Fe3+-H2O2-剛果紅體系阻抑動(dòng)力學(xué)光度法檢測魚肉中氟含量

熊海濤

1(陜西理工大學(xué)，陜西省催化基礎(chǔ)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 漢中，723000)　2(陜西理工大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中，723000)

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Fe3+-H2O2-剛果紅體系阻抑動(dòng)力學(xué)光度法檢測魚肉中氟含量

熊海濤1,2*

1(陜西理工大學(xué)，陜西省催化基礎(chǔ)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 漢中，723000)2(陜西理工大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，陜西 漢中，723000)

在酸性介質(zhì)中，痕量F-對(duì)Fe3+催化H2O2化剛果紅褪色反應(yīng)有顯著的抑制作用，且阻抑褪色的程度與氟離子含量呈良好的線性關(guān)系，由此建立了一種新阻抑動(dòng)力學(xué)光度法測定微量氟離子含量的新方法。在最優(yōu)化的反應(yīng)條件下，氟含量在8.0×10-7～2.0×10-5mol/L內(nèi)符合比爾定律，檢出限為2.8×10-7mol/L。該法用于魚肉中氟離子含量的測定，回收率在95.50%～98.00%。

Fe3+；H2O2；剛果紅；阻抑動(dòng)力學(xué)；氟；魚肉

氟是人類生命活動(dòng)所必需的微量元素之一[1]，其以氟離子的形式廣泛分布于水、土壤和動(dòng)植物中, 人體攝入適量的氟元素，能夠促進(jìn)骨骼的發(fā)育、牙齒的鈣化，增強(qiáng)骨骼強(qiáng)度。另一方面，如果長期食用高含量氟離子的食品又會(huì)引起累積性氟中毒，如導(dǎo)致人體關(guān)節(jié)疼痛、韌帶鈣化、骨質(zhì)增生、行動(dòng)不便等癥狀，嚴(yán)重的甚至還會(huì)造成脊椎彎曲、癱瘓等[2]。因此，有關(guān)氟離子在食品中的含量檢測及安全性分析研究對(duì)人類的飲食健康有著重要的指導(dǎo)意義。

目前，檢測氟離子含量的分析方法較多，主要有氟離子選擇電極法[3-5]、離子色譜法[6-8]、高效液相色譜法[9-10]、氣相色譜法[11-12]、極譜法[13-14]、熒光光度法[1, 15-16]及光度分析法[17-19]等，尤其是催化動(dòng)力學(xué)光度法應(yīng)用較廣[20-21]。其中氟離子選擇電極法盡管操作簡便，但容易受電極質(zhì)量以及測試液條件等因素影響。而離子色譜法是一種利用色譜柱進(jìn)行分離測定的分析方法，是目前同時(shí)測定多種陰離子的首選方法，但定性能力較差。另外，高效液相色譜法與氣相色譜法雖然分析準(zhǔn)確，但設(shè)備昂貴且檢出限低，單掃描極譜法則容易帶來二次污染。而熒光光度法盡管能滿足氟離子的高選擇性及靈敏檢測，但是經(jīng)常需要合成新型的熒光探針，以致使整個(gè)過程繁瑣且成本較高。而作為催化動(dòng)力學(xué)光度法的分支之一的阻抑動(dòng)力學(xué)光度法因其具有設(shè)備簡單、分析成本低及較高的靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛。如劉紅梅[20]等人基于氨基乙酸-HCl緩沖體系中，F(xiàn)e3+對(duì)H2O2氧化2,4-二氨基苯酚(DAP)褪色具有催化作用，F(xiàn)-則會(huì)擬制該催化褪色體系，據(jù)此建立了一種催化抑制光度法測量微量F-的新方法。然而到目前為止，未見文獻(xiàn)報(bào)道利用Fe3+-H2O2-剛果紅催化褪色體系來檢測微量F-。

本研究工作利用在硫酸介質(zhì)中，F(xiàn)e3+能催化H2O2氧化剛果紅(Congored，CR)褪色，而當(dāng)加入少量氟離子后，該催化褪色褪色程度明顯減弱，基于此建立了一種抑制動(dòng)力學(xué)光度法檢測氟離子含量的新方法。該方法操作簡便，具有較高的靈敏度，可用于魚肉中氟含量準(zhǔn)確分析。

