沸石修飾聚丙烯酰胺復(fù)合材料富集
——分光光度法測(cè)定日落黃色素

李婉君，張振宇，朱秋芳，張翠紅

(1.太原工業(yè)學(xué)院化學(xué)與化工系，山西 太原 030008;2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

分析與測(cè)試

沸石修飾聚丙烯酰胺復(fù)合材料富集
——分光光度法測(cè)定日落黃色素

李婉君1，張振宇2，朱秋芳1，張翠紅1

(1.太原工業(yè)學(xué)院化學(xué)與化工系，山西 太原 030008;2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001)

以沸石修飾聚丙烯酰胺復(fù)合材料作為固相萃取的吸附劑，與可見(jiàn)分光光度計(jì)聯(lián)用檢測(cè)軟飲料中日落黃色素的含量。優(yōu)化了固相萃取實(shí)驗(yàn)條件對(duì)萃取效率的影響，包括樣品pH，樣品流速，樣品體積和洗脫液流速。在最優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)5種軟飲料中日落黃色素的含量進(jìn)行了測(cè)定，日內(nèi)、日間精密度分別為2.58%和4.63%；加標(biāo)回收率范圍為93.0%～98.7%。結(jié)果表明，本實(shí)驗(yàn)方法具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，適用于軟飲料中日落黃色素的測(cè)定。

沸石；聚丙烯酰胺；固相萃取；分光光度法；日落黃色素

近來(lái)，軟飲料已成為人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?。由于人工合成色素具有色彩鮮艷，性質(zhì)穩(wěn)定，著色力強(qiáng)等特點(diǎn)，而常常被加入到軟飲料中。毒理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，這些人工合成色素本身或是其代謝中間體對(duì)人體健康有慢性毒害或有致癌的危險(xiǎn)[1]。日落黃是一種人工合成色素，長(zhǎng)時(shí)間飲用超量添加該色素的飲料，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。由于這些原因，我國(guó)對(duì)人工合成色素使用的種類(lèi)、添加量及允許添加范圍做了嚴(yán)格的限制[2]。因此，準(zhǔn)確檢測(cè)軟飲料中日落黃色素的含量是十分重要的。由于軟飲料中的目標(biāo)物質(zhì)含量較低且基體效應(yīng)比較復(fù)雜，直接測(cè)定日落黃色素的含量是困難的。為了提高日落黃色素檢測(cè)的靈敏度，在檢測(cè)前對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行分離富集是必要。

傳統(tǒng)的分離富集方法主要有液液萃取技術(shù)[3]、微波輔助萃取技術(shù)[4]及超聲波輔助提取技術(shù)[5]等，這些方法存在許多缺點(diǎn)[6-7]，比如，對(duì)環(huán)境有害的有機(jī)溶劑用量多，操作過(guò)程冗雜且還可能會(huì)造成分析物質(zhì)的流失或分解。固相萃取技術(shù)(SPE)因具有對(duì)環(huán)境污染小、分離分析速度快、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)[3]，而被廣泛應(yīng)用。在固相萃取技術(shù)中，吸附劑的選擇是至關(guān)重要的[8]，聚酰胺粉[10]和無(wú)機(jī)多孔材料[11-12]已被用于色素的吸附。聚酰胺粉為有機(jī)聚合物，其缺點(diǎn)為比表面積小、機(jī)械強(qiáng)度差及萃取效率低。而無(wú)機(jī)多孔材料比表面積大，但在萃取后難回收，容易造成二次污染[13]。

近年來(lái)，無(wú)機(jī)多孔材料的改性研究越來(lái)越多。例如，Wang等人制備了沸石改性的聚合物整體柱，并將其應(yīng)用于檢測(cè)唇膏中的合成色素[14]。沸石是孔徑均勻的無(wú)機(jī)多孔材料，具有大的比表面積和良好的熱穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)利用一鍋法制備了沸石修飾的聚丙烯酰胺復(fù)合材料，并將其作為固相萃取吸附劑，與可見(jiàn)分光光度計(jì)聯(lián)用檢測(cè)軟飲料中的日落黃色素。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

