微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定殼聚糖膜中銅離子含量

于 剛，秦 朋,2，陳丕茂，秦傳新，楊賢慶

（1.中國水產科學研究院南海水產研究所，國家水產品加工技術研發(fā)中心，農業(yè)部水產品加工重點實驗室，廣東 廣州 510300；2.上海海洋大學水產與生命學院，上海 201306）

微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定殼聚糖膜中銅離子含量

于 剛1，秦 朋1,2，陳丕茂1，秦傳新1，楊賢慶1

（1.中國水產科學研究院南海水產研究所，國家水產品加工技術研發(fā)中心，農業(yè)部水產品加工重點實驗室，廣東 廣州 510300；2.上海海洋大學水產與生命學院，上海 201306）

目的：建立微波消解-石墨爐原子吸收光譜測定殼聚糖膜中銅離子含量的方法。方法：采用微波消解法對樣品膜進行消解，在波長327.4 nm處，用石墨爐測定樣品模中銅離子的含量。結果：本方法線性關系良好，相關系數r2=0.999 3，檢出限為0.096 μg/g。銅離子回收率為72.78%～90.91%。結論：該方法具有快速、簡單、準確、無污染等優(yōu)點，可用于測定殼聚糖膜對銅離子的選擇性吸附量。

微波消解；石墨爐原子吸收光譜法；殼聚糖膜；銅離子

殼聚糖又稱脫乙酰甲殼素聚氨基葡萄糖，化學名稱為β-（1,4）-2-氨基-2-脫氧-D-葡聚糖，是一種天然直鏈多糖[1]。殼聚糖作為一種膜材料，成膜性好、制膜過程簡單且對環(huán)境友好、無污染，具有良好的生物相容性和生物可降解性[2]。殼聚糖分子中含有的羥基（—OH）和氨基（—NH2）可作為配體與金屬離子形成鰲合物[3]，有效地捕集或吸附溶液中的重金屬離子，尤其是對Cu2+具有很好的吸附作用。

海洋生物污損給船舶、海洋設施帶來極大危害，而涂裝海洋防污涂料是目前最方便、有效的方法。隨著環(huán)境保護的要求日益嚴格，銅系防污涂料對海洋生態(tài)環(huán)境的影響受到重視。本課題組計劃利用殼聚糖的成膜性、抗菌性、對海水中銅離子的選擇吸附性能，開發(fā)出自拋光、低表面能的環(huán)境友好型海洋防污涂料。

不同處理的殼聚糖膜對海水中銅離子的選擇吸附性能是重要的篩選指標，但按照海水樣品處理規(guī)范測定殼聚糖膜中的銅離子含量，需要復雜的脫鹽預處理，費時、費力，數據分析的效率低。微波消解是利用微波能使消解體系中的極性分子在微波電磁場的高頻作用下作極性運動，從而引起化學鍵的振動、斷裂及微粒的相互摩擦、碰撞，產生大量的熱，達到快速完全消解的目的[4-6]。與常用的濕法消解和干法灰化[7-8]相比微波消解具有快速、準確、省試劑、污染少和空白低等優(yōu)點[9-11]。原子吸收光譜法是測定痕量金屬的常規(guī)分析方法之一，不需要實驗操作者進行實時的觀察，為操作者節(jié)省大量工作時間[12-14]。其中，石墨爐原子吸收（graphite furnace atomic absorption spectrophotometry，GFAAS）法以其用樣量小、檢出限低以及儀器簡單易操作等優(yōu)點，被廣泛應用于食品藥品以及生物樣品的檢測中[15]，用石墨爐測定殼聚糖膜中微量銅元素具有簡便快捷的優(yōu)點。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

殼聚糖（生化試劑，脫乙酰度80.0～95.0，黏度50～800 mPa·s） 國藥集團化學試劑有限公司；濃硝酸（優(yōu)級純） 廣州化學試劑廠；Cu元素標準溶液（1 000 μg/mL） 國家有色金屬及電子材料分析測試中心；其他試劑均為分析純。

