溴甲酚綠探針瑞利光散射技術(shù)快速測(cè)定奶粉中的鐵

龐向東，張 梅，江 虹*

（長(zhǎng)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶 408100）

溴甲酚綠探針瑞利光散射技術(shù)快速測(cè)定奶粉中的鐵

龐向東，張 梅，江 虹*

（長(zhǎng)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶 408100）

建立定量測(cè)Fe（Ⅲ）的瑞利光散射新方法，并研究適宜的反應(yīng)條件及瑞利散射光譜特征。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在pH 3.4～6.8的Tris-鹽酸介質(zhì)中，F(xiàn)e（Ⅲ）與溴甲酚綠結(jié)合，導(dǎo)致瑞利光散射明顯增強(qiáng)，并產(chǎn)生新的瑞利散射光譜。最大瑞利散射峰位于波長(zhǎng)339 nm處，在此波長(zhǎng)處，瑞利散射增強(qiáng)程度（ΔIRLS）與Fe（Ⅲ）質(zhì)量濃度在0.005～0.17 mg/L范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，檢出限為0.002 4 mg/L。方法可用于市售奶粉中Fe含量的測(cè)定，結(jié)果滿意。

溴甲酚綠；鐵；奶粉；瑞利散射

鐵（Fe）是自然界中的一種常見元素，也是人體內(nèi)含量豐富的礦物質(zhì)微量元素，它是維持生命、制造血紅素的主要物質(zhì)，是促進(jìn)維生素B族代謝的必要物質(zhì)。人體內(nèi)的Fe主要來自食物，若人體缺Fe，則會(huì)引起貧血。可見，F(xiàn)e在人的生長(zhǎng)發(fā)育過程中起著非常重要的作用。牛奶富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，已被越來越多地應(yīng)用于食品加工，如補(bǔ)充礦物質(zhì)Fe等元素的嬰兒配方奶粉、幼兒配方奶粉、兒童配方奶粉等，由于Fe對(duì)人體健康尤其是嬰幼兒的成長(zhǎng)起著舉足輕重的作用，因此，對(duì)這類食品中Fe等礦物質(zhì)元素含量的監(jiān)控已日益頻繁。目前，測(cè)定食品中Fe的方法主要是原子吸收法[1-10]和紫外-可見分光光度法[11-19]，也有熒光法[20-21]、化學(xué)發(fā)光法[22]、電化學(xué)分析法[23-24]和原子發(fā)射法[25]等的報(bào)道。原子吸收法雖有較高的準(zhǔn)確度，但存在儀器價(jià)格較貴、分析成本較高、操作繁瑣、檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)、對(duì)樣品前處理要求較高，還需單獨(dú)配備元素?zé)舻炔蛔?。分光光度法所需儀器價(jià)格低廉，但靈敏度不夠高。熒光法簡(jiǎn)便、快速，但檢出限通常比光度法差?；瘜W(xué)發(fā)光法靈敏度高、線性范圍寬、操作簡(jiǎn)便，但選擇性較差。電化學(xué)分析法靈敏度高、選擇性好、易于集成化、微型化，但電極與分離通道的準(zhǔn)確定位，消除分離電場(chǎng)對(duì)檢測(cè)的影響等有待進(jìn)一步研究。原子發(fā)射光譜法快速、準(zhǔn)確，但設(shè)備和操作費(fèi)用較高。因此，為能更好地對(duì)市場(chǎng)中含F(xiàn)e食品進(jìn)行質(zhì)量控制，研究快速、靈敏、準(zhǔn)確的測(cè)定Fe含量方法有著極為重要的意義。

瑞利散射（Rayleigh scattering，RLS）技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種高靈敏的分析方法，其靈敏度可達(dá)納克級(jí)，所用儀器只需普通的熒光分光光度計(jì)即可。這種方法在藥物分析方面已有較多應(yīng)用，但溴甲酚綠（bromocresol green，BCG）探針RLS技術(shù)用于食品中Fe含量的測(cè)定尚未見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)研究BCG與Fe（Ⅲ）相互作用的RLS光譜、反應(yīng)條件及共存物質(zhì)的影響，建立測(cè)定系列奶粉中Fe含量的RLS法。該法所需試劑易得，操作簡(jiǎn)單易行，適于批量樣品的測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全脂奶粉（1#）、中老年奶粉（2#）、幼兒配方奶粉（3#～4#）、嬰兒配方奶粉（5#～6#）、兒童配方奶粉（7#～10#）、高鈣高鐵奶粉（11#～12#） 市售；BCG 上海化學(xué)試劑三廠；NH4Fe(SO4)2·12H2O 南京化學(xué)試劑有限公司；所用試劑均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