人造沸石購(gòu)于阿拉丁試劑有限公司；亞甲基雙丙烯酰胺和丙烯酰胺均購(gòu)于天津市福晨化學(xué)試劑廠；十二醇、二甲亞砜和偶氮二異丁腈均購(gòu)于天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；丙烯酰胺和偶氮二異丁腈均經(jīng)重結(jié)晶處理且在室溫下真空干燥后使用。日落黃色素(90%)購(gòu)于Sigma-Aldrich有限公司，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示；將日落黃色素溶解于去離子水中，配成濃度為1000 μg·mL-1標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，避光保存于4 ℃冰箱中。本實(shí)驗(yàn)所需的工作溶液均由以上配制的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋得到。所有溶液在可見(jiàn)分光光度計(jì)檢測(cè)前都經(jīng)過(guò)0.45 μm微孔濾膜過(guò)濾。

圖1 日落黃色素的結(jié)構(gòu)式

可見(jiàn)分光光度計(jì)使用的是722S可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海精科儀器有限公司)，日落黃色素的檢測(cè)波長(zhǎng)為490 nm；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)使用的是TU-1901雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；超聲清洗器使用的是KQ-50DB數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；真空水泵使用的是SHZ-D(Ⅲ)循環(huán)水式真空泵(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)；鼓風(fēng)干燥箱使用的是PHG-90304電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)；酸度計(jì)使用的是pHS-3C數(shù)字酸度計(jì)(上海雷磁儀器廠)；注射泵使用的是LSP01-1A 實(shí)驗(yàn)室注射泵(河北保定蘭格恒流泵有限公司)。

1.2 樣品處理

所有的軟飲料樣品均隨機(jī)購(gòu)買(mǎi)于本地超市。1 mL樣品用0.02 mol·L-1磷酸鹽緩沖溶液(PBS)(pH值= 4)稀釋?zhuān)ㄈ萦谧厣萘科恐小悠啡芤悍胖迷诔曀≈谐暶摎?0 min，再經(jīng)0.45 μm的微孔濾膜過(guò)濾后，放置在4 ℃的冰箱中待用。

1.3 沸石修飾的聚丙烯酰胺復(fù)合材料的制備

稱(chēng)取沸石0.60克放入燒杯中，加入60 mL 1% HCl溶液，攪拌3 h，過(guò)濾，并用去離子水洗至濾液呈中性后，將得到的固體置于烘箱中60℃干燥6 h，待用。

聚合反應(yīng)液包括60.0 mg單體丙烯酰胺、140.0 mg交聯(lián)單體亞甲基雙丙烯酰胺、70.0 mg預(yù)處理過(guò)的沸石、1.0 mg引發(fā)劑偶氮二異丁腈和致孔劑(620 μL二甲亞砜和435 μL十二醇)。聚合反應(yīng)液經(jīng)超聲10 min使其混合均勻，再通入氮?dú)? min排除體系內(nèi)的氣泡和氧氣，放入烘箱加熱60 ℃反應(yīng)8 h。反應(yīng)后得到的產(chǎn)物用100 mL甲醇超聲洗滌10 min，以除去產(chǎn)物中未反應(yīng)完的單體和殘余的致孔劑，過(guò)濾干燥后待用。

1.4 SPE萃取過(guò)程

在SPE萃取前，用注射泵分別注入去離子水、乙醇、去離子水充分沖洗固相萃取微柱，再將沸石修飾的聚丙烯酰胺復(fù)合材料作為吸附劑填充到微柱中，在柱子兩端加塞少量的玻璃棉和脫脂棉，其固相萃取裝置如圖2所示[15]。

固相萃取過(guò)程包括活化、上樣、洗滌和洗脫四個(gè)步驟。首先，活化：分別將1.0 mL甲醇、0.5 mL PBS(pH值 = 4)以1.5 mL min[-1]流速通過(guò)固相萃取微柱。然后，上樣：將2.0 mL樣品溶液以1.0 mL min[-1]流速通過(guò)微柱，以使樣品溶液中的日落黃色素被吸附劑吸附。其次，洗滌：以1.5 mL min[-1]的流速將0.5 mL PBS(pH值=4)通過(guò)微柱進(jìn)行洗滌，目的是除去微柱中未被吸附劑吸附的雜質(zhì)。最后，洗脫：將1.0 mL 洗脫液(0.5%氨水:甲醇 = 50:50，V/V) 以1.3 mL min[-1]速度流過(guò)微柱, 收集洗脫液，待可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定。

