常見飲料中咖啡因的拉曼光譜定性檢測

彭 軍,梁敏華,馮錦澎

(廣州大學(xué),廣東 廣州 510006)

常見飲料中咖啡因的拉曼光譜定性檢測

彭 軍,梁敏華,馮錦澎

(廣州大學(xué),廣東 廣州 510006)

利用激光拉曼光譜儀在微弱光信號檢測方面的優(yōu)點,用測試范圍200 nm-800 nm,測試精度0.1nm的激光拉曼光譜儀對幾種常見飲料進行測試,將265nm處咖啡因特征峰作為判斷依據(jù),定性檢出飲料中含有咖啡因。

咖啡因;樣品提取;拉曼光譜;特征譜

1 應(yīng)用拉曼光譜檢測飲料中所含咖啡因的優(yōu)勢

咖啡因又叫咖啡堿,是一種生物堿,存在于茶葉、咖啡、可可等植物中。作為一種弱堿性化合物,咖啡因可溶于氯仿、丙醇、乙醇和熱水中。咖啡因純品熔點235～236℃,含結(jié)晶水的咖啡因是無色針狀晶體,在100℃時失去結(jié)晶水,并開始升華,120℃時顯著升華,178℃時迅速升華。利用這一性質(zhì)可純化咖啡因?？Х纫虻慕Y(jié)構(gòu)式為:

咖啡因(1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤)

在商場貨架上展示的各種飲料中都含有咖啡因。適量食用咖啡因有祛除疲勞、興奮神經(jīng)等作用。大量或長期攝取咖啡因有損人體的健康,對孕婦、兒童尤其不利?？Х纫蚴蔷耦愃幬?在我國屬毒品管制物,其毒性可引發(fā)心臟病,對人體骨骼狀況及鈣平衡產(chǎn)生不利影響等。

激光拉曼光譜可對樣品中小含量物質(zhì)檢出,對液體的檢測尤其簡便、快速、可靠。用激光拉曼檢測手段可降低有機溶劑消耗,縮短分析時間,由于樣品處理大多可采用液體稀釋的方法,拉曼光譜檢測不但高效,還具有更高的準(zhǔn)確率,在短時間定性檢測上有明顯優(yōu)勢。

本實驗研究采用天津港東LRS-2/3型激光拉曼光譜儀進行光譜測試。

2 飲料樣品處理

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品——茶葉中萃取的高純度咖啡因

從茶葉中提取咖啡因有很多方法,其中以索氏提取法最為簡便,樣品處理分為提取、蒸餾、升華3個步驟[1-2]。

圖1 茶葉樣品萃取處理裝置

圖1中1為索氏提取器(燒瓶,提取筒,球型冷凝管)。將研細的固體物質(zhì)裝入濾紙筒內(nèi),再置于抽凝筒,燒瓶內(nèi)盛溶液,并與抽提筒相連,抽提筒索氏提取器上端接冷凝管。溶劑受熱沸騰,其蒸氣沿抽提筒側(cè)管上升至冷凝管,冷凝為液體,滴入濾紙筒中,并浸泡筒中的樣品。當(dāng)液滴超過虹吸管最高處時,即虹吸回流燒瓶,從而萃取出溶于溶劑的部分物質(zhì)。圖1中2為蒸餾裝置(三口管,彎尾管,錐形瓶,直型冷凝管,蒸發(fā)皿)。蒸出大部分乙醇,除去水分(不能干,成粉末狀即可止)。圖1中3為升華裝置(蒸發(fā)皿,漏斗,濾紙,棉花)升華出白色針狀的晶體。

本實驗采用國產(chǎn)紅茶萃取的99.7%咖啡因作為標(biāo)準(zhǔn)樣品,比對其他各種常見飲料的拉曼光譜。

2.2 茶飲料、可樂、運動功能飲料、涼茶等飲料的樣品處理

2.2.1 實驗溶劑

對樣品稀釋可采用乙醇、純水作為溶劑,用純水稀釋效果優(yōu)于乙醇。

由實驗觀察可知,咖啡因樣品在無水乙醇中會發(fā)生一定的化學(xué)能量反應(yīng),使咖啡因特征譜產(chǎn)生移動,乙醇光譜相對復(fù)雜,在拉曼光譜中體現(xiàn)為多組能量峰,往往掩蓋咖啡因能量峰或造成干擾,對檢測不利。改用純凈水作為實驗溶劑,稀釋后液體的532nm光源透過率增加,散射特征譜明顯。

