麗春紅S探針雙波長(zhǎng)吸收光譜法測(cè)定食品中的Cu

江虹,吳征真,王芳,冉純民,曾慶瑞,程乙真

(長(zhǎng)江師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，武陵山片區(qū)綠色發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心，重慶，408100)

Cu是人們熟知的一種金屬元素，廣泛存在于日常用品中。人體中的Cu主要來(lái)源于日常飲食，如蛋糕、面包、餅干、面條、豆制品以及奶制品等，尤其是嬰兒配方奶粉、幼兒配方奶粉及兒童配方奶粉等系列奶制品在加工過(guò)程中都補(bǔ)充了一定量的礦物質(zhì)元素；由于Cu對(duì)人體健康有著重要作用，它是人體內(nèi)多種氧化還原酶的成分，參與人體造血，在造血過(guò)程中若缺少Cu，人體內(nèi)的鐵元素就不能合成血紅蛋白，造血機(jī)能就會(huì)受到影響，由此就會(huì)出現(xiàn)缺Cu性貧血；除此之外，人體缺Cu，還會(huì)引起頭暈、眼花、耳鳴、乏力、冠心病、糖尿病等疾病。若人體內(nèi)Cu過(guò)量，則會(huì)引起惡心、嘔吐、上腹疼痛、肝臟受損等[1]。而食品在生產(chǎn)加工過(guò)程中，可能因使用Cu器設(shè)備或環(huán)境污染而帶入一定量Cu。鑒于此，對(duì)食品中Cu的研究有著重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)Cu的檢測(cè)方法主要有：原子吸收法[2-5]，電化學(xué)法[6-9]，熒光法[10-12]，電感耦合等離子體質(zhì)譜法[13-15]和紫外-可見(jiàn)分光光度法[16-19]等。原子吸收法有較高的準(zhǔn)確度，但所用儀器偏貴，分析成本偏高。電化學(xué)法、熒光法及電感耦合等離子體質(zhì)譜法，要么分析成本高不易普及，要么選擇性欠佳或條件要求較苛刻等。而分光光度法由于操作簡(jiǎn)便，儀器價(jià)廉，可普及到一般實(shí)驗(yàn)室，因此長(zhǎng)期以來(lái)，這種方法受到人們的喜愛(ài)而得到不斷的發(fā)展。雖然用紫外-可見(jiàn)分光光度法對(duì)金屬離子的研究較多，而對(duì)Cu的研究較多的是采用催化光度法、萃取光度法及三元絡(luò)合光度法，它們的靈敏度一般較低，如文獻(xiàn)[17] 的靈敏度(κ)只有7.95×103L/(mol·cm)，文獻(xiàn)[18] 的靈敏度(κ)只有1.29×103L/(mol·cm)。鑒于此，本工作以酸性染料麗春紅S為探針，在可見(jiàn)光區(qū)采用二元反應(yīng)雙波長(zhǎng)吸收光譜法來(lái)研究餅干、面條與奶粉中Cu含量的定量檢測(cè)方法，本法比一般紫外-可見(jiàn)分光光度有更高的靈敏度，且操作更簡(jiǎn)單，所用試劑更少，目前尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麗春紅S(99%)，成都貝斯特試劑有限公司；Cu(NO3)2·3H2O(99.9%)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；三羥甲基氨基甲烷(99.9%)，齊一生物科技(上海)有限公司；HCl(AR)，重慶川東(化工)集團(tuán)有限公司；HNO3(99%)，成都化夏化學(xué)試劑有限公司；三乙醇胺(≥99.5%)，上海麥克林生化科技有限公司；兒童營(yíng)養(yǎng)餅干(1 #)、面條(2 #)、幼兒配方奶粉(3 #～4#),市售。