1　材料與方法

1.1儀器與試劑

722G型紫外可見分光光度計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；HH型數(shù)顯恒溫水浴鍋，華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司；EL104電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；WX-4000微波快速消解系統(tǒng)，上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司。

2.5×10-4mol/L鐵(III)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液；7.0×10-4mol/L剛果紅(CR)溶液；1.0mol/LH2O2溶液；0.05mol/LH2SO4溶液；1.0×10-2mol/LF-標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：取一定量的NaF放入干燥箱中，烘干后準(zhǔn)確稱取0.420 5g于燒杯中溶解，將溶液定容至1 000mL的容量瓶中，儲(chǔ)存于聚乙烯瓶中，使用時(shí)再稀釋成所需濃度。

鯉魚：購自漢中市漢臺(tái)區(qū)水產(chǎn)市場。

所用試劑均為分析純，試劑用水均為高純水。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

取2支規(guī)格相同的10mL具塞比色管，分別加入一定量的CR、稀H2SO4、H2O2及適量的Fe3+標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，再向其中一支比色管中加入一定量氟標(biāo)準(zhǔn)溶液，作為抑制反應(yīng)體系，另一支不加氟標(biāo)準(zhǔn)溶液作為非抑制反應(yīng)體系，均用高純水定容至刻度，搖勻。接著，將2支比色管同時(shí)置于數(shù)顯恒溫水浴鍋中，于90 ℃沸水浴中加熱10min后取出，放入冰水浴中冷卻至室溫以終止反應(yīng)。最后，使用1cm的比色皿，在吸收波長為500nm處，以蒸餾水作參比，分別測定抑制體系的吸光度(A1)和非抑制體系的吸光度(A2)，計(jì)算ΔΑ=A1-A2。

2　結(jié)果與討論

2.1不同反應(yīng)體系吸收光譜

按照1.2實(shí)驗(yàn)方法配制不同體系溶液，在波長400～600nm范圍內(nèi)分別對(duì)4個(gè)不同體系進(jìn)行波長掃描，并繪制吸收曲線。圖1結(jié)果表明：4個(gè)體系均在500nm處有最大吸收峰，但是在稀H2SO4介質(zhì)中，曲線2要比曲線1的吸收峰值低，這說明H2O2會(huì)氧化CR，而適量Fe3+的加入則能顯著催化H2O2氧化CR褪色(曲線4)。但是當(dāng)少量F-存在時(shí)，H2O2-CR體系的褪色有明顯的抑制，這可能是基于加入的F-能與反應(yīng)體系中Fe3+優(yōu)先結(jié)合生成[FeF6]3-，從而致使H2O2-CR體系的褪色程度有所減弱。因此，本研究選擇測定波長為500nm。

1-H2SO4(2.0×10-3 mol/L)+CR(1.0×10-5 mol/L)；2-H2SO4(2.0×10-3 mol/L)+H2O2(2.0×10-2 mol/L)+ CR(1.0×10-5 mol/L)；3-H2SO4(2.0×10-3 mol/L)+ H2O2(2.0×10-2 mol/L)+ CR(1.0×10-5 mol/L)+ Fe3+(2.0×10-5 mol/L)+F-(2.0×10-6mol/L)； 4-H2SO4(2.0×10-3 mol/L)+H2O2 (2.0×10-2 mol/L)+ CR(1.0×10-5 mol/L)+Fe3+(2.0×10-5 mol/L)圖1　吸收光譜圖Fig.1　Absorption spectra

2.2硫酸濃度對(duì)阻擬褪色體系的影響

初步研究表明，在稀H2SO4介質(zhì)中，少量F-對(duì)褪色反應(yīng)體系(Fe3++H2O2+CR)的阻擬作用最為明顯。進(jìn)一步考查了硫酸濃度對(duì)褪色反應(yīng)體系的影響。從圖2上可以看到，H2SO4濃度為310-3mol/L時(shí)，吸光度差值ΔΑ最大。因此，本文選擇硫酸濃度為310-3mol/L。