圖2 固相萃取裝置

2 結(jié)果與討論

2.1 吸收曲線

以空白溶液作為參比，用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定日落黃色素標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸收光譜，得到其吸收曲線，如圖3所示。從圖3中可以看出，在波長(zhǎng)490 nm處出現(xiàn)了最大吸收，所以在后續(xù)的的實(shí)驗(yàn)中均以490 nm來(lái)作為測(cè)定日落黃色素的吸光度的檢測(cè)波長(zhǎng)。

圖3 日落黃色素的吸收曲線

2.2 SPE條件的優(yōu)化

2.2.1 樣品pH的優(yōu)化

在SPE萃取中，溶液pH對(duì)萃取效率的影響很大，其總是影響著分析物質(zhì)與吸附劑之間的相互作用。本實(shí)驗(yàn)用HCl或NaOH溶液來(lái)調(diào)節(jié)樣品pH，在pH值為1.0～9.0范圍內(nèi)，考察了樣品pH對(duì)萃取效率的影響，結(jié)果如圖4所示。從圖4可以看出，隨著樣品pH值從1.0增加到4.0，日落黃色素的吸光度增大，然后吸光度隨pH值的增加而下降。原因可能是由于日落黃色素和吸附劑之間存在氫鍵和靜電斥力，該體系的氫鍵存在兩種，一種是由日落黃色素中的磺酸基或羥基與吸附劑中聚丙烯酰胺中的酰胺基所形成的，另一種是由日落黃色素中的磺酸基或羥基與吸附劑中沸石的羥基所形成的。當(dāng)樣品pH值過(guò)低時(shí)，由于日落黃色素中的磺酸基或羥基與沸石中的羥基均質(zhì)子化而導(dǎo)致靜電斥力增加。當(dāng)樣品pH值過(guò)高時(shí)，由于體系中氫鍵作用力減弱使得吸附量降低吸光度變小。最終，本實(shí)驗(yàn)選擇樣品pH值為4.0。

圖4 樣品pH值對(duì)萃取效率的影響

日落黃色素：2μg mL-1；樣品體積：2.0 mL；樣品流速：1.0 mL min-1；洗脫液流速：1.3 mL min-1。

2.2.2 樣品流速的優(yōu)化

固定其它條件，考察樣品流速對(duì)萃取效率的影響，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，隨著樣品流速的增加，日落黃色素的吸光度增大，而當(dāng)樣品流速為1.0 mL min-1時(shí)，吸光度達(dá)到最大值，然后隨著樣品流速增加，日落黃色素的吸光度減小。這是因?yàn)闃悠妨魉龠^(guò)快，吸附劑吸附不完全而導(dǎo)致萃取效率降低，然而樣品流速過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致分離時(shí)間過(guò)長(zhǎng)且吸收峰變寬。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇的樣品流速為1.0 mL min-1。

圖5 樣品流速對(duì)萃取效率的影響

日落黃色素：2μg mL-1；樣品pH值：4.0；樣品體積：2.0 mL；洗脫液流速：1.3 mL min-1。

2.2.3 樣品體積的優(yōu)化

為了研究樣品體積對(duì)日落黃色素萃取效率的影響，本實(shí)驗(yàn)考察了樣品體積在0.0～4.0 mL范圍之間吸光度的變化，結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出日落黃色素的吸光度隨樣品體積的增加而增大，但當(dāng)樣品體積大于2.0 mL時(shí)，隨著樣品體積的增加而吸光度增加不大，原因是由于固相萃取微柱對(duì)日落黃色素已經(jīng)基本吸附完全，吸光度不再明顯增加，趨于平衡。考慮到樣品體積過(guò)大導(dǎo)致分析時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，降低萃取效率，因此本實(shí)驗(yàn)采用的樣品體積為2.0 mL。