2.2.2 液體飲料樣品處理

本實驗選取比較常見的茶飲料、可樂、咖啡、功能飲料和罐裝涼茶作為檢測目標(biāo),通過物理的離心、過濾、靜置等手段對樣品進行處理[3]。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)樣品——茶葉中提取的高純度咖啡因拉曼光譜

圖4 可樂飲料咖啡因拉曼光譜

(1)可樂樣品處理

①置備可樂50 mL;

②在20℃下對可樂進行30 min的超聲脫氣;

③取脫氣可樂10 mL,通過混纖微孔濾膜,棄去最初5mL,保留后5mL備用。

(2)咖啡型飲料樣品處理

①將飲料溶液過濾后,置于800D離心機內(nèi)離心3min;

②用注射器吸取底層清液,取3mL備用。

(3)茶飲料、運動功能飲料、罐裝涼茶樣品處理

①取茶飲料、某維生素/牛磺酸功能飲料、某品牌廣東涼茶各10 mL,于室溫內(nèi)放置30 min;

②用濾紙對樣品進行過濾,取樣備用。

3 拉曼光譜咖啡因定性檢測

3.1 定性檢測

以上各液體飲料的稀釋液分別置于拉曼光譜儀鉛直液體管中,檢測其拉曼光譜,均找到265nm處明顯特征峰,與標(biāo)準(zhǔn)樣品光譜值一致。標(biāo)準(zhǔn)樣品光譜如圖2,各檢測飲料樣品特征譜如圖3～圖7所示。

圖3 茶飲料咖啡因拉曼光譜

圖5 咖啡飲料咖啡因拉曼光譜

圖6 維生素/牛磺酸功能飲料咖啡因拉曼光譜

對比以上樣品的拉曼光譜圖,可以很清楚地看到:各種飲料樣品都在265nm附近都有一個明顯的拉曼光譜峰,這個光譜峰與咖啡因標(biāo)準(zhǔn)樣品的特征峰相同。而在其余的波段,由于樣品的純度問題、溶劑里存在合成飲料的其他物質(zhì),圖線有細微的波動,不過并不明顯。比較各光譜圖,我們可以認(rèn)定這種波動是普遍而微小的,并不影響判斷。

從以上圖中可以更清晰地看到:不論是那種飲料,也不論其咖啡因濃度有多少,其拉曼光譜圖都顯示樣品在相同的波段(265nm)有一個明顯散射峰。

4 結(jié) 論

從以上檢測結(jié)果可知,應(yīng)用激光拉曼光譜儀可檢測到含咖啡因飲料都在265nm波段有明顯峰值,通過與茶葉中提取的高純度咖啡因標(biāo)準(zhǔn)樣品拉曼光譜圖的對比,可以確定該峰值即咖啡因散射峰。由此可知,拉曼光譜在265nm明顯的能量峰可以作為判斷飲料樣品存在咖啡因的一種依據(jù)。與其他現(xiàn)行辦法相比,用拉曼光譜法檢測飲料中含有咖啡因,不需要經(jīng)過繁瑣的萃取或分離流程,只需簡單的物理溶解、去氣、離心等手段就可以處理好樣品,該分析過程具有操作簡便,測定時間短,靈敏度高的優(yōu)點,適用于實驗室對常見飲料中咖啡因的定性檢測。

圖7 某廣東涼茶咖啡因拉曼光

[1]丁明珍,鄒連凱.離心萃取-紫外光譜法測定可樂飲料中咖啡因的含量[J].分析化學(xué)研究簡報,2008,36(3):381-384.

[2]黃攀豪.茶葉中咖啡因的提取和分析[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院報,2008,26(2):48-50.

[3]關(guān)淑霞,朱建喜,于凱.咖啡因的檢測[J].哈爾濱師范大學(xué)學(xué)報,2007,23(1):71-74.

The Qualitative Test of Laser Raman Spectrometer in Common Caffeine Drinks

PENGJun,LIANG Min-hua,FENGJin-peng

(Guangzhou University,Guangzhou 510006)

As laser Raman spectrometer has its advantage in testing signals in dim light,a test of several common drinks has been carried out by laser Raman spectrometer of 200nm-800nm spectrum and 0.1nm accuracy.The finding is that common drinks contain caffeine in the position of 265nm caffeine feature peak under the qualitative test.The sample liquids that laser Raman spectrometer needs can be obtained by chemical extraction and physical dissolving.Physical dissolving is easy tOcarry out as it produces nOmolecular changes that influence the move of wave length.

caffeine;sampling;Raman spectrometer;feature spectrum

O433.2

A

1007-2934(2011)03-0029-03

2010-10-22