2.3反應(yīng)溫度的影響

反應(yīng)溫度是影響少量F-對(duì)褪色反應(yīng)體系阻擬作用的重要因素之一。實(shí)驗(yàn)考察了水浴在40～100 ℃范圍內(nèi)，反應(yīng)溫度對(duì)阻擬催化褪色反應(yīng)程度的影響(見圖3)。結(jié)果表明，在較低的反應(yīng)溫度下，隨著溫度的升高，體系的吸光度差值ΔΑ逐漸增大，但是當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到80 ℃時(shí)，ΔΑ較大且在更高的反應(yīng)溫度下基本保持不變。故本研究選擇反應(yīng)溫度為80 ℃。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[H2O2]=2.0×10-2 mol/L；C[CR]=2.0×10-5 mol/L；C[Fe3+]=2.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應(yīng)時(shí)間：8 min圖3　反應(yīng)溫度影響Fig.3　Effect of reaction temperature on the relative absorbance

2.4反應(yīng)時(shí)間的影響

在選定的硫酸濃度及反應(yīng)溫度下，實(shí)驗(yàn)探討了反應(yīng)時(shí)間對(duì)阻擬褪色程度的影響。圖4表明，在4～10min內(nèi)，ΔΑ隨反應(yīng)時(shí)間的增加而增大，超過10min后ΔΑ值基本不再變化。因此，選擇10min作為隨后研究的反應(yīng)時(shí)間。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[H2O2]=2.0×10-2 mol/L；C[CR]=2.0×10-5 mol/L；C[Fe3+]=2.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應(yīng)溫度：80 ℃圖4　反應(yīng)時(shí)間影響Fig.4　Effect of reaction time on the relative absorbance

2.5剛果紅濃度的影響

CR作為反應(yīng)體系的唯一顯色劑，其濃度對(duì)阻擬褪色程度有較大影響。從圖5可以明顯看出：CR濃度在1.010-5～1.010-4mol/L范圍內(nèi)，吸光度差值ΔΑ隨濃度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，僅當(dāng)其濃度為6.0×10-5mol/L時(shí)ΔΑ有最大值。因此，實(shí)驗(yàn)選擇6.0×10-5mol/L為CR的最佳濃度。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[H2O2]=2.0×10-2 mol/L；C[Fe3+]=2.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應(yīng)溫度：80 ℃；反應(yīng)時(shí)間：10 min圖5　剛果紅濃度影響Fig.5　Effect of CR concentration on the relative absorbance

2.6Fe3+濃度的影響

研究考查了Fe3+濃度在1.0×10-5～4.0×10-5mol/L范圍內(nèi)其對(duì)阻擬褪色程度的影響(如圖6所示)。我們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)反應(yīng)體系中加入的Fe3+濃度為2.5×10-5mol/L時(shí)，擬制體系與非擬制體系的吸光度差值ΔΑ最大。因此，本文選擇2.5×10-5mol/L的Fe3+為接下來研究工作的反應(yīng)濃度。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[H2O2]=2.0×10-2 mol/L；C[CR]=6.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應(yīng)溫度：80 ℃；反應(yīng)時(shí)間：10 min圖6　Fe3+濃度影響Fig.6　Effect of Fe3+ concentration on the relative absorbance

2.7H2O2濃度的影響

在固定上述各選定的實(shí)驗(yàn)條件下，考察了H2O2濃度對(duì)反應(yīng)體系阻擬褪色程度的影響。圖7顯示：2個(gè)反應(yīng)體系的吸光度差值ΔΑ隨著H2O2濃度先增大后減小，僅在濃度為0.06mol/L時(shí)ΔΑ獲得最大值。因此，選擇H2O2的最佳濃度為0.06mol/L。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[Fe3+]=2.5×10-5 mol/L；C[CR]=6.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應(yīng)溫度：80 ℃；反應(yīng)時(shí)間：10 min圖7　H2O2濃度影響Fig.7　Effect of H2O2 concentration on the relative absorbance

