用固綠FCF作探針快速測定蘿卜紅色素中的Pb

江虹,龐向東,譚建紅,尤曉露,陳娥

(長江師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，重慶市無機(jī)特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，408100)

用固綠FCF作探針快速測定蘿卜紅色素中的Pb

江虹*,龐向東,譚建紅,尤曉露,陳娥

(長江師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，重慶市無機(jī)特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶，408100)

建立了快速測定蘿卜紅色素中Pb 的瑞利散射新方法。固綠FCF 與陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨在酸性Tris-鹽酸緩沖介質(zhì)中，與Pb(Ⅱ) 結(jié)合生成的三元復(fù)合物能使瑞利散射(RLS)顯著增強(qiáng)并產(chǎn)生新的RLS光譜，在最大RLS峰342 nm波長處，Pb(Ⅱ) 的質(zhì)量濃度在0.005～0.40 mg/L內(nèi)與體系的瑞利散射增強(qiáng)程度△IRLS呈線性關(guān)系，定量限為0.044 mg/kg。方法用于蘿卜紅色素中Pb的測定，回收率為98.5%～102%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(n=5)為1.8%～2.3%。

固綠FCF；Pb；蘿卜紅色素；十六烷基三甲基溴化銨；瑞利散射

蘿卜紅色素是一種天然食用色素，一般由紅心蘿卜提取，安全、無毒、資源豐富，且具有一定的營養(yǎng)和藥理作用，在食品、化妝、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，有很好的市場發(fā)展前景。而Pb 是一種毒性很強(qiáng)的微量元素，主要經(jīng)過呼吸道、消化道和皮膚的滲透作用進(jìn)入人體，當(dāng)積蓄量達(dá)到一定閾值時(shí)，就會(huì)對(duì)人體造成危害。蘿卜紅色素中的Pb 主要來源于原料、色素提取、加工、容器、包裝、貯存和運(yùn)輸?shù)冗^程中的污染，因此，研究蘿卜紅色素中Pb 的檢測方法具有重要意義。

目前，測定Pb 的方法主要有：原子吸收法[1-5]，紫外-可見分光光度法[6-9]，電化學(xué)法[10-13]，原子發(fā)射法[14]，質(zhì)譜法[15]和原子熒光法[16-18]等。原子吸收法，操作繁瑣費(fèi)時(shí)、條件較苛刻，需要配備專門的元素?zé)?。紫?可見分光光度法雖然儀器價(jià)廉，易于推廣，操作也簡便，但靈敏度不高。其他方法在線性范圍、干擾因素或條件要求等方面存在不足等。近年，用固綠FCF 作探針的分光光度法在藥物分析中已有報(bào)道，而以固綠FCF為探針，采用近年發(fā)展起來的瑞利光散射(rayleigh light scattering，RLS)技術(shù)來測定食用蘿卜紅色素中Pb未見報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

Pb(Ⅱ) 標(biāo)準(zhǔn)溶液：20.72 mg/L 貯備液，此液稀釋10倍，即為操作液；固綠FCF(fast green FCF，簡寫為 FGF)溶液：1.0×10-4mol/L；溴化十六烷基三甲基銨(簡寫為CTMAB)：稱取適量CTMAB，用少量無水乙醇溶解后加水配成400 mg/L；Tris(三羥甲基氨基甲烷)-HCl緩沖溶液：0.20 mol/L Tris溶液與0.10 mol/L HCl混合，用酸度計(jì)測定，配成pH 3.0～7.0的系列緩沖溶液。試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

樣品：4種蘿卜紅色素(1#～4#)，市售。

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 樣品處理

稱取市售蘿卜紅色素1# 19.482 2 g，2# 18.956 0 g，3# 18.325 0 g，4# 18.765 3 g分別置于瓷坩堝中，在電爐上低溫加熱，待樣品炭化后，將溫度調(diào)至500 ℃ 灼燒灰化5 h，取出冷卻后，加2.0 mL 1∶1 HNO3潤濕灰分，低溫加熱蒸干，在500～550 ℃灼燒2 h，放冷，取出坩堝，加2.0 mL 1∶1 HNO3溶液，低溫加熱，使灰分溶解，冷卻，過濾，濾液中加入3.0 mL 1∶2 三乙醇胺溶液，再用水定容至50 mL，即得待測液。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

于10mL 具塞比色管中，依次準(zhǔn)確加入3.0 mL 1.0×10-4mol/L固綠FCF 溶液，1.5 mL pH 4.55 Tris-HCl緩沖溶液，適量的2.072 mg/L Pb(Ⅱ) 標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣液，再加入0.20 mL 400 mg/L 溴化十六烷基三甲基銨溶液，用水定容，搖勻，10 min 后，在熒光光度計(jì)上設(shè)置λex=λem=220 nm，測定狹縫10 nm，掃描RLS 光譜，記錄最大瑞利散射波長處體系的瑞利散射強(qiáng)度IRLS及試劑空白的瑞利散射強(qiáng)度I0，計(jì)算△IRLS。

