食品中檸檬酸的阻抑動力學(xué)光度法檢測

蔡 艷，高 燁，王曉菊

檸檬酸廣泛存在于動植物組織和各種水果、蔬菜中，是對人體有益的一種物質(zhì)。檸檬酸與人類的健康密切相關(guān)，可增強體內(nèi)正常代謝，而且在食品工業(yè)上經(jīng)常作為食品添加劑。雖然檸檬酸對人體無直接危害，但它可以促進體內(nèi)鈣的排泄和沉積，如長期食用含檸檬酸的食品，有可能導(dǎo)致低鈣血癥。因此，檸檬酸的測定在食品工業(yè)中都具有重要的意義。目前，已報道的測定檸檬酸的方法有離子交換色譜法[1]、高效液相色譜法[2]、毛細(xì)管電泳法[3]、流動注射化學(xué)發(fā)光法[4]、紅外光譜技術(shù)法[5]、電分析法[6]、熒光猝滅法[7]、分光光度法[8]、核磁共振法[9]、質(zhì)譜法[10]等。

催化動力學(xué)光度法具有選擇性好，所需儀器設(shè)備簡單等特點，近年來漸受重視，廣泛用于各種元素的測定，在痕量檸檬酸的測定中已有應(yīng)用[11-12]，但以中性紅為指示劑，分析測定痕量檸檬酸的研究尚未見報道。

研究表明，在硫酸和十六烷基三甲基溴化銨介質(zhì)中，痕量檸檬酸對H2O2氧化中性紅的褪色反應(yīng)有較強的阻抑作用，且在一定濃度范圍內(nèi)，體系的吸光度變化值與檸檬酸濃度之間有較好的線性關(guān)系。由此，本文建立了一種表面活性劑增敏阻抑催化動力學(xué)光度法測定痕量檸檬酸的新方法。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

723 型可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；SDC-6型數(shù)控低溫超級恒溫槽(重慶試驗設(shè)備廠)。

檸檬酸標(biāo)準(zhǔn)溶液：按常規(guī)方法配制1.0 g·L-1的檸檬酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，臨用前稀釋成1.0μg·mL-1工作液。硫酸溶液：1.0 mol·L-1；中性紅溶液(Neutral red,NR)：1.0×10-3mol·L-1；過氧化氫溶液：3%（體積分?jǐn)?shù)）；十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)溶液：1.0×10-3mol·L-1；Fe3+溶液：0.01 g·L-1。所用試劑均為分析純或優(yōu)級純，實驗用水為二次石英亞沸蒸餾水。

1.2 實驗方法

于2支25mL具塞比色管中分別依次加入2.0 mL硫酸溶液，1.0 mL中性紅溶液,1.0 mLCTMAB溶液,1.0 mLFe(Ⅲ)溶液，2.0 mL過氧化氫溶液，其中一支具塞比色管加入一定量的檸檬酸工作溶液（為阻抑反應(yīng)體系），另一支不加檸檬酸工作溶液（非阻抑反應(yīng)體系），加水稀釋至刻度，搖勻后置于80℃水浴中加熱15 min，同時取出冰水冷卻20 min。用1.0cm比色皿在520 nm處分別測量阻抑反應(yīng)體系的吸光度A和非阻抑反應(yīng)體系的吸光度A0，計算ΔA=A-A0。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸收曲線

配制不同體系的溶液，按照試驗方法在分光光度計上掃描吸收光譜，得吸收曲線(圖1)。圖1中曲線2和曲線3表明，檸檬酸在硫酸介質(zhì)中對Fe(Ⅲ)催化過氧化氫氧化中性紅的褪色反應(yīng)中具有顯著的抑制作用，使吸光度值增大。在上述反應(yīng)體系中加入表面活性劑CTMAB后，使體系的吸光度差值增大，由此可知CTMAB具有增敏作用。從圖1還可以看出，各條曲線均在520 nm處有最大吸收峰，故試驗選擇520 nm為工作波長。

2.2 反應(yīng)條件

2.2.1 反應(yīng)介質(zhì)的選擇

試驗了硫酸、乙酸、乙酸-乙酸鈉、氯化銨-一水合氨、一水合氨溶液等多種介質(zhì)，用量1.0 mL測其ΔA。實驗結(jié)果表明硫酸對該指示反應(yīng)增敏效果最好，ΔA值最大；考察硫酸用量，其用量在1.8～2.2mL時ΔA達最大，所以本法選擇1.0 mol·L-1硫酸溶液為反應(yīng)介質(zhì)，最佳用量2.0mL。

2.2.2 表面活性劑的選擇

分別實驗了陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉,陽離子表面活性劑溴化十六烷基吡啶、氯化十六烷基吡啶、十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)，非離子表面活性劑乳化劑OP等對反應(yīng)的影響。實驗表明，只有CTMAB有增敏作用，效果最好，吸光度明顯降低，選用1.0mL CTMAB，體系ΔA數(shù)值最大，且重現(xiàn)性較好。所以選擇CTMAB為增敏劑，其用量為1.0mL。