HH-4數顯恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司；3K30臺式高速冷凍離心機 美國Sigma公司；SPX-320生化培養(yǎng)箱 寧波東南儀器廠；THZ-D臺式恒溫振蕩器 江蘇太倉實驗設備廠；SB25-12DTD超聲波清洗機寧波新芝生物科技股份有限公司；AA240FS+240Z原子吸收儀 美國Varian公司；MARS5高壓高通量微波消解系統(tǒng) 美國CEM公司；銅元素空心陰極燈 北京有色金屬研究總院。

1.2 方法

1.2.1 殼聚糖膜的制備

1）純殼聚糖膜：按強志斌等[16]方法稍作修改制備，烘干保存?zhèn)溆谩?）殼聚糖-聚乙烯醇共混膜制備；按王康健等[17]方法稍作修改制備，烘干保存?zhèn)溆谩?）戊二醛交聯(lián)殼聚糖-聚乙烯醇共混膜：按照方法2）制備殼聚糖-聚乙烯醇共混溶液，然后加入0.1 g/100 mL溶液的戊二醛，在40 ℃條件下攪拌反應4 h，超聲脫泡靜置一段時間后，將溶液倒入模具中，37 ℃生化培養(yǎng)箱中干燥成膜，然后用氫氧化鈉溶液浸泡30 min，去離子水洗至中性，烘干保存?zhèn)溆谩?）殼聚糖-淀粉-苯甲酸鈉三元共混膜制備：按王群等[18]方法稍作修改制備，烘干保存?zhèn)溆谩?）殼聚糖-納米TiO2復合膜的制備；按黃希妍斌[19]方法稍作修改制備，烘干保存?zhèn)溆谩?）戊二醛改性殼聚糖-納米TiO2復合膜的制備：按方法5）制備殼聚糖-納米TiO2混合溶液，然后加入戊二醛交聯(lián)劑0.1 g/100 mL溶液，40 ℃條件下，交聯(lián)反應4 h，超聲脫泡靜置一段時間后倒入成膜模具，37 ℃生化培養(yǎng)箱干燥成膜，然后用氫氧化鈉溶液浸泡30 min，去離子水洗至中性，烘干保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 各膜對銅離子的吸附

用剪刀剪取等質量的各種膜0.120g，然后將各膜放入相同規(guī)格的燒杯中，再各加入150 mL質量濃度100 μg/L的銅離子溶液，用保鮮膜密封燒杯口，放入恒溫振蕩器中分別振蕩1 d后小心取出各膜，用濾紙小心吸掉膜表面的殘留溶液。將處理好的各膜用高壓高通量微波消解系統(tǒng)進行消解，消解后再用微機控溫加熱板進行排酸，最后定容到10 mL然后再用原子吸收儀測定各膜中吸附銅離子的質量濃度，然后按下式計算吸附量：

式中：C為測量膜中銅離子質量濃度/（μg/L）；V為實驗中膜溶液體積/mL；m為膜的初始質量/g。

1.2.3 樣品處理

將1.2.2節(jié)吸附銅離子溶液的各膜置于微波消解罐中，加入8 mL濃硝酸浸沒，于MARS5高壓高通量微波消解系統(tǒng)儀中按設置條件進行消解，待消解罐冷卻后打開蓋，置于ECH-Ⅱ微機控溫加熱板上于140 ℃趕酸至近干，取下用去離子水定容至10 mL，同時做空白對照，然后用石墨爐測定。

1.2.4 儀器工作條件

1.2.4.1 微波消解條件

微波消解條件為功率800 W、溫度180 ℃、升溫時間5 min、保持時間15 min。

1.2.4.2 GFAAS光譜儀工作條件

GFAAS光譜儀工作條件在參考文獻[20-23]的基礎上見表1、2。

表 1 原子吸收光譜儀工作條件Table 1 Working conditions for atomic absorption spectrometer

表 2 石墨爐升溫程序Table 2 Temperature-rising program of graphite furnace

2 結果與分析

2.1 銅離子標準曲線的制備

配制標準質量濃度60 μg/L的Cu離子母液，然后用石墨爐儀器自動稀釋功能，制備標準曲線，質量濃度分別為0、12.0、30.0、48.0、60.0 μg/L，標準曲線方程為y=0.005 2x+0.009 3，r2=0.999 3表明線性關系良好。

