催化氧化熒光法測定防腐劑苯甲酸

周福林，宋少飛，弓巧娟，張穩(wěn)嬋，周 蓓

(運(yùn)城學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000)

催化氧化熒光法測定防腐劑苯甲酸

周福林，宋少飛，弓巧娟，張穩(wěn)嬋，周 蓓

(運(yùn)城學(xué)院應(yīng)用化學(xué)系，山西 運(yùn)城 044000)

在pH8的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液中，Co2+催化KBrO3氧化苯甲酸產(chǎn)生強(qiáng)熒光，建立催化氧化熒光法間接測定苯甲酸的新方法。在最優(yōu)化條件下，苯甲酸質(zhì)量濃度在5×10-7～3×10-5g/mL范圍內(nèi)與熒光強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系，方法的檢出限為2×10-8g/mL。對(duì)質(zhì)量濃度為1×10-6g/mL的苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行11次平行測定，得相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.9%。該法應(yīng)用于食醋及醬油中苯甲酸的測定，回收率為95.7%～101.6%，結(jié)果令人滿意。

催化氧化；熒光法；苯甲酸；防腐劑

Abstract：Based on the catalytic effect of cobalt (II) on the oxidation of benzoic acid by potassium bromate in NaH2PO4-Na2HPO4 buffer solution at the condition of pH 8, a new catalytic oxidation fluorometry method was proposed for the indirect determination of benzoic acid. Under optimal determination conditions, an excellent linear relationship between benzoic acid concentration within a range of 5×10-7－3×10-5g/mL and fluorescence intensity was observed. The detection limit of this established method was 2×10-8g/mL. The reproducibility experiments revealed the relative standard deviation (RSD) of 1.9%for benzoic acid solution at the concentration of 1×10-6g/mL. This established method has been applied for the detection of benzoic acid in vinegar and sauce. The recovery rates were in the range of 95.7%－101.6% with satisfactory results.

Key words：catalysis oxidation；fluorimetry；benzoic acid；preservative

苯甲酸又名安息香酸(C6H5COOH)是一種有機(jī)化學(xué)防腐劑，具有殺死或抑制細(xì)菌生長和繁殖的作用，被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)。但是超標(biāo)準(zhǔn)使用防腐劑會(huì)加重人的肝臟負(fù)擔(dān)并引起毒性反應(yīng)，嚴(yán)重?fù)p害人體健康。我國對(duì)防腐劑使用有著嚴(yán)格的規(guī)定[1]，醬油和食醋是人們?nèi)粘ｏ嬍持袕V泛使用的調(diào)味劑，因此測定醬油和食醋中的苯甲酸具有十分重要的意義。

目前，國內(nèi)外對(duì)苯甲酸的測定方法主要有高效液相色譜法[2-7]、氣相色譜法[8-11]和紫外光度法[12-14]，此外，還有毛細(xì)管電泳法[15-16]、離子色譜法[17]、極譜法[18]、化學(xué)發(fā)光法[19]等。催化動(dòng)力學(xué)熒光法具有儀器簡單、靈敏度高、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，用此法研究苯甲酸的報(bào)道目前甚少[20]。本實(shí)驗(yàn)在酸性條件下，Co2+催化KBrO3氧化苯甲酸產(chǎn)生強(qiáng)熒光，建立測定苯甲酸的催化氧化熒光新方法。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

醬油 佛山市海天調(diào)味食品有限公司；白醋 太原市古燈調(diào)味食品有限公司。

1×10-2g/mL苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，臨用時(shí)逐級(jí)稀釋；NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液pH8；0.25mol/L KBrO3溶液、3.125×10-2mol/L Co(NO3)2溶液。實(shí)驗(yàn)所用水均為二次蒸餾水，所用試劑均為分析純。

F-4600 熒光分光光度計(jì) 日本日立公司；FA1104型電子天平 上海恒平科學(xué)儀器有限公司；HHS型電熱恒溫水浴鍋 天津市華北實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 方法

