Cu2＋-鎢酸鹽-羅丹明6G體系共振散射光譜法測(cè)定面粉和茶葉中微量銅

邵婭婷，毛智成，王沛霖，陳 瑾，曹秋娥*

（云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院，教育部自然資源藥物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650091）

Cu2＋-鎢酸鹽-羅丹明6G體系共振散射光譜法測(cè)定面粉和茶葉中微量銅

邵婭婷，毛智成，王沛霖，陳 瑾，曹秋娥*

（云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院，教育部自然資源藥物化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650091）

利用Cu2+和鎢酸鹽形成的銅鎢雜多酸陰離子與羅丹明6G陽(yáng)離子結(jié)合生成離子締合物的反應(yīng)，建立一種測(cè)定Cu2+的共振散射光譜法。該反應(yīng)在聚乙烯醇存在條件下，于589 nm波長(zhǎng)處產(chǎn)生的共振散射光強(qiáng)度與Cu2+質(zhì)量濃度在0.05～1.0 ng/mL范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為ΔI=4.38+77.12c （r=0.997 1），方法的儀器檢出限為0.026 ng/mL。方法簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高，且大量存在的常見(jiàn)離子對(duì)Cu2+的測(cè)定不干擾，將其用于面粉和茶葉樣品中銅的測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.5%以內(nèi)，回收率在96.7%～104.1%之間。

共振散射光譜法；銅；羅丹明6G；面粉；茶葉

銅是人體健康不可缺少的微量元素之一，對(duì)機(jī)體的新陳代謝有重要的調(diào)節(jié)作用。體內(nèi)銅攝入量不足，可引起頭暈、乏力、耳鳴、眼花、骨質(zhì)疏松等系列疾?。粩z入過(guò)量，則會(huì)引起惡心、嘔吐、上腹疼痛、急性溶血和腎小管變形等中毒現(xiàn)象[1-2]。由于銅主要從日常飲食中攝入，所以分析測(cè)定食品中銅的含量對(duì)于保護(hù)人體健康具有重要意義。目前用于測(cè)定微量銅的方法有原子吸收光度法[3-4]、原子熒光光譜法[5]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[6-7]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[8-9]、電化學(xué)分析法[10-11]、分子熒光光譜法[12-13]、分光光度法[14-15]以及共振散射光譜法[16-19]等，其中共振散射光譜法因?yàn)榫哂袃x器和操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、選擇性好的特點(diǎn)，所以在微量和痕量組分包括銅的分析中具有明顯優(yōu)勢(shì)[20-24]。王盛棉等[16]以DNA酶裂解-納米金體系建立了一個(gè)測(cè)定痕量Cu2+的共振散射光譜法，該方法的線性范圍為15～1 250 nmol/L，檢出限為8 nmol/L；孫雙姣等[17]基于Cu（Ⅱ）與銅試劑形成的螯合物微粒在320 nm波長(zhǎng)處有強(qiáng)共振散射光，建立了一個(gè)測(cè)定痕量銅的共振散射光譜法，其線性范圍為0.025～1.524 μg/mL，檢出限為0.003 8 μg/mL；溫桂清等[18]基于Cu2+被還原后的Cu+與新銅試劑生成的絡(luò)合物對(duì)納米金在580 nm波長(zhǎng)處的共振散射光有較強(qiáng)的吸收，從而致使納米金在580 nm波長(zhǎng)處的共振散射光強(qiáng)度降低，建立測(cè)定痕量銅的共振散射光譜法，該方法的線性范圍為0.02～2.54 μg/mL，檢出限為0.001 μg/mL；Long Yunfei等[19]基于他們合成的一個(gè)新試劑N,N’-二（2-氨基苯基）乙二酰二胺與Cu2+反應(yīng)后其散射光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)的現(xiàn)象，建立測(cè)定Cu2+的共振散射光譜法，其線性范圍為0.9～31.0 μmol/L，檢出限為97.6 nmol/L。但迄今為止，利用Cu2+與鎢酸鹽形成的銅鎢雜多酸陰離子與羅丹明6G陽(yáng)離子結(jié)合生成離子締合物的反應(yīng)，測(cè)定Cu2+的共振散射光譜法未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）存在下，Cu2+與WO42—及羅丹明6G生成的離子締合物在589 nm波長(zhǎng)處能產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振光散射現(xiàn)象，而且據(jù)此建立的測(cè)定Cu2+的共振散射光譜法的靈敏度明顯高于很多同類方法的靈敏度[16-19]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉、茶葉 市購(gòu)。