麗春紅S(ponceau S，簡(jiǎn)寫(xiě)為POS)溶液：稱(chēng)取適量麗春紅S，用水溶解后，配成1.00×10-3mol/L；Cu(Ⅱ) 標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱(chēng)取適量的Cu(NO3)2·3H2O用水溶解后配成63.55 mg/L 貯備液，取此液稀釋10倍即為操作液；緩沖溶液：將0.20 mol/L Tris(三羥甲基氨基甲烷)溶液與0.10 mol/L鹽酸混合，攪拌，用酸度計(jì)測(cè)定，配成pH 3.5～9.5 的溶液；HNO3溶液(V(HNO3)∶V(水)=1∶1,簡(jiǎn)稱(chēng)1∶1硝酸)；三乙醇胺溶液(三乙醇胺與水的體積比為1∶2)；水為超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

U-4100型紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(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；EL104型電子天平，上海精密儀器儀表有限公司。SX-4-10高溫爐，蘇州江東精密儀器有限公司。

1.3 樣品處理

用固定質(zhì)量稱(chēng)量法在電子天平上快速、準(zhǔn)確稱(chēng)取已搗碎、混勻、并按四分法縮分的樣品(1 #～4 #)各10.000 0 g(允許誤差±0.000 1 g)，置于各瓷坩堝中，在電爐上低溫加熱至樣品完全炭化，再調(diào)溫至500～550 ℃，灼燒灰化約5 h，待冷卻后取出坩堝，加2.0 mL HNO3溶液潤(rùn)濕灰分，再低溫加熱蒸干后，調(diào)溫至500～550 ℃，繼續(xù)灼燒約2 h，待冷卻后取出坩堝，再加2.0 mL HNO3溶液，加水8 mL，攪拌，低溫加熱，待灰分完全溶解后，冷卻，過(guò)濾，濾液收集于100 mL 容量瓶中，加三乙醇胺溶液(V(三乙醇胺)∶V(水)=1∶2)3.0 mL，用超純水稀至刻度，即為待測(cè)液。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

用移液管準(zhǔn)確移取3.50 mL 1.00×10-3mol/L 麗春紅S溶液于10 mL 具塞比色管中，再加入1.00 mL pH 6.86 Tris-鹽酸緩沖溶液和適量的6.355 mg/L Cu(Ⅱ) 標(biāo)準(zhǔn)溶液(或樣液)，用水稀至10 mL 刻度，搖勻，15 min 后，在U-4100型紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光度計(jì)上，以試劑空白作參比，掃描吸收光譜，以510 nm作參比波長(zhǎng)，445 nm作測(cè)定波長(zhǎng)，采用雙波長(zhǎng)法測(cè)定體系的吸光度值A(chǔ)。

2 結(jié)果與討論

2.1 麗春紅S-Cu(Ⅱ) 的吸收光譜特征

圖1是可見(jiàn)光區(qū)Cu(Ⅱ)和麗春紅S的吸收光譜圖。曲線(xiàn)1表明，Cu(Ⅱ)在可見(jiàn)光區(qū)幾乎無(wú)吸收；曲線(xiàn)2則表明麗春紅S溶液在可見(jiàn)光區(qū)有強(qiáng)吸收，最大吸收波長(zhǎng)位于500 nm；當(dāng)在麗春紅S 的弱酸性溶液中加入適量Cu(Ⅱ)溶液后，光譜曲線(xiàn)上出現(xiàn)了1個(gè)明顯的正吸收峰和1個(gè)明顯的負(fù)吸收峰，最大正吸收波長(zhǎng)位于445 nm，紫移55 nm，最大負(fù)吸收波長(zhǎng)位于510 nm，紅移10 nm，在此二波長(zhǎng)處，隨著Cu(Ⅱ)溶液濃度的增加，正、負(fù)吸光度的絕對(duì)值不斷增大。由于麗春紅S在溶液中，其分子結(jié)構(gòu)上的4個(gè)Na+可離解，離解后變成含4個(gè)磺酸根的陰離子，于是便與Cu(Ⅱ)以靜電引力結(jié)合生成二元離子締合物。從波移現(xiàn)象和反應(yīng)機(jī)理可知，麗春紅S和Cu(Ⅱ)在弱酸性的Tris-鹽酸介質(zhì)中確實(shí)生成了新物質(zhì)，且Cu(Ⅱ)在一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)與正吸收和負(fù)吸收的吸光度絕對(duì)值呈線(xiàn)性關(guān)系，服從朗伯-比爾定律。當(dāng)用雙波長(zhǎng)法測(cè)定時(shí)(以510 nm為參比波長(zhǎng)，445 nm為測(cè)定波長(zhǎng))，由于吸光度的加和性，用雙波法測(cè)定的吸光度與Cu(Ⅱ)的濃度間仍存在線(xiàn)性關(guān)系，服從朗伯-比爾定律，且雙波長(zhǎng)的靈敏度約為單波長(zhǎng)的1.4～3.4倍。故單波長(zhǎng)正吸收法、負(fù)吸收法及雙波長(zhǎng)法均可用于Cu(Ⅱ)的定量分析。

