀釋因子的倒數與樣品的吸光度之間的線性關系,選定稀釋因子的線性范圍為40～500.木醋液中酚含量的測定值為3.40 g/L,相對標準偏差為0.38%.為了驗證測定結果,進行了加標回收實驗,苯酚加標回收率為99.4%,從而驗證了結果的可靠性.同時對粗木醋液的預處理進行了加標回收實驗,平均回收率為96.5%,證明此預處理方法可以有效地回收酚類物質,減少損失.

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Determ ination of Phenolic Content in Pyroligneous Acid by 4-Am inoantipyrine Spectrophotometry

SH IWen, ZHANG Chang-sen, XU Xing-min, ZHANG Shao-hui, ZHANG Rui-qin
(Research Institute of Environmental Science,Department of Chem istry, Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China)

A new method is developed fo r the determ ination of phenolic content in pyroligneous acid by 4-aminoantipyrine spectrophotometry.The results indicate that dilution factor is in range of 40～500,and the reaction time is 10 min.By p lotting phenols content against abso rbence,a linear relationship isobtained(R2=0.994 7).The linear range of phenols content vs absorbence is from 0.005 to 0.08 g/L.W ith different dilution facto rs,phenols content is determined in pyroligneous acid,and the relative standard deviations(RSD)is 0.38%.The average recovery rate of the samp le is 99.4%,as well as the average recovery rate of added pyroligneous acid by vacuum distillation is 96.5%.

pyroligneous acid;4-aminoantipyrine;spectrophotometry;phenolic compound

O 656.3

A

1671-6841(2010)03-0093-05

2009-12-01

河南省科技廳資助項目,編號74300510015.

石文(1983-),男,碩士研究生,主要從事生物質可再生能源的轉化與利用,E-mail:shiw ensky@126.com;通訊聯(lián)系人:張瑞芹(1965-),女,教授,主要從事生物質可再生能源及環(huán)境化學研究,E-mail:rqzhang@zzu.edu.cn.