F-2500型熒光分光光度計(jì) 日本日立公司；pHS-3C精密酸度計(jì) 上海虹益儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 溶液配制

Fe（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取0.241 0 g NH4Fe(SO4)2·12H2O，置于燒杯中，加少量水和2.0 mL 0.10 mol/L硫酸溶液，定量轉(zhuǎn)移到500 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，即得55.85 mg/L Fe（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)貯備液，取此液稀釋100 倍，即配成0.558 5 mg/L Fe（Ⅲ）工作液；BCG溶液：稱取適量BCG于小燒杯中，加入適量無(wú)水乙醇溶解后，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀至刻度，即配成1.0× 10－3mol/L溶液。三羥甲基氨基甲烷（trihydroxymethyl aminomethane，Tris）-鹽酸緩沖溶液：0.10 mol/L鹽酸和0.20 mol/L Tris溶液混合，用酸度計(jì)測(cè)定，配成pH 3.0、3.4、3.8、4.2、4.8、5.6、6.2、6.8、7.9、8.5緩沖溶液。

1.3.2 樣品處理

分別準(zhǔn)確稱取1#～12#奶粉各10.000 0 g于瓷坩堝中，在電爐上低溫加熱，樣品炭化后，將溫度調(diào)至500～550 ℃灼燒灰化，直至殘灰成白色或淺灰色，冷卻后，加入2.0 mL濃硝酸溶液，溶解（使Fe以Fe（Ⅲ）離子形式存在），蒸干，再加適量蒸餾水，攪勻后過濾，濾液用水定容至1 000 mL，即得待測(cè)液。

1.3.3 RLS測(cè)定

在10 mL具塞比色管中，準(zhǔn)確加入適量的0.558 5 mg/L Fe（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣液、1.00 mL pH 6.2 Tris-鹽酸緩沖溶液和1.50 mL 1.0×10－3mol/L BCG溶液，用超純水稀釋至10 mL，搖勻，5 min后在熒光分光光度計(jì)上以λEx=λEm=220 nm，測(cè)定狹縫10 nm，進(jìn)行同步掃描，得RLS光譜，在最大RLS波長(zhǎng)處測(cè)定體系的RLS強(qiáng)度（IRLS）和試劑空白的RLS強(qiáng)度（I0），計(jì)算ΔIRLS。

2 結(jié)果與分析

2.1 RLS光譜

圖1 BCG與Fe（Ⅲ）的RLS光譜Fig.1 RLS spectra of Fe(Ⅲ) and bromocresol green

從圖1可知，F(xiàn)e（Ⅲ）和BCG自身的RLS光譜較弱（曲線1和曲線2），單獨(dú)的BCG溶液的最大散射波長(zhǎng)位于304 nm處，當(dāng)在Fe（Ⅲ）的酸性溶液中加入BCG溶液后，結(jié)合物的RLS明顯增強(qiáng)，并產(chǎn)生具有3 個(gè)散射峰的新RLS光譜（曲線8），其最大RLS峰位于波長(zhǎng)339 nm處，紅移波長(zhǎng)35 nm，次大散射峰位于波長(zhǎng)452 nm處，紅移波長(zhǎng)148 nm，最小峰位于波長(zhǎng)270 nm，紫移波長(zhǎng)34 nm，波的移動(dòng)說明確實(shí)生成了新物質(zhì)，但只有在波長(zhǎng)339 nm處，F(xiàn)e（Ⅲ）在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，隨著Fe（Ⅲ）質(zhì)量濃度的增加，IRLS呈線性增強(qiáng)（曲線3～8），故波長(zhǎng)為339 nm時(shí)，可用于Fe（Ⅲ）的定量測(cè)定。

2.2 反應(yīng)條件的選擇

2.2.1 pH值

圖2 pH值的影響Fig.2 Effect of buffer pH on ΔIRLS

在Fe（Ⅲ）質(zhì)量濃度為0.0558 mg/L，BCG溶液濃度為1.5×10－4mol/L條件下考察不同pH值的Tris-鹽酸緩沖溶液對(duì)體系ΔIRLS強(qiáng)度的影響（圖2）。結(jié)果表明，當(dāng)pH值在3.4～6.8范圍內(nèi)，體系的ΔIRLS較大，實(shí)驗(yàn)用pH 6.2的Tris-鹽酸緩沖溶液，適宜用量為1.0 mL。

2.2.2 BCG溶液濃度

在Fe（Ⅲ）質(zhì)量濃度為0.055 8 mg/L，pH 6.2條件下考察不同濃度的BCG溶液對(duì)體系ΔIRLS的影響（圖3）。結(jié)果表明：BCG溶液的濃度在1.2×10－4～1.8×10－4mol/L時(shí)，體系的ΔIRLS相對(duì)較大，靈敏度較高。實(shí)驗(yàn)用1.0× 10－3mol/L BCG溶液1.5 mL。