1.0.636 mg/L Cu(Ⅱ), 水作參比; 2. 2.00×10-5 mol/L麗春紅S,水作參比; 3～7. (0.318, 0.636, 0.953,1.27, 1.59 mg/L)Cu(Ⅱ)-3.50×10-4 mol/L麗春紅S,試劑空白作參比; pH 6.86圖1 吸收光譜Fig.1 The absorption spectra

2.2 反應(yīng)的適宜條件

2.2.1 溶液pH的選擇

室溫下，考察了用單波長(zhǎng)法(正吸收法和負(fù)吸收法)及雙波長(zhǎng)法測(cè)定時(shí)，在不同pH值的緩沖溶液中對(duì)麗春紅S-Cu(Ⅱ)體系吸光度絕對(duì)值(│A│)的影響(圖2)。

圖2 pH值對(duì)│A│的影響Fig.2 Effect of buffer pH on │A│

圖2表明，溶液的pH值為6.8時(shí)，無(wú)論用單波長(zhǎng)法測(cè)定還是用雙波長(zhǎng)法測(cè)定，均有較高靈敏度，其│A│ 相對(duì)較大；而正吸收法、負(fù)吸收法及雙波長(zhǎng)法比較，又以雙波長(zhǎng)法的靈敏度為最高。故實(shí)驗(yàn)選用雙波長(zhǎng)法測(cè)定，用pH 6.86的Tris-鹽酸溶液。繼而考察了不同用量的pH 6.86溶液對(duì)麗春紅S-Cu(Ⅱ)體系吸光度絕對(duì)值(│A│)的影響，結(jié)果表明，適宜用量為1.00 mL。

2.2.2 麗春紅S溶液濃度的選擇

室溫下，考察了用單波長(zhǎng)法(正吸收法和負(fù)吸收法)及雙波長(zhǎng)法測(cè)定時(shí)，在10 mL比色管中，麗春紅濃度為(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0)×10-4mol/L 時(shí)對(duì)麗春紅S-Cu(Ⅱ) 體系吸光度絕對(duì)值(│A│)的影響(圖3所示)。結(jié)果表明，麗春紅S溶液的濃度為3.50×10-4mol/L 時(shí)，無(wú)論用單波長(zhǎng)法還是用雙波長(zhǎng)法測(cè)定，其吸光度絕對(duì)值均最大，靈敏度最高；而單波長(zhǎng)法和雙波長(zhǎng)法比較，又以雙波長(zhǎng)法的靈敏度為最高。故實(shí)驗(yàn)選用雙波長(zhǎng)法測(cè)定，用1.00×10-3mol/L 麗春紅S溶液3.50 mL。