圖6 樣品體積對(duì)萃取效率的影響

日落黃色素：2μg mL-1；樣品pH值：4.0；樣品流速：1.0 mL min-1；洗脫液流速：1.3 mL min-1。

2.2.4 洗脫液流速的優(yōu)化

為了對(duì)日落黃色素進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析，確定最佳的洗脫液流速是必要的。在1.0～1.5 mL min-1的范圍內(nèi)，考察了洗脫液流速對(duì)萃取效率的影響，結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出，隨著洗脫液流速的增加，日落黃色素的吸光度是先增加后減小，當(dāng)洗脫液流速為1.3 mL min-1時(shí)，日落黃色素萃取效率最大。故本實(shí)驗(yàn)選取1.3 mL min-1為洗脫液流速。

圖7 洗脫液對(duì)萃取效率的影響

日落黃色素：2μg mL-1；樣品pH值：4.0；樣品流速：1.0 mL min-1；樣品體積：2.0 mL。

2.3 方法評(píng)價(jià)

在最優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下(樣品pH值：4.0；樣品流速：1.0 mL min-1；樣品體積：2.0 mL；洗脫液流速：1.3 mL min-1)，通過(guò)考察線性范圍、相關(guān)性系數(shù)、檢出限(LOD)、定量限(LOQ)和重現(xiàn)性等對(duì)SPE方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。在最佳的條件下，在0.5～50μg mL-1線性范圍內(nèi)，相關(guān)性系數(shù)(r)為0.9972，富集倍數(shù)為2.46，方法的檢出限(LOD)和定量限(LOQ)以三倍和十倍的信噪比計(jì)算分別為0.12μg mL-1和0.40μg mL-1。而方法的重現(xiàn)性由日內(nèi)精密度和日間精密度評(píng)價(jià)，日內(nèi)和日間精密度(重復(fù)測(cè)量次數(shù)均為7次)分別為2.58%和4.63%。

2.4 實(shí)際樣品分析

在最優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，我們對(duì)五種軟飲料樣品做了加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)濃度為三個(gè)水平，分別為1,2,4μg mL-1。加標(biāo)回收結(jié)果如表1所示，加標(biāo)回收率在93.0%～98.7%范圍內(nèi)，其結(jié)果令人滿意。

表1 實(shí)際樣品中日落黃色素的測(cè)定及加標(biāo)回收率(n = 3)

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)制備了沸石修飾聚丙烯酰胺復(fù)合材料，并將其作為固相萃取吸附劑并與可見(jiàn)分光光度計(jì)聯(lián)用檢測(cè)軟飲料的中日落黃色素?？疾炝薙PE萃取條件對(duì)萃取效率的影響，得到了最優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件：樣品pH值:4.0；樣品流速：1.0 mL min-1；樣品體積：2.0 mL；洗脫液流速：1.3 mL min-1。對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行分析，得到了滿意的回收率，證明該方法是一種操作簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高且適用于測(cè)定軟飲料樣品中的日落黃色素的方法。

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(本文文獻(xiàn)格式：李婉君，張振宇，朱秋芳.沸石修飾聚丙烯酰胺復(fù)合材料富集——分光光度法測(cè)定日落黃色素[J].山東化工，2017，46(06)：73-76.)

Spectrophotometric Determination of Sunset Yellow After Preconcentration with Zoelite Modified Polyacrylamide Composite

LiWanjun1*,ZhangZhenyu2,ZhuQiufang1,ZhangCuihong1

(1.Department of Chemistry and Chemical Engineering, Taiyuan Institute of Technology,Taiyuan 030008,China;2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan 030001, China)

A spectrophotometric method for the analysis of Sunset Yellow in soft drinks was established based on the preconcentration with zoelite modified polyacrylamide composite. Effects of experimental conditions on the extraction efficiency were investigated including sample pH, sample flow rate, sample volume, and eluent flow rate. The proposed method was employed for the detection of Sunset Yellow in 5 kinds of soft drinks. The intra-day and inter-day relative standard deviations were 2.58% and 4.63%, respectively. The satisfactory recoveries were obtained in the range of 93.0%～98.7%. The developed method was successfully employed to the detemenation of Sunset Yellow in soft drinks.

zoelite; polyacrylamide;solid phase extraction;spectrophotometry; sunset yellow

2017-02-08

本文系太原工業(yè)學(xué)院青年科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：2015LQ10)和太原工業(yè)學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(編號(hào)：GK2015045)

李婉君(1987—)，女，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向：分析檢測(cè)。

O657.32

A

1008-021X(2017)06-0073-04