Cu2+標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取0.100 0 g的電解銅用HCl和H2O2加熱溶解完全后，繼續(xù)加熱除去過(guò)量的H2O2。待溶液冷卻到室溫后，用水定容于1 000 mL的容量瓶中，得到0.100 mg/mL的Cu2+儲(chǔ)備液；Cu2+工作溶液（10.0 ng/mL）由儲(chǔ)備液用水稀釋得到。Na2WO4溶液：0.5 g/L；羅丹明6G溶液：0.05 g/L；PVA溶液：20.0 g/L；H2SO4溶液：6.0 mol/L。實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純，水為高純水。

1.2 儀器與設(shè)備

F-4500型熒光分光光度計(jì) 日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品溶液的制備

準(zhǔn)確稱取5.0 g左右干燥后的樣品，先在300 ℃條件下炭化，然后放入650 ℃的馬弗爐中灼燒4 h。取出冷卻后，加入2.0 mL濃H2SO4溶解殘?jiān)D(zhuǎn)入燒杯中，加過(guò)量濃NH3?H2O沉淀Fe3+和Al3+等離子，過(guò)濾，濾液加熱除NH3。最后將濾液轉(zhuǎn)入100 mL的容量瓶中，并用水稀釋至刻度，搖勻。

比如，外資辦百貨商店、超級(jí)市場(chǎng)，涉及外資零售權(quán)、百貨進(jìn)口權(quán)、國(guó)內(nèi)商品采購(gòu)出口權(quán)、外匯調(diào)劑權(quán)、減征關(guān)稅和所得稅。又比如，建設(shè)保稅區(qū)，涉及區(qū)內(nèi)免關(guān)稅、免許可證；國(guó)內(nèi)外企業(yè)可以在區(qū)內(nèi)設(shè)立國(guó)際貿(mào)易機(jī)構(gòu)；區(qū)內(nèi)企業(yè)不僅可做一般的進(jìn)出口貿(mào)易，還可做國(guó)際轉(zhuǎn)口貿(mào)易，可從事生產(chǎn)資料交易中心業(yè)務(wù)；作為境內(nèi)關(guān)外的地區(qū)，外匯全額留成，各國(guó)貨幣可以流通。

1.3.2 原理

本方法是利用Cu2+先與鎢酸鹽形成銅鎢雜多酸，然后銅鎢雜多酸陰離子再與酸性介質(zhì)中的羅丹明6G陽(yáng)離子結(jié)合生成離子締合物，該離子締合物在有分散劑PVA存在的水溶液中于589 nm波長(zhǎng)處能產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振光散射信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Cu2+的檢測(cè)。

1.3.3 測(cè)定方法

移取適量Cu2+標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品溶液（Cu2+含量不高于25.0 ng）于25 mL比色管中，加入2.5 mL 0.5 g/L的Na2WO4溶液，用水稀釋至10.0 mL刻度后，放置10 min。然后依次加入3.0 mL 6.0 mol/L的H2SO4溶液，2.5 mL 20.0 g/L的PVA溶液，2.0 mL 0.05 g/L的羅丹明6G溶液，用水稀至刻度，搖勻。設(shè)置熒光光譜儀的激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為5.0 nm，于250～700 nm范圍內(nèi)進(jìn)行同步波長(zhǎng)掃描（Δ λ= 0），獲得共振散射光譜，或在589 nm波長(zhǎng)處分別測(cè)定締合物體系及試劑空白的光散射強(qiáng)度I及I0，計(jì)算ΔI = I—I0。

2 結(jié)果與分析

2.1 共振散射光譜及波長(zhǎng)的選擇

圖1 體系的共振散射光譜Fig.1 Resonance scattering spectrum

離子締合物體系與試劑空白的共振散射光譜見(jiàn)圖1，在試劑空白中加入一定量的Cu2+以后，體系的最大共振散射波長(zhǎng)由551 nm紅移到了589 nm處，說(shuō)明Cu2+與WO42—及羅丹明6G之間發(fā)生了明顯的締合反應(yīng)，形成了離子締合物。由于離子締合物體系與試劑空白在589 nm波長(zhǎng)處的散射光強(qiáng)度差值ΔI最大，并與Cu2+的加入量在一定的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，因此，實(shí)驗(yàn)選擇589 nm作為測(cè)定波長(zhǎng)。

2.2 反應(yīng)條件的優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 酸的種類及其用量的選擇