2.2 精密度實驗

取同一份已處理好的樣品溶液連續(xù)進樣測試6 次，測定吸光度，計算6 次結果的相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）為6.82%。由此可知殼聚糖膜中銅元素測定結果的RSD差較小，表明使用該方法測定銅元素數據可靠。

2.3 重復性實驗

取同一批次的未吸附銅離子的樣品6 份，每份約0.120 g，用本法測定，結果為1.02、1.21、1.26、1.30、1.03、1.12 μg/g，RSD為10.17%。可見殼聚糖膜中銅的測定結果的RSD較小，表明使用該方法測定銅，重復性較好。

2.4 檢出限

用該方法對空白樣品溶液連續(xù)測量11 次，按照3 倍空白質量濃度偏差，以樣品0.120 g計算[24]，得到方法的檢出限為0.096 μg/g。由此可見，此方法可以滿足殼聚糖膜中銅的檢測要求。

2.5 回收率實驗

稱取等質量0.120 g的各膜2 份，一份準確加入1mg/L的銅離子標準溶液1mL，另一份準確加入1mg/L的銅離子標準溶液0.5 mL，按照該方法進行消解、趕酸，最后都定容到10mL后進行測定。計算結果，回收率范圍在72.78%～90.91%，回收率見表3。由表3可知，有部分實驗組回收率偏低，可能是因為定容時溫度偏高進行2次定容造成的誤差，但部分實驗組回收率很高，所以在實驗誤差范圍內，采用本方法測定殼聚糖膜中銅，結果是可靠的。

表 3 回收率結果Table 3 Results of recovery tests

3 結 論

實驗結果表明，各殼聚糖膜對溶液中銅離子都具有很好的吸附作用。與濕法消解和干法灰化相比，密閉的消解方式可以有效的減少樣品的損失以及對環(huán)境的污染，同時還能保證實驗操作者的安全；消解前處理非常簡單，消解用時很短，而且消解效率高，不需要實驗操作者進行實時的觀察，為操作者節(jié)省大量工作時間，同時該法用酸量少，減少了實驗成本。本實驗線性關系良好，相關系數r2=0.999 3，檢出限為0.096 μg/g。銅離子回收率為72.78%～90.91%。運用微波消解-石墨爐原子吸收法測定殼聚糖膜對銅離子吸附含量的研究時，具有較高的精密度和準確度，測定結果可靠，測定方法簡單，便于操作，而且對環(huán)境友好、無污染。

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Determination of Copper Ion in Chitosan Membrane by Microwave Digestion and Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrophotometry

YU Gang1, QIN Peng1,2, CHEN Pimao1, QIN Chuanxin1, YANG Xianqing1
(1. Key Laboratory of Aquatic Product Processing, Ministry of Agriculture, National Research and Development Center for Aquatic Product Pr ocessing, South China Sea Fisheries Resea rch Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China; 2. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

Objective: To establish a method for the determination of copper ion in chitosan membrane by microwave digestion and graphite furnace atomic absorption spectrophotometry. Method: The chitosan membrane was dissolved by microwave digestion before analysis by graphite furnace atomic absorption spectrophotometry at a wavelength of 327.4 nm. Result: This method had good linearity with a correlation coeffi cient (r2) of 0.9993, and the limit of detection (LOD) was 0.096 μg/g. Recoveries from spiked samples ranged from 72.78% to 90.91%. Conclusions: This method is rapid, simple, accurate pollution-free and suitable for the determination of copper in chitosan membrane.

microwave digestion; graphite furnace atomic absorption spectrophotometry (GFAAS); chitosan membrane; copper ion

TS207.3

A

1002-6630（2015）02-0201-03

10.7506/spkx1002-6630-201502039

2014-06-24

廣東省海洋漁業(yè)科技推廣專項（A201301B04）

于剛（1972—），男，副研究員，博士，研究方向為水產品保鮮與精深加工。E-mail：gyu0928@163.com