離子液體增敏分光光度法測定南極磷蝦中氟含量

沙鷗，劉華，鮑佳琦，周浩，仝瑞，陳麗，王志，覃干景

（1.江蘇海洋大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，江蘇連云港222005；2.江蘇省海洋資源開發(fā)研究院，江蘇連云港222005；3.江蘇海洋大學(xué)海洋生命與水產(chǎn)學(xué)院，江蘇連云港222005；4.江蘇深藍(lán)遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司，江蘇南通226100）

南極磷蝦（Euphausia superba），又名大磷蝦或南極大磷蝦，是一種小型的海洋浮游蝦狀甲殼類動物。南極磷蝦在南極生態(tài)系統(tǒng)中處于中心位置，是初級生產(chǎn)者和頂端捕食者之間的橋梁。南極磷蝦生物量約為6.5億噸～10億噸，是地球上最豐富的動物物種之一[1-2]，也是人類重要的后備蛋白庫。盡管南極磷蝦富含蛋白質(zhì)與多種微量元素，有研究發(fā)現(xiàn)該類蝦中氟含量極為豐富，高氟含量不僅制約了南極磷蝦的加工與安全利用，也限制了南極磷蝦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3-6]，因此研究出一種可以快速高效檢測南極磷蝦中氟離子含量方法是極具意義。

目前，南極磷蝦中氟離子化合物的檢測方法主要有氟離子選擇電極法[7-8]、茜素分光光度法[9]以及離子色譜法[10]等。分光光度法由于方法簡單、操作簡便以及靈敏度高被廣泛用于牙膏、茶葉以及巖石[11-13]等物質(zhì)中氟含量測定，而采用離子液體增敏F--Al3+-CAS體系分光光度法測定南極磷蝦中氟化物的研究尚未報(bào)道。

室溫離子液體是指在室溫或室溫附近溫度下由不同陰陽離子任意組合的新型綠色有機(jī)溶劑，具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于食品藥品分析、工業(yè)催化合成等領(lǐng)域[14-16]。有文獻(xiàn)報(bào)道側(cè)鏈具有長碳鏈的咪唑類離子液體具有表面活性劑的特性，可作為光度法的增敏劑來使用[17-18]。

本研究采用離子液體增敏分光光度法對南極磷蝦中氟含量測定，在pH 4.80的B-R緩沖體系中，Al3+與CAS形成二元絡(luò)合物，氟離子（F-）的加入對Al3+-CAS二元絡(luò)合物形成具有競爭性抑制作用，使該體系發(fā)生褪色反應(yīng)，吸光度降低，研究還發(fā)現(xiàn)離子液體溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑（[C16MIM]Br）的加入使得上述體系吸光度的改變值增加更加顯著，且645 nm波長下的吸光度改變值與氟離子加入量成正比，據(jù)此建立測定了離子液體增敏分光光度法，并將該法用于南極磷蝦實(shí)際樣品中氟離子的分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南極磷蝦全蝦、南極磷蝦去殼蝦肉：江蘇深藍(lán)遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司；氟化鈉、鉻天青S：阿拉丁試劑有限公司；無水乙酸鈉、二水合檸檬酸鈉、高氯酸、乙酸、鹽酸、磷酸：純度85%、硫酸、硼酸、硫酸鋁：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑（分析純）：上海成捷離子液體有限公司；氟標(biāo)準(zhǔn)溶液（5.0 mg/L）：準(zhǔn)確稱取0.552 7 g氟化鈉，溶于二次去離子水中，并用二次去離子水定容至250 mL容量瓶中，配成1 000.0 mg/L的 F-儲備液，臨用前稀釋為 5 mg/L；Al3+溶液（4.0 mg/L）；鉻天青 S溶液（5×10-4mol/L）、溴化 1-十六烷基-3-甲基咪唑（1.0 g/L）、B-R緩沖液（pH1.80～7.00）、總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖液劑均為分析純；實(shí)驗(yàn)室用水為二次去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

紫外-可見分光光度計(jì)（TU-1901）：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；離子計(jì)（PXSJ-216）：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；臺式高速離心機(jī)（H1850）：湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；超聲波清洗劑：寧波立誠儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的前處理