考察2.0 mL濃度為6.0 mol/L的H2SO4溶液以及體積比均為1∶1的HCl、HNO3與HClO4溶液對(duì)試劑空白及離子締合物體系散射光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，締合物體系在6.0 mol/L的H2SO4介質(zhì)中靈敏度最高，而且在6.0 mol/L的H2SO4溶液中，試劑空白小。進(jìn)一步考察6.0 mol/L的H2SO4溶液用量對(duì)測(cè)定的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著H2SO4溶液用量的增加，試劑空白的散射光強(qiáng)度變化不大，但離子締合物體系的散射光強(qiáng)度則先逐漸增加，然后H2SO4溶液用量在2.5～4.0 mL之間時(shí)達(dá)到最大值并基本穩(wěn)定，隨后又稍有下降。這可能是因?yàn)殡SH2SO4濃度的增加，體系中H+濃度增加，從而有利于羅丹明6G的質(zhì)子化和離子締合物的形成；但當(dāng)H2SO4濃度過(guò)高時(shí)，SO42—可能會(huì)與銅鎢雜多酸陰離子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合質(zhì)子化的羅丹明6G陽(yáng)離子，從而不利于銅鎢雜多酸與羅丹明6G形成離子締合物。實(shí)驗(yàn)選擇以3.0 mL 6.0 mol/L的H2SO4溶液來(lái)控制體系的酸度。

2.2.2 分散劑種類及其用量的選擇

Cu2+與WO42—及羅丹明6G生成的離子締合物難溶于水，所以實(shí)驗(yàn)采用分散劑進(jìn)行増溶?？疾祗w積分?jǐn)?shù)為2.0%的Tween-20、Tween-80、OP以及質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為20.0 g/L的PVA和阿拉伯膠對(duì)體系散射光強(qiáng)度及離子締合物溶解能力的影響。結(jié)果表明，上述分散劑都能增溶締合物，但以PVA的增敏效果最好。因此，實(shí)驗(yàn)選擇PVA作為分散劑。

在0.5～5.0 mL范圍內(nèi)考察20.0 g/L PVA的用量對(duì)檢測(cè)靈敏度的影響。結(jié)果表明，離子締合物體系和試劑空白的散射光強(qiáng)度都隨PVA溶液加入量的增加而增加，但締合物體系與試劑空白的散射光強(qiáng)度差值ΔI在PVA溶液的加入量2.0～3.5 mL時(shí)具有最大并基本穩(wěn)定的值，故實(shí)驗(yàn)選擇PVA溶液的用量為2.5 mL。

2.2.3 Na2WO4溶液用量的選擇

Na2WO4溶液的質(zhì)量濃度對(duì)試劑空白和離子締合物體系的散射光強(qiáng)度都有強(qiáng)烈的影響。在0.5～5.0 mL范圍內(nèi)，隨著0.5 g/L Na2WO4溶液用量的增加，試劑空白的散射光強(qiáng)度不斷增加，而離子締合物體系的散射光強(qiáng)度則先增加后減弱。這可能是因?yàn)樵贜a2WO4質(zhì)量濃度不高時(shí)，隨Na2WO4溶液用量的增加，一方面WO42—與羅丹明6G陽(yáng)離子之間的結(jié)合能力增加，另一方面，WO42—與Cu2+形成銅鎢雜多酸陰離子并進(jìn)一步與羅丹明6G形成離子締合物的能力也在增加，導(dǎo)致試劑空白和離子締合物體系的散射光強(qiáng)度都增加。但是，當(dāng)體系中的Cu2+與WO42—反應(yīng)完后，進(jìn)一步增大Na2WO4的質(zhì)量濃度，WO42—與羅丹明6G之間的結(jié)合能力繼續(xù)增加，這不僅會(huì)使試劑空白的散射光強(qiáng)度繼續(xù)增加，也會(huì)導(dǎo)致銅鎢雜多酸與羅丹明6G之間的締合能力下降和離子締合物體系的散射光強(qiáng)度下降。當(dāng)Na2WO4溶液的用量為2.0～3.0 mL時(shí)，離子締合物體系和試劑空白的散射光強(qiáng)度差值ΔI達(dá)到了最大并基本穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)選用0.5 g/L Na2WO4溶液的用量為2.5 mL。

2.2.4 羅丹明6G用量的選擇

質(zhì)量濃度為0.05 g/L的羅丹明6G溶液的加入量對(duì)試劑空白的散射光強(qiáng)度影響很小，但隨著其用量的增加，離子締合物體系的散射光強(qiáng)度先增加，然后基本穩(wěn)定在其用量達(dá)到1.5 mL以后。因此，實(shí)驗(yàn)選用0.05 g/L羅丹明6G溶液的用量為2.0 mL。

2.2.5 反應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性

Cu2+與WO42—形成雜多酸需要5 min以上，而雜多酸可以與羅丹明6G迅速反應(yīng)形成離子締合物。因此，本實(shí)驗(yàn)在加入Na2WO4以后，放置10 min再加入其他試劑。離子締合物一旦形成，其散射光強(qiáng)度在24 h以內(nèi)基本不變。

