氧化鈣黃綠素光度法測定酒中的微量錳

劉英紅，李艷輝，衡李娟

(淮海工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005)

氧化鈣黃綠素光度法測定酒中的微量錳

劉英紅，李艷輝，衡李娟

(淮海工學(xué)院化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005)

建立測定酒中微量錳的新方法-氧化鈣黃綠素光度法。在硫酸介質(zhì)中，鈣黃綠素能夠被錳(Ⅶ)氧化而褪色，且褪色程度和高錳酸鉀的質(zhì)量濃度呈線性關(guān)系。用鉍酸鈉將樣品中的錳元素全部轉(zhuǎn)化為錳(Ⅶ)，從而采用分光光度法對(duì)錳進(jìn)行測定。在最大吸收波長480nm處，錳的質(zhì)量濃度在0～2.7μg/mL范圍內(nèi)符合朗伯比爾定律，方法的檢出限為0.014μg/mL，表觀摩爾吸光系數(shù)為1.74×104L/(mol·cm)。將此方法用于幾種酒中錳的測定，結(jié)果與原子吸收分光光度法(AAS)的測定結(jié)果一致，加標(biāo)回收率在97.0%～102.7%之間。

錳；分光光度法；鈣黃綠素；酒

酒是人類生活中的重要飲料之一，從文化娛樂到飲食烹飪、養(yǎng)生保健等各方面，酒在人們生活中都占有重要的位置。錳是人體必需的微量元素之一，對(duì)維持人體生命活動(dòng)具有重要的作用。錳參與人體糖、脂肪代謝，凝血機(jī)制、生長發(fā)育神經(jīng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)等都與錳的生物學(xué)作用有關(guān)。錳元素還有助于維持血糖的平衡，參與多種酶的合成及激活[1]。錳缺乏影響人體的生殖功能、脂質(zhì)代謝、糖代謝和免疫功能，還可能造成智力低下、運(yùn)動(dòng)失調(diào)和平衡障礙以及骨骼生成障礙等，而人體中錳過多會(huì)引起錳中毒，使中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，表現(xiàn)出頭暈、記憶力減退、嗜睡和精神萎靡等癥狀[2-3]。所以，從保障人民健康的角度，在衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了錳在酒中的質(zhì)量濃度不得超過2mg/L(以Mn計(jì))。錳的質(zhì)量濃度高低是評(píng)價(jià)酒的衛(wèi)生質(zhì)量的重要指標(biāo)[4]。

現(xiàn)有文獻(xiàn)中，對(duì)于錳的測定方法主要有分光光度法[5-8]、原子吸收分光光度法[9-10]、伏安分析法[11-12]、極譜法[13]、熒光光度法[14-15]和共振散射法[16]等。其中原子吸收分光光度法(atomic absorption spectrophotometry，AAS)是國家標(biāo)準(zhǔn)方法[17]，但該方法所用的儀器比較昂貴，難以普及，且在原子化過程中易受各種因素干擾，因而精密度較差。而伏安分析法采用固體電極進(jìn)行測定，電極處理過程比較繁瑣。分光光度法因其具有儀器簡單、操作簡便、測定快速、準(zhǔn)確度和精密度好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。本實(shí)驗(yàn)在酸性條件下，用鉍酸鈉將樣品中的錳全部轉(zhuǎn)化為錳(Ⅶ)，再利用強(qiáng)酸性條件下錳(Ⅶ)的氧化性，將試劑鈣黃綠素氧化，氧化前后溶液吸光度的變化值和錳的質(zhì)量濃度成正比，據(jù)此建立測定微量錳的分光光度法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白酒、啤酒及葡萄酒樣品 市售。

高錳酸鉀 南京化學(xué)試劑有限公司；硫酸錳、硫酸、磷酸、硝酸、高氯酸 天津市化學(xué)試劑有限公司；鈣黃綠素、鉍酸鈉 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；所用試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

Mn(Ⅶ)標(biāo)準(zhǔn)溶液：按常規(guī)方法配制0.02mol/L KMnO4溶液，用草酸鈉作基準(zhǔn)物標(biāo)定其準(zhǔn)確濃度，使用時(shí)稀釋為10μg/mL標(biāo)準(zhǔn)工作溶液；Mn(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)溶液(1.0g/L)；鈣黃綠素溶液(0.4g/L)；硫磷混酸溶液：1.0mol/L硫酸和1.0mol/L磷酸等體積混合。