準(zhǔn)確稱取一定量南極磷蝦全蝦與蝦肉樣品分別置于50 mL聚乙烯塑料管中，各加入30 mL去離子水，在65℃條件下超聲輔助浸提45 min，浸提后12 000 r/min離心5 min，取上清液，作為水溶性氟的樣品液[19]。

準(zhǔn)確稱取一定量南極磷蝦全蝦與蝦肉樣品分別置于50mL聚乙烯塑料管中，各加10mL鹽酸（1∶11，體積比），室溫條件下超聲輔助浸提30 min，浸提后12 000 r/min離心5 min，取上清液，作為酸溶性氟的樣品液[20]。

1.3.2 測定方法

準(zhǔn)確移取適量氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品溶液于10 mL比色管中，依次加入1.50 mL Al3+溶液，1.00 mLCAS溶液，1.00 mL[C16MIM]Br溶液以及 2.00 mL pH4.80的B-R緩沖液，用水定容至刻度搖勻，并室溫下反應(yīng)40 min，以相應(yīng)的試劑空白為參比，在645 nm波長處測定絡(luò)合物的吸光度A。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸收曲線

按照試驗(yàn)方法，以各自試劑空白為參比，對不同反應(yīng)體系在500 nm～700 nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行光譜掃描，結(jié)果如圖1所示。

圖1 吸收光譜Fig.1 Absorption spectrum

向 Al3+CAS（曲線 1）體系中加入 F-后，F(xiàn)-對 Al3+-CAS二元絡(luò)合物形成具有競爭性抑制作用從而使體系吸光度降低（曲線2）；分別向上述體系中各加入[C16MIM]Br，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)曲線3與曲線4吸光度差值大于曲線2與曲線1的吸光度差值。該結(jié)果表明具有表面活性劑特性的[C16MIM]Br的加入對于Al3+-CAS二元絡(luò)合物體系具有增敏作用，并生成新的三元絡(luò)合體系[18，21]，最大吸收波長發(fā)生藍(lán)移，由原來的545 nm藍(lán)移至645 nm，吸光度改變值由0.205增加至0.564，故試驗(yàn)選擇645 nm作為本研究體系的測定波長。

2.2 酸度的影響

試驗(yàn)考察了酸度對于體系吸光度的影響。溶液pH值過低，F(xiàn)-易形成氫氟酸使參與反應(yīng)的有效氟離子濃度減少，溶液pH值過高，Al3+與氫氧根形成氫氧化鋁沉淀，故試驗(yàn)選擇在pH 2.50～7.00范圍內(nèi)對體系吸光度進(jìn)行研究，測定結(jié)果見圖2。

圖2 酸度對吸光度的影響Fig.2 Effect of acidity on absorbance

pH值在4.80～5.50時(shí)吸光度較大且穩(wěn)定，且研究發(fā)現(xiàn)緩沖液用量對體系吸光度影響可忽略，故研究選擇2.00 mL的pH4.80 B-R緩沖液控制體系的酸度。

2.3 Al3+用量的影響

按試驗(yàn)方法項(xiàng)，考察Al3+的用量對體系吸光度的影響，如圖3所示。

圖3 Al3+用量對吸光度的影響Fig.3 Effect of Al3+dosage on absorbance

在0.30 mL～2.00 mL范圍內(nèi)，隨著鋁離子用量增加，體系吸光度逐漸增加，鋁離子用量在1.50 mL時(shí)吸光度最靈敏，此后隨著鋁離子用量增加，吸光度減少，因此試驗(yàn)選擇Al3+的用量為1.50 mL進(jìn)行后續(xù)研究。

2.4 CAS用量的影響

按試驗(yàn)方法項(xiàng)，僅改變CAS的用量，考察CAS用量對體系吸光度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 CAS用量對吸光度的影響Fig.4 Effect of CAS dosage on absorbance

當(dāng)CAS的用量在1.00 mL～1.60 mL時(shí)吸光度較大且穩(wěn)定，此后隨著CAS用量增加吸光度不斷降低。故選擇CAS的用量為1.00 mL。

2.5 離子液體的選擇與用量的影響

考察了不同碳鏈長度離子液體（[C12MIM]Br、[C14MIM]Br以及[C16MIM]Br）對體系的增敏效果，離子液體濃度固定為1 g/L，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。隨著側(cè)鏈碳鏈上碳原子數(shù)增加，體系吸光度增加，[C16MIM]Br增敏效果最好。