2 結(jié)果與討論

2.1 光譜特征

圖1為△λ=0 時(shí)各溶液的 RLS 光譜。從圖1可見，Pb(Ⅱ)、FGF、FGF 的酸性溶液及FGF-Pb(Ⅱ) 的酸性溶液的RLS均十分微弱(曲線1～4)。當(dāng)在FGF 的酸性溶液中加入表面活性劑CTMAB 后，其RLS 顯著增強(qiáng)(曲線5)，最大瑞利散射峰位于 342 nm 波長處。當(dāng)在 FGF-CTMAB 的酸性溶液中加入不同質(zhì)量濃度的Pb(Ⅱ)溶液時(shí)，瑞利散射曲線的最高峰隨著Pb(Ⅱ) 濃度的增大而逐漸增強(qiáng)(曲線6～11)，Pb(Ⅱ) 在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，其質(zhì)量濃度與體系的瑞利散射增強(qiáng)程度(△IRLS)呈線性關(guān)系。故該體系可在342 nm處對(duì)Pb(Ⅱ) 進(jìn)行定量分析。

1-Pb(Ⅱ)(0.207 mg/L); 2-FGF(3.0×10-5 mol/L); 3-FGF (3.0×10-5 mol/L), pH 4.55; 4-Pb(Ⅱ)(0.207 mg/L) - FGF (3.0×10-5 mol/L), pH 4.55; 5～11-Pb(Ⅱ)(0.000, 0.0414, 0.124, 0.207, 0.290, 0.373, 0.414 mg/L) - FGF(3.0×10-5 mol/L) - 8.0 mg/L CTMAB, pH 4.55圖1 RLS光譜Fig.1 RLS spectra

可能的反應(yīng)機(jī)理：三苯甲烷類酸性染料固綠FCF 分子上的2個(gè)Na+可離解，使自身帶2個(gè)單位的負(fù)電荷。陽離子表面活性劑CTMAB在酸性溶液中可離解出Br-，變成自身帶1個(gè)單位正電荷的陽離子活性基團(tuán)。帶正負(fù)電荷的陰、陽離子結(jié)合后生成帶負(fù)電荷的締合顆粒，進(jìn)而與Pb(Ⅱ) 結(jié)合生成三元復(fù)合物，使體系的摩爾質(zhì)量和體積顯著增大，故瑞利光散射強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。

2.2 反應(yīng)條件

2.2.1 pH 值

考察了Tris-HCl、BR、NaAc-HAc 等緩沖溶液對(duì)體系△IRLS的影響，結(jié)果表明，用Tris-HCl效果相對(duì)較好。同時(shí)考察了不同pH 值的Tris-HCl緩沖溶液對(duì)體系△IRLS的影響，結(jié)果如圖2所示?？梢?，pH值在 4.0～5.5 時(shí)，體系有較大的△IRLS，表明其靈敏度較高。實(shí)驗(yàn)用pH 4.55 的Tris-HCl 緩沖溶液，適宜用量范圍為1.5～2.0 mL，實(shí)驗(yàn)用1.5 mL。

圖2 pH值對(duì)△IRLS的影響 Fig.2 Effect of buffer pH on △IRLS

2.2.2 固綠FCF溶液的濃度

考察了不同濃度FGF 溶液對(duì)體系△IRLS的影響，結(jié)果如圖3所示?？梢?，F(xiàn)GF 溶液濃度較小時(shí)，△IRLS較小，原因是FGF 沒有與CTMAB 及 Pb(Ⅱ)充分結(jié)合。當(dāng)FGF 溶液濃度過大時(shí)，△IRLS仍較小，其原因是FGF 本身的光吸收會(huì)使散射強(qiáng)度減弱。故FGF適宜濃度為(2.5～3.2)×10-5mol/L，在此范圍內(nèi)，體系有較大的△IRLS。實(shí)驗(yàn)用1.0×10-4mol/L FGF 溶液3.0 mL。

圖3 固綠FCF溶液濃度對(duì)△IRLS的影響Fig.3 Effect of fast green FCF concentration on △IRLS

2.2.3 表面活性劑

考察了陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉，陽離子表面活性劑溴化十六烷基三甲基銨、溴代十六烷基吡啶，非離子表面活性劑OP乳化劑、Triton X-100、Tween-20等對(duì)體系△IRLS的影響。結(jié)果表明，只有陽離子表面活性劑具有增敏作用，其中又以CTMAB 為最佳。由此說明，CTMAB 可與帶負(fù)電荷的FGF以靜電引力結(jié)合，使體系及試劑空白的RLS 顯著增加。故實(shí)驗(yàn)用400 mg/L CTMAB溶液作為增敏劑，適宜用量0.20 mL。