在兩支25mL比色管中，一支加入一定量的苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，另一支不加(空白)，再分別準(zhǔn)確加入2mL NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液，3mL KBrO3溶液，0.8mLCo(NO3)2溶液，用二次蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。在40℃的水浴中加熱18min，冷水冷卻后，以303nm為激發(fā)波長，602nm為發(fā)射波長分別測定它們的熒光強(qiáng)度，催化反應(yīng)熒光強(qiáng)度為I，非催化反應(yīng)熒光強(qiáng)度為I0，計(jì)算ΔI=I－I0。

2 結(jié)果與分析

2.1 激發(fā)和發(fā)射光譜

配制不同體系的溶液(圖1)，用熒光分光光度計(jì)分別繪制激發(fā)和發(fā)射光譜。圖1曲線1、1′是苯甲酸溶液的熒光光譜，曲線2、2′說明KBrO3能氧化苯甲酸發(fā)出強(qiáng)熒光，當(dāng)體系中加入Co(NO3)2后，反應(yīng)速率明顯加快(曲線3、3′)，而且只增強(qiáng)了熒光強(qiáng)度，光譜形狀并沒有改變，說明Co2+對(duì)此反應(yīng)有明顯的催化作用。

圖1 熒光激發(fā)(a)和發(fā)射(b)光譜Fig.1 Excitation and emission spectra of reaction system

2.2 反應(yīng)條件的選擇

2.2.1 波長的選擇

由圖1可見，幾種體系溶液的最大激發(fā)波長和最大發(fā)射波長均在303nm和602nm處。因此，本實(shí)驗(yàn)選最大激發(fā)波長和最大發(fā)射波長分別為303nm和602nm。

2.2.2 緩沖溶液體積的影響

溶液酸度是影響反應(yīng)的重要參數(shù)之一。本實(shí)驗(yàn)選擇磷酸鹽作為緩沖溶液，發(fā)現(xiàn)pH8時(shí)，熒光強(qiáng)度最大，故實(shí)驗(yàn)選用pH8的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液。實(shí)驗(yàn)對(duì)緩沖溶液體積進(jìn)行了考察。如圖2所示，當(dāng)緩沖溶液的體積為2.0mL時(shí)，ΔI最大，固實(shí)驗(yàn)選擇pH8的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液的體積為2.0mL。

圖2 緩沖溶液體積的影響Fig.2 Effect of buffer solution volume on fluorescence intensity

2.2.3 KBrO3濃度的影響

實(shí)驗(yàn)考察0.005～0.035mol/L范圍內(nèi)不同濃度KBrO3對(duì)熒光強(qiáng)度的影響(圖3)。當(dāng)KBrO3濃度為0.03mol/L時(shí)，ΔI最大。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇KBrO3溶液的最佳濃度為0.03mol/L。

圖3 KBrO3濃度的影響Fig.3 Effect of KBrO3concentration on fluorescence intensity

2.2.4 Co(NO3)2濃度的影響

由圖4可見，隨著Co(NO3)2濃度的增大，ΔI也增大，當(dāng)Co(NO3)2濃度大于1.0×10-3mol/L時(shí)，ΔI反而降低。所以Co(NO3)2溶液的最佳濃度為1×10-3mol/L。

圖4 Co(NO3)2濃度的影響Fig.4 Effect of Co(NO3)2concentration on fluorescence intensity

2.2.5 反應(yīng)溫度的影響

實(shí)驗(yàn)對(duì)反應(yīng)溫度進(jìn)行考察，結(jié)果表明(圖5)，當(dāng)溫度為40℃時(shí)，ΔI達(dá)到最大值，所以最佳反應(yīng)溫度為40℃。