隨著[C16MIM]Br用量增加，體系吸光度先增加，而后降低，[C16MIM]Br加入量為1.00 mL時(shí)吸光度體系最大，故選擇[C16MIM]Br為增敏劑且用量為1.00 mL。試驗(yàn)進(jìn)一步研究了[C16MIM]Br加入量對體系吸光度的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖5 碳鏈長度對吸光度的影響Fig.5 Effect of carbon chain length on absorbance

2.6 干擾離子影響

圖6 [C16MIM]Br用量對吸光度的影響Fig.6 Effect of[C16MIM]Br on absorbance

按試驗(yàn)方法項(xiàng)，對0.50 mg/L的F-標(biāo)準(zhǔn)溶液加入干擾離子進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，對于測定0.50 mg/L的氟離子，以誤差在±5%計(jì)為不干擾測定。以倍數(shù)計(jì)算可共存離子允許量：500 倍的 Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、HPO42-；100 倍的 Fe2+、Mn2+、Zn2+，50 倍的酪蛋白、Ni2+、Cr3+；10倍的 Cu2+，F(xiàn)e3+的干擾以加抗壞血酸還原和鄰菲羅啉掩蔽進(jìn)行消除。

2.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

準(zhǔn)確移取不同量的5.00 mg/L F-標(biāo)準(zhǔn)溶液分別于10 mL的比色管中，按1.3.2項(xiàng)，以試劑空白為參比，測定吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖7所示。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.7 Standard curve

氟離子質(zhì)量濃度在0.050 mg/L～1.0 mg/L范圍內(nèi)與吸光度成正比，線性回歸方程為A645=0.878C（mg/L）+0.052 4，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 2，摩爾吸光系數(shù)ε645=1.67×104L/（mol·cm）。按照試驗(yàn)方法，取5.0 mg/L F-標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL進(jìn)行10次平行測定，求得標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.009 6，檢出限LOD=3SD/k=0.032 8 mg/L（SD為10次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，k是線性方程的斜率）。

2.8 樣品分析

按1.3.1項(xiàng)對樣品進(jìn)行處理，準(zhǔn)確移取稀釋后的樣品溶液，按試驗(yàn)方法項(xiàng)1.3.2進(jìn)行操作，測得體系吸光度，計(jì)算樣品含氟量，并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，測定結(jié)果見表1。

表1 回收率測定結(jié)果（n=5）Table 1 Result of the recover（n=5）

由表1可知，南極磷蝦蝦肉水溶性氟與酸溶性氟的含量為31.8、50.7 mg/kg，南極磷蝦全蝦水溶性氟與酸溶性氟的含量為270.1、1 608.9 mg/kg，與文獻(xiàn)報(bào)道的南極磷蝦氟主要富集在蝦殼中一致[6]，回收率在95.8%～106.9%以內(nèi)，并將測定結(jié)果與氟離子選擇電極法進(jìn)行比較見表2，兩種方法測定氟含量的相對誤差在5%左右。

表2 南極磷全蝦、蝦肉中氟離子含量Table 2 Fluoride content in Antarctic krill whole shrimp and shrimp meat

3 結(jié)論

本文系統(tǒng)地考察了鋁離子用量、鉻天青S用量、離子液體溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑用量等對測定結(jié)果的影響，在此基礎(chǔ)上建立了離子液體增敏分光光度法對南極磷蝦中氟含量進(jìn)行測定的新方法。該法加標(biāo)回收率在95.8%～106.9%以內(nèi)，并將測定結(jié)果與氟離子選擇電極法進(jìn)行了對比，結(jié)果表明，該方法適于南極磷蝦中氟離子含量的測定。樣品含氟量結(jié)果表明，本研究南極磷蝦樣品中蝦肉水溶性氟與酸溶性氟的含量為31.78、50.7 mg/kg，南極磷蝦全蝦水溶性氟與酸溶性氟的含量為270.1、1 608.9 mg/kg，南極磷蝦全蝦氟含量遠(yuǎn)高于南極磷蝦蝦肉氟含量，可以采用脫殼技術(shù)降低南極磷蝦的氟含量，為南極磷蝦的開發(fā)利用提供了理論基礎(chǔ)。