1.2 儀器與設(shè)備

WFZ UV-2000型紫外-可見分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司；TAS-990AFG型原子吸收分光光度計(jì)北京普析通用儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的預(yù)處理方法

準(zhǔn)確移取酒樣50.0mL于100mL燒杯中，加熱除去乙醇后，加入濃硫酸和濃硝酸各2.0mL，加熱消化至白煙冒盡，取下冷卻，定量轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，作為樣品溶液。

1.3.2 測定方法

準(zhǔn)確吸取適量Mn(Ⅶ)標(biāo)準(zhǔn)工作溶液于10mL比色管中，加入3.0mL 硫磷混酸溶液和1.5mL鈣黃綠素溶液，用水稀釋至刻度線并搖勻，室溫反應(yīng)5min，同時(shí)配制不含Mn(Ⅶ)的試劑空白溶液，以水為參比進(jìn)行波長掃描，或分別測定480nm波長處試劑空白溶液的吸光度A0和待測溶液的吸光度A，并計(jì)算ΔA=A0－A。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸收曲線

圖1 吸收光譜Fig.1 Absorption spectra

按照測定方法配制溶液，分別對(duì)待測溶液和試劑空白溶液進(jìn)行波長掃描并繪制吸收曲線，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，和試劑空白溶液相比，加入Mn(Ⅶ)的待測溶液產(chǎn)生明顯的褪色效應(yīng)，且在波長480nm波長處體系的褪色效果最明顯，所以選擇480nm作為測定波長。

2.2 酸度的影響

Mn(Ⅶ)的氧化能力以及氧化產(chǎn)物與溶液的酸度有很大的關(guān)系。在強(qiáng)酸性溶液中Mn(Ⅶ)的氧化能力最強(qiáng)，所以本實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行測定。由于硝酸的氧化性和鹽酸的誘導(dǎo)作用，會(huì)使測定產(chǎn)生誤差，故實(shí)驗(yàn)不能選擇鹽酸和硝酸作為反應(yīng)介質(zhì)。分別考察硫酸、磷酸和硫磷混酸對(duì)體系的影響，結(jié)果表明硫磷混酸作為反應(yīng)介質(zhì)時(shí)褪色效果最明顯。當(dāng)加入的硫磷混酸的體積在2.0～5.0mL時(shí)，體系的吸光度達(dá)到最大且穩(wěn)定，如圖2所示。本實(shí)驗(yàn)選擇加入3.0mL硫磷混酸作為反應(yīng)介質(zhì)。

圖2 硫磷混酸用量的影響Fig.2 Effect of sulfuric acid dosage on absorbance

2.3 鈣黃綠素用量的影響

固定硫磷混酸的用量為3.0mL，逐漸改變鈣黃綠素溶液的加入體積，考察鈣黃綠素用量對(duì)測定1.0μg/mL Mn(Ⅶ)的吸光度的影響，結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明，鈣黃綠素溶液的用量小于1.2mL時(shí)，吸光度隨著鈣黃綠素體積的增加而增加，說明反應(yīng)不完全。鈣黃綠素用量在1.2～2.0mL范圍內(nèi)時(shí)，體系的吸光度達(dá)到最大且保持穩(wěn)定。所以選擇加入1.5mL鈣黃綠素溶液。

圖3 鈣黃綠素體積的影響Fig.3 Effect of calcein dosage on absorbance

2.4 反應(yīng)時(shí)間的影響

固定硫磷混酸溶液的體積和鈣黃綠素溶液的體積分別為3.0mL和1.5mL，逐漸改變反應(yīng)時(shí)間，測定1.0μg/mL的Mn(Ⅶ)，考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)體系吸光度的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可見，該褪色反應(yīng)在室溫反應(yīng)速度很快，體系吸光度在1min內(nèi)即可達(dá)到最大值，并在至少2h內(nèi)保持穩(wěn)定。選擇室溫反應(yīng)5min進(jìn)行測定。