圖5 反應(yīng)溫度的影響Fig.5 Effect of reaction temperature on fluorescence intensity

2.2.6 反應(yīng)時(shí)間的影響

ΔI值隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而增大，當(dāng)時(shí)間大于18min時(shí)，ΔI值隨著時(shí)間的增加反而減小(圖6)。所以，本實(shí)驗(yàn)選擇的反應(yīng)時(shí)間為18min。

圖6 反應(yīng)時(shí)間的影響Fig.6 Effect of reaction time on fluorescence intensity

2.3 苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

按上述實(shí)驗(yàn)方法，在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)不同質(zhì)量濃度的苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定。苯甲酸質(zhì)量濃度在5×10-7～3×10-5g/mL范圍內(nèi)與ΔI成線性關(guān)系(圖7)，其回歸方程為ΔI=40.85C＋792.6(C為標(biāo)準(zhǔn)品質(zhì)量濃度/(10-6g/mL))，r=0.9979。

圖7 苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.7 Standard curve establishment for the determination of benzoic acid

2.4 精密度與檢出限

按實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)質(zhì)量濃度為1×10-6g/mL的苯甲酸標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行11次平行測定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.9%，根據(jù)IUPAC建議，計(jì)算出該方法的檢出限是2×10-8g/mL。

2.5 共存離子的影響

實(shí)驗(yàn)考察不同物質(zhì)對(duì)苯甲酸的干擾實(shí)驗(yàn)，對(duì)相同質(zhì)量濃度的苯甲酸(1×10-6g/mL)，測量誤差在±5%以內(nèi)，結(jié)果如下：Na+、K+、Ag+、BrO3-(1000 倍)，Mg2+、Ca2+、Zn2+、Cd2+、NO3-、Cl-(500 倍)，PO43-、Al3+、Cr3+(400倍)，SO42-(350倍)不干擾測定。

2.6 樣品分析

實(shí)驗(yàn)對(duì)醬油和白醋中的苯甲酸進(jìn)行了測定，取醬油和白醋各1mL，稀釋至50mL，分別取稀釋后的樣品溶液1、2、3mL，按2.2節(jié)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定，同時(shí)進(jìn)行了加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 醬油和白醋中苯甲酸的測定結(jié)果(n=6)Table l Determination of benzoic acid in sauce and white vinegar (n=6)

2.7 反應(yīng)機(jī)理研究

在pH8的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液介質(zhì)中，40℃水浴條件下，KBrO3氧化苯甲酸發(fā)出強(qiáng)熒光。反應(yīng)進(jìn)行的較慢，當(dāng)體系中加入Co2+后，反應(yīng)速率明顯加快，熒光強(qiáng)度得到了增強(qiáng)，但光譜形狀沒有改變，可以認(rèn)為Co2+在此體系中起催化作用。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)機(jī)理的探討和該催化反應(yīng)體系的熒光光譜行為[21-22]，推測催化反應(yīng)機(jī)理如下：

圖8 苯甲酸催化反應(yīng)機(jī)理Fig.8 Catalytic reaction mechanism of benzoic acid

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)建立了間接測定苯甲酸的催化氧化熒光新方法，該方法具有靈敏度高，選擇性好，操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。已用于食醋及醬油中苯甲酸的測定，回收率為95.7%～101.6%，結(jié)果令人滿意。

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Determination of Preservative Benzoic Acid by Catalytic Oxidation Fluorometry

ZHOU Fu-lin，SONG Shao-fei，GONG Qiao-juan，ZHANG Wen-chan，ZHOU Bei
(Department of Applied Chemistry, Yuncheng University, Yuncheng 044000, China)

O657. 32

A

1002-6630(2010)22-0417-04

2010-02-06

運(yùn)城學(xué)院2009年度院級(jí)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(JC-2009005)；運(yùn)城學(xué)院基金項(xiàng)目(20060228)；山西省教育廳高等教育研究基金項(xiàng)目(200713033)

周福林(1980—)，女，講師，碩士，主要從事儀器分析及食品分析的應(yīng)用研究。E-mail：ssfzfl@163.com