2.2.3 試劑用量的選擇

按實驗方法試驗不同體積的中性紅溶液，實驗結(jié)果表明，中性紅用量在1.0 mL時，ΔA數(shù)值最大，所以中性紅指示劑實際用量為1.0mL。僅改變過氧化氫，隨著過氧化氫用量的增大，阻抑和非阻抑反應(yīng)速率均增大，但程度不同。當(dāng)過氧化氫用量為2.0 mL時，ΔA最大且穩(wěn)定重現(xiàn)性好。故實驗選用過氧化氫的用量為2.0 mL。僅改變Fe(Ⅲ)的用量，其用量在為0.8～1.2 mL范圍時，ΔA達最大。故實驗選用Fe(Ⅲ)用量為1.0 mL。

2.2.4 反應(yīng)時間的選擇和速率常數(shù)

考察加熱時間對阻抑反應(yīng)的影響，實驗表明，加熱反應(yīng)時間在2～15 min內(nèi)ΔA與時間t有良好直線關(guān)系，因此該阻抑反應(yīng)可被看作是假零級反應(yīng)。其線性回歸方程為：△A=-2.38×10-3t+0.013，表觀速率常數(shù)k為2.38×10-3mol·L-1·min-1。若加熱時間延長15 min，△A逐漸下降，故本法選反應(yīng)時間為15 min。

2.2.5 反應(yīng)的終止及體系穩(wěn)定性

由于冰水下本阻抑反應(yīng)體系幾乎不反應(yīng)，因此可以通過冰水中冷卻20 min終止反應(yīng)。實驗表明，冰水中冷卻20 min，2 h內(nèi)吸光度幾乎不變，表明本阻抑反應(yīng)具有很好的穩(wěn)定性。

2.2.6 反應(yīng)溫度的選擇和反應(yīng)活化能

按實驗方法進行測定，隨溫度升高,反應(yīng)速度加快，反應(yīng)溫度在60℃～800℃之間反應(yīng)速率迅速加快，800℃時ΔA達到最大，實驗中選擇反應(yīng)溫度為800℃。

反應(yīng)溫度在70℃～80℃間時，測定不同溫度下的表觀速率常數(shù)k，用-lnk對1/T（開爾文溫度K）作圖得直線方程，求得阻抑反應(yīng)表觀活化能Ea=126.2kJ·mol-1。

圖1 吸收光譜

2.3 校準(zhǔn)曲線

在上述選定的實驗條件下，阻抑體系的吸光度和非阻抑反應(yīng)的吸光度之差ΔA與檸檬酸的質(zhì)量濃度C在0.8～200μg·L-1范圍內(nèi)成直線關(guān)系，線性回歸方程為△A=2.87×10-3C（μg·L-1）+0.0179，相關(guān)系數(shù)R=0.9991。對空白進行11次重復(fù)測定，所得結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差Sbc＝2.4×10-3，用空白試液的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以校準(zhǔn)曲線的斜率（3Sbc/K）求得檸檬酸的檢出限為2.51×10-6g·L-1。

另外，按實驗方繪制不加入CTMAB時檸檬酸質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，其回歸方程為：△A=4.28×10-4C（μg·L-1）+0.0191，相關(guān)系數(shù)r=0.9926。對比加入及不加CTMAB時的工作曲線可看出，其斜率相差6倍?？梢?，由于加入增敏劑，靈敏度提高了近6倍。

2.4 干擾試實驗

考察了20多種常見共存離子及有機物質(zhì)對25mL溶液中含1.0μg檸檬酸的影響,結(jié)果表明，當(dāng)相對誤差不大±5%時，共存物的允許倍數(shù)為:1000倍的K+、Na+、Ac-、NO-3、SO2-4Mo(VI)、Zn2+、F-； 500倍的Cd2+、Co2+、Ni2+、Cr(VI)、Pb2+、Mg2+、Ba2+、VO-3、PO3-4；300倍的氨基乙酸、尿酸、酒石酸、苦味酸；100倍的苯胺、鹽酸羥胺、間苯三酚；50倍的甲醛、間苯二酚、EDTA；30倍的草酸等不干擾檸檬酸的測定。

2.5 樣品分析

將不同廠家生產(chǎn)的汽水適當(dāng)稀釋，取一定量按實驗方法進行分析測定，并做加標(biāo)回收實驗，結(jié)果見表1。

表1 樣品測定結(jié)果

3 結(jié)論

基于在H2SO4和陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨溶液中檸檬酸對Fe(Ⅲ)催化H2O2氧化中性紅的褪色反應(yīng)具有抑制作用，從而提出了一種阻抑褪色動力學(xué)光度法測定汽水中痕量檸檬酸的新方法。檸檬酸濃度在0.8～200μg·L-1范圍內(nèi)，具有良好的線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為γ=0.9991。方法準(zhǔn)確可靠，精密度好，回收率在98.5%～102%之間。

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