2.8方法線性范圍、標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

在以上優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，測定不同F(xiàn)-濃度下的阻抑體系與非阻抑體系的吸光值，以ΔΑ為縱坐標(biāo)、F-濃度為橫坐標(biāo)繪制工作曲線(見圖8)。在8.010-72.010-5mol/L濃度范圍內(nèi)，體系吸光度ΔΑ與F-濃度呈良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程為ΔΑ=0.003 6C(mol/L)+0.104 8，相關(guān)系數(shù)r=0.992 3。按照IUPAC建議，計(jì)算出方法的檢出限為2.810-7mol/L。對(duì)2.010-6mol/L的F-標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測定8次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.9%。

圖8　標(biāo)準(zhǔn)工作曲線Fig.8　　Standard curve

2.9共存離子的影響

可在酸性溶液中通過陽離子交換樹脂分離除去。

2.10樣品分析

2.10.1樣品制備

取適量魚肉樣品于粉碎機(jī)中粉碎成泥狀并混勻，準(zhǔn)確稱取0.200 8g于聚四氟乙烯消解罐中，同時(shí)加入5mL濃HNO3和1mL雙氧水，放置12h。然后，分3步進(jìn)行密閉微波消解約20min(從100 ℃升至180 ℃)，消解結(jié)束后冷卻至室溫并放置在控溫板上加熱趕盡殘酸，之后將其轉(zhuǎn)移到10mL的容量瓶中，以高純水定容至刻度線，搖勻待用。

2.10.2樣品測定結(jié)果及加標(biāo)回收率

按照實(shí)驗(yàn)方法1.2對(duì)魚肉中氟離子含量進(jìn)行測定，并以標(biāo)準(zhǔn)加入法檢驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性。由表1可知，加標(biāo)回收率為95.50%～98.00%，故此法能準(zhǔn)確的測定魚肉中氟含量。

表1　樣品回收率的測定結(jié)果(n=3)

3　結(jié)論

本文基于酸性介質(zhì)中，少量F-能阻擬Fe3+-H2O2-剛果紅褪色體系而建立了一種測定微量F-的新光度分析法。該法試劑廉價(jià)、操作簡單且具有較高的靈敏度。使用本文建議的光度法測得鯉魚中F-的平均含量為20.32g/g，略低于國標(biāo)中氟含量(21μg/g)且回收率結(jié)果較理想。因此，本研究所建立起的新阻擬褪色光度法不僅能檢測魚類F-含量，還有望用于其他生物樣品中F-含量的靈敏檢測，更能為食品監(jiān)督部門提供一定的數(shù)據(jù)參考。

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DetectionoffluorideioninfreshbynewinhibitionkineticspectrophotometryusingFe3+-hydrogenperoxide-congoredsystem

XIONGHai-tao1,2*

1(ShaanxiProvinceKeyLaboratoryofCatalyticFoundationandApplication,ShaanxiSCI-TECHUniversity,Hanzhong723000,China)2(SchoolofChemical&EnvironmentalSciences,ShaanxiSCI-TECHUniversity,Hanzhong723000,China)

Intheacidiccondition,tracefluorineioncouldobviouslyinhibitthefadingreactionbetweencongoredandH2O2catalyzedbyFe3+.Inaddition,theinhibitionde-colorationdegreewaslineartothecontentoffluorineion.Basedonthisfinding,anewinhibitionkineticspectrophotometrymethodforthedetectionoftracefluorineionwasproposed.Undertheoptimumconditions,thelinearrangeforfluorineionwas8.0×10-7～2.0×10-5mol/Lwithadetectionlimitof2.8×10-7mol/L.Theproposedmethodhasbeenappliedtoassayoffluorineioninfreshandtherecoverywasbetween95.50%and98.00%.

ironion(Ⅲ);hydrogenperoxide;congored;inhibitionkinetic;fluorideion;fresh

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201608033

碩士,講師(本文通訊作者，E-mail：xionght@snut.edu.cn)。

陜西省教育廳專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目( 16JK1131)

2015-12-29，改回日期：2016-02-16