圖3 BCG溶液濃度的影響Fig.3 Effect of bromocresol green concentration on ΔIRLS

2.2.3 試劑加入順序

考察BCG溶液、Fe（Ⅲ）溶液及Tris-鹽酸溶液在不同加入順序時(shí)對(duì)體系ΔIRLS的影響。結(jié)果表明：各種不同加入順序?qū)w系的ΔIRLS無(wú)影響，故以任何順序加入試劑均可。

圖4 反應(yīng)時(shí)間的影響Fig.4 Effect of reaction time on ΔIRLS

2.2.4 反應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定性考察不同反應(yīng)時(shí)間對(duì)體系ΔIRLS的影響（圖4）。結(jié)果表明：室溫條件下，體系在5 min內(nèi)即可反應(yīng)完全，反應(yīng)產(chǎn)物的ΔIRLS值至少可穩(wěn)定1 h，故實(shí)驗(yàn)選在5 min后測(cè)定。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖5 標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.5 Standard curves

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定了Fe（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同質(zhì)量濃度時(shí)體系的ΔIRLS，并以ΔIRLS為縱坐標(biāo)，F(xiàn)e（Ⅲ）質(zhì)量濃度（ρ，mg/L）為橫坐標(biāo)作標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖5），其一元線性回歸方程為ΔIRLS=2.514＋3 738ρ，相關(guān)系數(shù)為0.999 4，線性范圍為0.005～0.17 mg/L，方法的檢出限為0.002 4 mg/L。

2.4 方法的選擇性

表1 共存物質(zhì)的影響Table1 Effect of coexisting substances

在優(yōu)化條件下，考察一些常見物質(zhì)對(duì)測(cè)定0.055 8 mg/L Fe（Ⅲ）的RLS性能的影響，結(jié)果列于表1。糖類、氨基酸及常見陰、陽(yáng)離子均不干擾測(cè)定，方法有較高的選擇性。

2.5 樣品分析

表2 樣品分析結(jié)果及回收實(shí)驗(yàn)（n =6）Table2 Analytical results of samples and recovery tests ( n= 6)

取1.3.2節(jié)待測(cè)樣液1.0 mL于10 mL比色管中，按1.3.3節(jié)方法加入其他試劑溶液，掃描RLS光譜，各平行測(cè)定6 份，并與原子吸收法[1]對(duì)照，同時(shí)作加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)（n=6），結(jié)果見表2。本法的測(cè)定結(jié)果與原子吸收法基本一致，加標(biāo)回收率為98.7%～101.6%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.8%～1.3%。結(jié)果顯示，該方法有較高的準(zhǔn)確度和精密度。

3 結(jié) 論

用BCG作探針，采用RLS技術(shù)測(cè)定鐵含量，方法簡(jiǎn)便、快速、靈敏，有較高的準(zhǔn)確度、精密度和選擇性，可用于市售系列奶粉中Fe的測(cè)定，不足之處為線性范圍較窄。

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Fast Determination of Iron in Milk Powder by Rayleigh Light Scattering Technique with Bromocresol Green as Probe

PANG Xiangdong, ZHANG Mei, JIANG Hong*
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Yangtze Normal University, Chongqing 408100, China)

A new Rayleigh light scattering (RLS) method for quantifying Fe(Ⅲ) was developed. In Tris-HCl buffer medium at pH 3.4-6.8, Fe(Ⅲ) could be bound to bromocresol green to form a new product, leading to a distinctly enhanced RLS and the appearance of a new RLS. The maximum Rayleigh scattering peak was located at 339 nm. The RLS intensity (ΔIRLS)was directly proportional to Fe(Ⅲ) concentration in the range of 0.005 to 0.17 mg/L with the limit of detection being 0.002 4 mg/L. Therefore, a new and accurate Rayleigh light scattering method for quantifying Fe(Ⅲ) was developed. The optimal reaction conditions and Rayleigh scattering spectral characteristics were investigated. The method has been applied to the determination of iron in milk powder with satisfactory results.

bromocresol green; iron; milk powder; Rayleigh scattering

O657.3

A

1002-6630（2015）20-0148-04

10.7506/spkx1002-6630-201520028

2015-01-27

重慶市教委科技基 金資助項(xiàng)目（KJ1401226）

龐向東（1962—），男，副教授，本科，研究方向?yàn)榉肿庸庾V分析。E-mail：cspxdfxsch123456@163.com

*通信作者：江虹（1956—），女，教授，本科，研究方向?yàn)榉肿庸庾V分析。E-mail：jianghongch@163.com