2.3 方法的線性范圍、靈敏度及精密度

在選定的實(shí)驗(yàn)條件下研究了用Cu2+-鎢酸鹽-羅丹明6G體系測(cè)定Cu2+的工作曲線。結(jié)果表明，締合體系相對(duì)于空白的散射光強(qiáng)度ΔI與Cu2+的質(zhì)量濃度在0.05～1.0 ng/mL范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程為ΔI=4.38+77.12c，相關(guān)系數(shù)r=0.997 1。對(duì)試劑空白進(jìn)行7 次平行測(cè)定，其標(biāo)準(zhǔn)偏差s為0.67，按3s/K（K為工作曲線的斜率）計(jì)算得到該方法的儀器檢出限為0.087 ng/mL。對(duì)質(zhì)量濃度為0.25 ng/mL的Cu2+標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定7 次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.3%。

2.4 方法的應(yīng)用性研究

2.4.1 共存離子的影響

考察20多種常見(jiàn)共存離子對(duì)方法的影響結(jié)果表明，當(dāng)允許相對(duì)誤差在±5%以內(nèi)時(shí)，各共存離子在下列存在量（ng/mL）不干擾0.25 ng/mL Cu2+的測(cè)定：Ca2+、Mg2+、Zn2+、Co2+、Mn2+、F—、I—、Br—（200）；Ag+、Pb2+、Hg2+（50）；V（V）、Cr（VI）（25）；Cd2+、Sn2+、As（Ⅴ）（15）；Bi3+、Al3+、Se（Ⅳ）、Mo（Ⅵ）（10）；Fe3+、Ni2+（5）；Au（Ⅲ）、Pt（Ⅳ）、Pd（Ⅱ）（2.5）。可見(jiàn)，方法具有較好的選擇性。

2.4.2 樣品分析

將樣品溶液經(jīng)適當(dāng)稀釋后，按實(shí)驗(yàn)方法和GB/T 5009.13—2003《食品中銅的測(cè)定》中的火焰原子吸收光譜（flame atomic absorption spectrometry，F(xiàn)AAS）法進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)樣品溶液進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。樣品測(cè)定結(jié)果和加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。可見(jiàn)，用本方法測(cè)定得到的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值或用FAAS法測(cè)定得到的結(jié)果基本一致，而且本方法測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.5%以內(nèi)，加標(biāo)回收率在96.7%～104.1%間。

表1 食品樣品中銅分析結(jié)果（n=5）Table1 Results for the determination of copper in food samples (n = 5) = 5)

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)基于Cu2+和鎢酸鹽形成的銅鎢雜多酸陰離子與羅丹明6G陽(yáng)離子結(jié)合生成離子締合物的反應(yīng)，建立了測(cè)定Cu2+的共振散射光譜法。該方法不僅操作簡(jiǎn)單、方便，而且與部分文獻(xiàn)報(bào)道的測(cè)定銅的共振散射光譜法[16-19]相比，具有更高的靈敏度和更好的選擇性。

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Determination of Copper in Flour and Tea by Resonance Light-Scattering Technique with Cu2+-Tungstate-Rhodamine 6G System

SHAO Yating, MAO Zhicheng, WANG Peilin, CHEN Jin, CAO Qiu’e*
(Key Laboratory of Medicinal Chemistry for Nature Resource, Ministry of Education, School of Chemical Science and Technology, Yunnan University, Kunming 650091, China)

Objective: To develop a method for the determination of copper in food samples. Methods: Resonance lightscattering technique was used. Results: The resonance light-scattering signal at 589 nm was observed when a ion-associated complex was formed among Cu2+, tungstate and rhodamine 6G in the presence of polyvinyl alcohol (PVA). The lightscattering intensity increased linearly with increasing concentration of Cu2+in the range of 0.05–1.0 ng/mL. The linear regression equation was ΔI = 4.38 + 77.12c (r = 0.997 1), and the detection limit was 0.026 ng/mL. The relative standard deviations and recovery rates of the proposed method for the determination of copper in flour and tea were less than 3.5% and in the range of 96.7%–104.1%, respectively, suggesting that this method was free from the interference of significant amounts of other common ions. Conclusion: The proposed method possesses the advantages of simple operation, rapid determination, excellent reproducibility, high sensitivity and good selectivity so that it can be used for the determination of copper in food samples.

resonance light-scattering technique; copper; rhodamine 6G; flour; tea

TS207.3

A

1002-6630（2015）04-0110-04

10.7506/spkx1002-6630-201504021

2014-03-28

教育部博士點(diǎn)專項(xiàng)基金項(xiàng)目（20125301110005）

邵婭婷（1990—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)楣庾V分析。E-mail：yatingshao@126.com

*通信作者：曹秋娥（1967—），女，教授，博士，研究方向?yàn)榉蛛x科學(xué)與光譜分析。E-mail：qecao@ynu.edu.cn