圖3 麗春紅S溶液濃度對(duì)│A│的影響Fig.3 Effect of ponceau S concentration on │A│

2.2.3 試劑加入順序的選擇

室溫下，考察了用單波長(zhǎng)法(正吸收法和負(fù)吸收法)及雙波長(zhǎng)法測(cè)定時(shí)，各物質(zhì)不同加入順序?qū)惔杭tS-Cu(Ⅱ) 體系吸光度絕對(duì)值(│A│)的影響。結(jié)果為：按麗春紅S 溶液、緩沖溶液、Cu(Ⅱ) 溶液順序加入時(shí)，│A│分別為0.085(正吸收法)、0.20(負(fù)吸收法)和0.29(雙波長(zhǎng)法)；而按其他順序加入各試劑時(shí)，無(wú)論是單波長(zhǎng)法還時(shí)雙波長(zhǎng)法其│A│均較前者??；因此，按前述順序加入各試劑溶液，其靈敏度相對(duì)較高，而單波長(zhǎng)法和雙波長(zhǎng)法相比較，又以雙波長(zhǎng)法測(cè)定的靈敏度更大。故實(shí)驗(yàn)用雙波長(zhǎng)法測(cè)定，按最佳順序加入各試劑。

2.2.4 反應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定性

室溫下，考察了用單波長(zhǎng)法(正吸收法和負(fù)吸收法)及雙波長(zhǎng)法測(cè)定時(shí)，反應(yīng)時(shí)間對(duì)麗春紅S-Cu(Ⅱ)體系吸光度絕對(duì)值(│A│)的影響，圖4所示。結(jié)果表明，麗春紅S與Cu(Ⅱ)的反應(yīng)，在15 min內(nèi)即可完全，之后其穩(wěn)定時(shí)間約1.5 h。實(shí)驗(yàn)選在15 min后進(jìn)行。

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

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)及相關(guān)參數(shù)

按實(shí)驗(yàn)方法，在數(shù)支比色管中分別加入一定體積的Cu(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)溶液，使其在10 mL比色管中的濃度分別為0.318、0.636、0.953、1.27、1.59 mg/L，再加入其他各試劑溶液，掃描Cu(Ⅱ)的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，作單波長(zhǎng)正吸收法、負(fù)吸收法及雙波長(zhǎng)法的A-ρ標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，如圖5所示。根據(jù)檢出限及標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，即可求得線(xiàn)性范圍。該方法的一元線(xiàn)性回歸方程、回歸系數(shù)、線(xiàn)性范圍、表觀摩爾吸光系數(shù)及定量限等列于表1。

圖5 Cu(Ⅱ)的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)Fig.5 Standard curve of copper(Ⅱ)

2.4 共存物質(zhì)的影響

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)相關(guān)參數(shù)

2.5 樣品分析

取1.3節(jié)中制得的待測(cè)樣液1#～3#各3.00 mL，4# 2.00 mL，按實(shí)驗(yàn)方法分別配制溶液并用雙波長(zhǎng)法測(cè)定各樣液中Cu(Ⅱ)的含量，最后推至原始樣品中所含Cu的量，各平行測(cè)定5份。同時(shí)做加標(biāo)回收試驗(yàn)(各水平分別平行測(cè)定5份)，以判斷該法的準(zhǔn)確度。結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 樣品分析結(jié)果及回收試驗(yàn)(n=5) Table 2 Analytical results and recovery tests of samples(n=5)

表2表明，本法測(cè)定結(jié)果與GB/T 5009.13—2003(AAS法)基本一致。從回收率(97.9%～102%)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(2.5%～2.8%)看，本方法有較高的準(zhǔn)確度和精密度。

3 結(jié)論

以麗春紅S為探針，采用雙波長(zhǎng)可見(jiàn)吸收光譜法測(cè)定Cu的含量，方法簡(jiǎn)便，試劑用量少，有較高的準(zhǔn)確度、精密度及較高的靈敏度，線(xiàn)性范圍較寬，方法適于面制品和配方奶粉中Cu含量的快速測(cè)定。

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