催化光度法測(cè)定啤酒中痕量錳(Ⅱ)的研究

王華芳

（三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品園林學(xué)院，河南 三門(mén)峽472000）

引言

錳是人體必需的微量元素，具有抗化學(xué)癌變、增進(jìn)食物消化吸收、促進(jìn)青少年骨骼生長(zhǎng)、增強(qiáng)記憶力等功能。人體中錳的來(lái)源主要是食物，測(cè)定食物中的錳離子含量是很必要的，也是必需的。啤酒是日常生活中常見(jiàn)的飲料，啤酒中微量元素錳的測(cè)定對(duì)于人體健康和環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。

催化動(dòng)力學(xué)光度具有高靈敏度、低成本、易操作等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于痕量錳的測(cè)定。常見(jiàn)的測(cè)量體系有錳催化高碘酸鹽氧化有機(jī)試劑光度法[1,2,3]、錳催化過(guò)氧化氫有機(jī)試劑光度法[4,5]、錳催化溴酸鉀、氯酸鉀氧化有機(jī)試劑光度法[6,7]及協(xié)同、雙指示劑催化光度法[8,9,10]等。對(duì)于每一種測(cè)定體系，底物、指示劑不同，適用測(cè)定范圍也各不相同。

本試驗(yàn)選擇錳催化過(guò)氧化氫有機(jī)試劑法，其中有機(jī)試劑選擇的是中性紅，利用在鹽酸介質(zhì)中，利用錳催化過(guò)氧化氫氧化中性紅褪色的原理，建立了測(cè)定啤酒中痕量錳的新催化體系。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)儀器與試劑

1.1.1 主要儀器

TU-1810型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)

（北京普析通用儀器有限公司）

FA604A電子天平

（上海精天電子儀器有限公司）

HH-2恒溫水浴鍋

（金壇市華峰儀器有限公司）

1.1.2 主要試劑

磷酸、硝酸、中性紅、鹽酸、過(guò)氧化氫、一水硫酸錳，以上試劑均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 啤酒樣品前處理方法

①取150mL的啤酒，加入活性炭15g，在恒溫水浴鍋中（65-70℃）加熱 30min,充分?jǐn)嚢?，抽濾，得淺黃色的溶液備用。

②取50mL的上述處理過(guò)的酒樣，加入到250mL的錐形瓶中，放入適量的毛細(xì)管，于電爐上小火加熱除去乙醇。

③加入4mL的磷酸和6mL的硝酸，于電爐上小火加熱，慢慢加大火力，此時(shí)有棕紅色的煙霧放出，至溶液澄清透明時(shí)放冷。

④加50mL的蒸餾水煮沸，除去殘余的硝酸。如此處理兩次，放冷。

⑤將冷卻后的溶液移至100ml的容量瓶中，定容，為樣品液。

⑥用50mL的蒸餾水代替步驟2中的酒樣，重復(fù)上述操作，做試劑空白試驗(yàn)。

1.2.2 錳標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱(chēng)取0.0050g的一水硫酸錳，用蒸餾水溶解后移至1000mL的容量瓶中，定容，Mn2+的濃度為0.1627μg/mL。

1.2.3 催化光度法測(cè)定微量錳的方法

取兩支25mL比色管，依次準(zhǔn)確加入6.0mL0.0400g/L的中性紅，4.0mL1mol/L的鹽酸溶液，2.0mL0.9752mol/L的過(guò)氧化氫，在其中一支比色管中加入含錳離子溶液5.0mL，另一支作為試劑空白。兩支比色管均用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，放入60℃的恒溫水浴鍋中，加熱10分鐘，之后冷卻5分鐘，以蒸餾水為參比，在532nm處分別測(cè)定溶液的吸光度，其中含有錳的溶液吸光度記為A,試劑空白記為 A0，計(jì)算 lgA0/A×100 的值。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 測(cè)量波長(zhǎng)的選擇

根據(jù)1.2.3試驗(yàn)方法，以蒸餾水為參比，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 波長(zhǎng)選擇光譜曲線(xiàn)

從圖1光譜掃描中可看出催化體系和非催化體系的最大吸收波長(zhǎng)均為532nm，故選擇532nm作為測(cè)定波長(zhǎng)。

2.1.2 中性紅用量的選擇

按照試驗(yàn)方法1.2.3，改變中性紅用量，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 中性紅用量的選擇曲線(xiàn)

由圖2可知，當(dāng)中性紅用量為1.0mL、2.0mL、3.0mL時(shí)，雖然lgA0/A×100的值大，但此時(shí)吸光度值過(guò)小，不宜選擇，而當(dāng)中性紅的量為4.0—7.0 mL時(shí)，lgA0/A×100的值比較大，并且相對(duì)穩(wěn)定。本試驗(yàn)選用中性紅溶液的量為6.0mL。

2.1.3 鹽酸用量的選擇

按照試驗(yàn)方法1.2.3，改變鹽酸溶液的量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 鹽酸用量初步選擇曲線(xiàn)