2.2.4 試劑加入順序

考察了各物質(zhì)在不同加入順序時(shí)對(duì)體系△IRLS的影響。結(jié)果表明，加入順序?yàn)镕GF、pH 4.55 的Tris-HCl緩沖溶液、Pb(Ⅱ)、CTMAB 時(shí)，體系△IRLS值最大，靈敏度最高，故該順序可確定為最佳加入順序。實(shí)驗(yàn)按此順序進(jìn)行。

2.2.5 反應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定性

考察了不同放置時(shí)間對(duì)體系△IRLS的影響(圖4)。

圖4 時(shí)間對(duì)△IRLS的影響Fig.4 Effect of time on △IRLS

結(jié)果表明，開始時(shí)，隨著溶液放置時(shí)間的增加，△IRLS逐漸增大，說明此時(shí)反應(yīng)并未完全，當(dāng)時(shí)間增至10 min 后，體系的 △IRLS趨于平穩(wěn)，說明反應(yīng)在10 min內(nèi)即可進(jìn)行完全，穩(wěn)定時(shí)間至少1 h。實(shí)驗(yàn)選在10 min 后測定。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

按1.4方法配制Pb(Ⅱ) 的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，掃描RLS 光譜，作 △IRLS-ρ 標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖5)。該方法在0.005～0.40 mg/L內(nèi)與體系的△IRLS呈線性關(guān)系，一元線性回歸方程為 △IRLS=-3.998+503 8ρ(質(zhì)量濃度ρ∶mg/L)，相關(guān)系數(shù)為r=0.999 9，定量限為0.044 mg/kg。

圖5 Pb(Ⅱ)的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.5 Standard curve of lead(Ⅱ)

2.4 共存物質(zhì)的影響

考察了一些常見物質(zhì)在342 nm 波長處，對(duì)測定0.207 mg/L Pb(Ⅱ) 的影響。結(jié)果表明，當(dāng)相對(duì)誤差≤ ±5% 時(shí)，以下物質(zhì)不干擾測定：100倍的K+、Na+、NH4+、NO3-、Cl-；60倍的Mn2+、Fe2+、Ba2+、Sr2+、Mg2+、Ca2+、S2O32-、SO32-；30倍的Cu2+、C2O42-、CO32-、SO42-；5倍的Fe3+、Al3+。Fe3+、Al3+允許量較小，可加入三乙醇胺和水的體積比為1∶2的溶液1.0 mL 予以掩蔽?？梢?，方法有較好的選擇性。

2.5 樣品分析

按實(shí)驗(yàn)方法加入各試劑溶液及3.00 mL 1.3中的各待測樣液，各平行測定5份，再按1.4中的方法掃描RLS 光譜，同時(shí)做加標(biāo)回收試驗(yàn)(n=5)。根據(jù)RLS 光譜，求出各樣液中Pb(Ⅱ) 的含量，最后推至原始樣品中Pb的含量，并與國標(biāo)法(原子吸收法，AAS)[1]比較，結(jié)果見表1。

表1 樣品分析結(jié)果及回收試驗(yàn)(n=5)

注：ND 為未檢出；樣品含量<檢出限的按檢出限的1/2 計(jì)算回收率。

3 結(jié)論

本法與國標(biāo)法[1]相比，操作更簡便，條件不苛刻，試劑價(jià)廉易得，樣品處理安全，線性范圍較寬，有較高的準(zhǔn)確度和精密度，其靈敏度能滿足痕量分析要求，該方法適于批量食用蘿卜紅色素中Pb 的快速測定。

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Fast determination of lead in radish red pigment with FCF as a probe

JIANG Hong*, PANG Xiang-dong, TAN Jian-hong, YOU Xiao-lu, Chen E

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Yangtze Normal University,Chongqing Key Laboratory of Inorganic Special Functional Materials, Chongqing 408100,China)

A new and fast Rayleigh light scattering method for quantified detection of lead in radish red pigment was developed. In an acidic Tris-Hydrochloric acid buffer medium, lead(Ⅱ) can be bound with fast green FCF and cationic surfactant cetyl trimethyl ammonium bromide to form a ternary complex and distinctively enhanced Rayleigh scattering (RLS) of the system and form a new RLS spectrum. The maximum Rayleigh scattering peak was located at 342 nm. In this wavelength, The RLS intensity (△IRLS) was directly proportion to the mass concentration of lead (Ⅱ) in the range of 0.005-0.40 mg/L with the quantitative limit of 0.044 mg/kg. The method applied in trace lead detection in radish red pigment with satisfied results as the recovery rate of 98.5%-102% and RSD(n=5) of 1.8%-2.3%.

fast green FCF; lead; radish red pigment; cetyl trimethyl ammonium bromide; Rayleigh scattering

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201702036

學(xué)士，教授(本文通訊作者,E-mail: jianghongch@163.com)。

重慶市教委科技基金資助項(xiàng)目(KJ1401226);長江師范學(xué)院科技基金資助項(xiàng)目(2015CXX079)

2016-06-03，改回日期：2016-11-22