圖4 反應(yīng)時(shí)間的影響Fig.4 Effect of reaction time on absorbance

2.5 共存離子的影響

對(duì)于1.0μg/mL Mn(Ⅶ)，加入干擾離子和不加干擾離子測定的相對(duì)誤差小于±5%時(shí)，3000倍的 Na+、K+、NH4+、SO42-/Mg2+；1500 倍的 Al3+、Ca2+、Zn2+；600倍的 Cu2+、Cr3+；300 倍的 Cl-、 NO3-；100 倍的 Fe2+；50倍的Ag+；2.0mL 10g/L酒石酸鈉溶液存在下，500倍的Fe3+不干擾測定。

2.6 工作曲線和檢出限

吸取不同量的Mn(Ⅱ)工作溶液于10mL比色管中，加硫磷混酸3.0mL，用水稀釋至8mL左右，加入鉍酸鈉5mg于沸水浴上加熱10min，冷卻后用5號(hào)玻璃砂芯漏斗過濾，取濾液于10mL比色管中加入1.5mL鈣黃綠素溶液，稀釋至刻度。按實(shí)驗(yàn)方法測定不同溶液的吸光度，繪制工作曲線。錳的質(zhì)量濃度在0～2.7μg/mL范圍內(nèi)符合朗伯-比耳定律，工作曲線的線性回歸方程為ΔA=0.316c＋0.0212，線性相關(guān)系數(shù)r=0.9994，表觀摩爾吸光系數(shù)ε=1.74×104L/(mol·cm)。對(duì)試劑空白進(jìn)行11次平行測定，利用3S/K(S為對(duì)試劑空白進(jìn)行11次測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，K為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率)求得方法的檢出限為0.014μg/mL。

2.7 樣品分析

將本方法用于市場購買的幾種酒中錳的測定。準(zhǔn)確移取2.0mL處理好的樣品溶液，按照工作曲線的測定方法測定樣品溶液的吸光度，最后按照標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程計(jì)算樣品中錳的質(zhì)量濃度，將測定結(jié)果與原子吸收分光光度法(AAS)進(jìn)行比較，同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)回收率在97.0%～102.7%之間，結(jié)果如表1所示。測定結(jié)果表明所測定的幾種酒中，錳的質(zhì)量濃度均小于2mg/L，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

表1 樣品測定結(jié)果與回收率(n=7)Table 1 Analytical results and recovery rate of samples (n=7)

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)利用錳(Ⅶ)的氧化性，采用分光光度法對(duì)微量錳進(jìn)行測定。將本方法用于白酒、啤酒和葡萄酒等幾種酒中微量錳的測定，并與原子吸收分光光度法(AAS)的測定結(jié)果相比較，結(jié)果滿意。方法采用了簡單、廉價(jià)的分光光度計(jì)和常見的分析試劑鈣黃綠素，使得該方法易于普及，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。除酒類飲料之外，該方法還可以進(jìn)一步推廣，用于其他類食品中微量錳的測定。

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Spectrophotometric Determination of Manganese in Wine by Calcein Oxide

LIU Ying-hong，LI Yan-hui，HENG Li-juan
(College of Chemical Engineering, Huaihai Institute of Technology, Lianyungang 222005, China)

A new spectrophotometric method for determining manganese in wine was established by calcein oxide. In sulfuric acid medium, calcein can be oxidized by manganese (VII) oxide to fade. A linear relationship between fading and the concentration of potassium permanganate was observed. The decreased absorbance proportional to the concentration of Mn (Ⅶ) oxidized by sodium bismuth could be determined by spectrophotometry. The maximum absorption was at 480 nm and the apparent molar absorption coefficient was 1.74 × 104L/(mol·cm). The absorbance obeyed the Beer,s law in Mn (Ⅶ) concentration range of 0 to 2.7 μ g/mL and the detection limit was 0.014 μg/mL. This developed method can result in results consistent with those from atomic absorption spectrophotometry. The spike recovery rates in beer, liquor and wine were between 97.0% and 102.7%.

manganese；spectrophotometry；calcein；wine

O657.32

A

1002-6630(2011)10-0180-03

2010-08-05

淮海工學(xué)院自然科學(xué)校內(nèi)課題(2010150014)；江蘇省高校自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(05KJB15003)；江蘇省海洋生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目(2005HS010)

劉英紅(1978—)，女，講師，碩士，研究方向?yàn)榉治龌瘜W(xué)。E-mail：liuyh9506@163.com