由上圖可知，當(dāng)鹽酸的用量為4.0mL時(shí)lgA0/A×100的值最大。本試驗(yàn)選擇鹽酸的量為4.0mL。

2.1.4 過(guò)氧化氫用量的選擇

按照試驗(yàn)方法1.2.3，改變過(guò)氧化氫溶液的加入量，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 過(guò)氧化氫用量的初步選擇曲線(xiàn)

由圖4可知，當(dāng)過(guò)氧化氫用量較小時(shí)反應(yīng)速度較慢，過(guò)氧化氫用量較大時(shí)反應(yīng)速率過(guò)快，錳離子的催化作用都不太明顯，過(guò)氧化氫用量為2.5mL時(shí)，lgA0/A×100的值最大。因此，選擇過(guò)氧化氫用量為2.5mL。

2.1.5 反應(yīng)溫度的選擇

改變反應(yīng)溫度，其他同試驗(yàn)方法同1.2.3，見(jiàn)圖5結(jié)果。

圖5 反應(yīng)溫度選擇曲線(xiàn)

可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為60℃時(shí)，lgA0/A×100的值最大，且溫度過(guò)低時(shí)反應(yīng)速率過(guò)慢，溫度過(guò)高時(shí)反應(yīng)速率過(guò)快。因此本試驗(yàn)選定的最適反應(yīng)溫度為60℃。

2.1.6 反應(yīng)時(shí)間的選擇

改變反應(yīng)時(shí)間，其他試驗(yàn)條件同1.2.3方法，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 反應(yīng)時(shí)間的初步選擇曲線(xiàn)

由圖6可知，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為11—12min時(shí)，lgA0/A×100的值比較穩(wěn)定，且當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為11min時(shí)lgA0/A×100的值最大，因此，選擇本試驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間為11min。

2.2 正交試驗(yàn)

為進(jìn)一步考查鹽酸溶液用量、過(guò)氧化氫溶液用量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響大小，設(shè)計(jì)三因素三水平正交試驗(yàn)，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行直觀分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 直觀分析結(jié)果

由直觀分析表可知，各因素測(cè)定結(jié)果的影響大小依次為：鹽酸用量>反應(yīng)時(shí)間>過(guò)氧化氫用量，最佳測(cè)定條件組合應(yīng)為A2B1C2，即：鹽酸用量4mL，過(guò)氧化氫用量2.0mL，反應(yīng)11分鐘。

2.3 啤酒樣品測(cè)定結(jié)果

2.3.1 工作曲線(xiàn)繪制

在較佳試驗(yàn)條件下（即鹽酸用量5.0mL，過(guò)氧化氫用量2.0mL，反應(yīng)時(shí)間為11min，中性紅6.0mL，60℃下恒溫），逐漸改變標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入量，分別為1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL 和 5.0mL。 以不加中性紅的比色管為非催化體系，水為參比溶液進(jìn)行試驗(yàn)。以100*lg（A0/A）為縱坐標(biāo)，錳離子標(biāo)液為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 工作曲線(xiàn)

由工作曲線(xiàn)可知，錳離子的加入量為0.1627-0.8135μg/mL的范圍內(nèi)時(shí)，與lgA0/A×100的值成良好的線(xiàn)性關(guān)系，其線(xiàn)性回歸方程為y=0.8272x-0.2038，相關(guān)系數(shù)為γ＝0.9986。催化光度法用于痕量錳的測(cè)定，結(jié)果令人滿(mǎn)意。

2.3.2 樣品測(cè)定及加標(biāo)回收率

取燕京啤酒、哈爾濱啤酒和青島啤酒樣品處理液，在較佳試驗(yàn)體系下進(jìn)行試驗(yàn)。三種樣品測(cè)定的結(jié)果如表2。測(cè)得的Mn2+的含量在國(guó)家允許的范圍內(nèi)。

以青島啤酒為例進(jìn)行加標(biāo)回收率試驗(yàn)，錳標(biāo)準(zhǔn)溶液的加入量分別為1、1.5和3mL，進(jìn)行三組試驗(yàn)，結(jié)果如表3：

表2 樣品測(cè)定結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果可知，三組試驗(yàn)的平均回收率在97%-99.5%之間，RSD在1%左右，表明該法的加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果令人滿(mǎn)意，此法可用于啤酒中錳的測(cè)定。

表3 回收試驗(yàn)的測(cè)定結(jié)果

3 討論

從試驗(yàn)結(jié)果可知，鹽酸介質(zhì)中，中性紅作指示劑，利用錳催化過(guò)氧化氫褪色反應(yīng)，能夠較好地測(cè)定啤酒中痕量錳的含量，這也進(jìn)一步證明了新的催化體系在實(shí)際生活中的可行性。目前，關(guān)于痕量錳的測(cè)定方法較多，新的催化體系較之現(xiàn)有測(cè)定方法以及在啤酒中應(yīng)用的優(yōu)劣，目前還沒(méi)有詳盡研究，這也是我們今后要進(jìn)一步研究的方向。

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