方波伏安法檢測醬油和食鹽中乙二胺四乙酸鐵鈉

魏 峰，霍軍生，狄 蕊，孫 靜,*，黃 建

(1.黃山學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，安徽 黃山 245041；2.中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與食品安全所，北京 100050)

方波伏安法檢測醬油和食鹽中乙二胺四乙酸鐵鈉

魏 峰1，霍軍生2，狄 蕊1，孫 靜2,*，黃 建2

(1.黃山學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，安徽 黃山 245041；2.中國疾病預(yù)防控制中心營養(yǎng)與食品安全所，北京 100050)

采用方波伏安法建立乙二胺四乙酸鐵鈉(NaFeEDTA)的檢測方法。用pH值為3.0的磷酸緩沖溶液作為底液；電化學(xué)條件為掃描增量10mV、方波頻率2.5kHz、方波振幅100mV，可實(shí)現(xiàn)對NaFeEDTA的檢測。試液中NaFeEDTA的質(zhì)量濃度在10～200mg/L范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.9997，檢出限為4mg/L。對鐵強(qiáng)化醬油和食鹽中的NaFeEDTA檢測的回收率為(93.5±2.1)%和(96.8±2.8)%。

乙二胺四乙酸鐵鈉(NaFeEDTA)；方波伏安法；鐵強(qiáng)化醬油；鐵強(qiáng)化食鹽

乙二胺四乙酸鐵鈉(NaFeEDTA)作為一種絡(luò)合型鐵營養(yǎng)強(qiáng)化劑具有生物利用率高，食物感官影響小等特點(diǎn)[1]，在我國食品行業(yè)應(yīng)用已有十多年[2]。強(qiáng)化食品中NaFeEDTA的檢測方法，是生產(chǎn)質(zhì)量控制和強(qiáng)化食品推廣、應(yīng)用和質(zhì)量監(jiān)督的必要手段。檢測食品中鐵元素總量的如原子吸收法、溶出伏安法等，無法對NaFeEDTA和焦磷酸鐵、硫酸亞鐵等各種鐵強(qiáng)化劑進(jìn)行區(qū)分，無法用于對食品中NaFeEDTA的直接檢測。目前，測定食品中NaFeEDTA含量的方法有直接紫外分光光度法[3-4]、可見分光光度法[5-7]、毛細(xì)管區(qū)帶電泳法[7]、HPLC法[9-11]等儀器分析方法。其中，毛細(xì)管區(qū)帶電泳法由于儀器較少而難以普及；HPLC法相對準(zhǔn)確，但操作比較繁瑣，速度較慢；而分光光度法容易受醬油等食品本底顏色的影響。

電化學(xué)分析法具有儀器裝置簡單、操作方便和選擇性好等特點(diǎn)。Gonzalez[12]和Kenichi[13]等通過電化學(xué)方法對FeEDTA絡(luò)合物的電化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。Ugo1等[14]使用方波伏安法對在絡(luò)合劑存在條件下的痕量鐵進(jìn)行了分析。李彥等[15]報(bào)道了用單掃示波極譜法測定醬油中NaFeEDTA的方法，該方法回收率為88.8%～112.0%，但使用的滴汞電極對環(huán)境嚴(yán)重污染。方波伏安法的靈敏度和分辨率比線性掃描方法都有進(jìn)一步的提高[16]，可在較低的電解質(zhì)濃度和反應(yīng)物濃度條件下進(jìn)行峰電位、峰電流測量。本實(shí)驗(yàn)對NaFeEDTA的電化學(xué)行為進(jìn)行考察，并以無污染的玻碳電極為檢測電極，通過對電化學(xué)條件、底液條件和樣品處理方法的考察，擬建立醬油、食鹽等食品中NaFeEDTA的方波伏安檢測方法。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

加碘食鹽、醬油 市售。

NaFeEDTA·3H2O標(biāo)準(zhǔn)物 美國Sigma公司；鐵標(biāo)準(zhǔn)儲備液(1000mg/L) 國家鋼鐵研究總院分析測試研究所；硝酸、高氯酸為優(yōu)級純；其他試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水為超純水(電阻率18.2MΩ·cm)。

LK2006A型電化學(xué)工作站及電極 天津市蘭力科化學(xué)電子公司；WFX-210型原子吸收光譜儀 北京瑞利公司；TGL-16C飛鴿牌離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；PHS-3C精密酸度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器公司；固相萃取裝置及3mL C18固相萃取柱 美國Waters公司。

1.2 方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

向6支50mL容量瓶中分別加入0、0.5、1、2、5、10mL的質(zhì)量濃度為1.00g/L的NaFeEDTA標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，再向容量瓶中分別加入2mL pH3.0的0.5mol/L磷酸緩沖溶液和3mL的0.5mol/L的氯化鈉溶液，定容到刻度，制成標(biāo)準(zhǔn)系列，備用。

1.2.2 醬油樣品試液的制備

在醬油中加入NaFeEDTA，溶解，制成NaFeEDTA含量為2.00g/kg(鐵含量為0.27g/kg)的鐵強(qiáng)化醬油樣品。將2mL上述鐵強(qiáng)化醬油與2mL pH3.0 0.5mol/L磷酸緩沖溶液混合后，以10000r/min離心10min。取上清液進(jìn)固相萃取柱(事先用3mL甲醇進(jìn)行活化，再以5mL水沖洗)，然后用5mL蒸餾水對萃取柱進(jìn)行洗滌，將濾液與清洗液合并，移至5 0 m L容量瓶，定容，搖勻備用。

1.2.3 食鹽樣品試液的制備

在加碘食鹽中加入N a F e E D T A混勻，制成含NaFeEDTA 7.54g/kg(鐵含量為1.00g/kg)的鐵強(qiáng)化食鹽樣品[4]。對該樣品進(jìn)行原子吸收實(shí)驗(yàn)測定總鐵含量，顯示其混合均勻度的變異系數(shù)小于2.0%(n＝6)。準(zhǔn)確稱取0.5g上述鐵強(qiáng)化食鹽樣品，加入50mL容量瓶中，再向容量瓶中加入2mL的pH值為3.0的0.5mol/L磷酸緩沖溶液，定容到刻度，備用。

1.2.4 方波伏安法檢測

用玻碳電極作為工作電極，鉑柱電極作為輔助電極，甘汞電極作為參比電極的三電極系統(tǒng)，進(jìn)行方波伏安法檢測。為保證每次實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性，玻碳電極在使用前應(yīng)先用0.05μm氧化鋁粉末打磨拋光，然后依次在丙酮、100g/L NaOH溶液、1:1的HNO3溶液超聲清洗3min，再用水超聲清洗5min。在電解池中，加入測試液，通氮?dú)獬?，并保持氮?dú)鈿夥眨瑨呙桦娢粸?.4～－0.4V，掃描增量10mV，方波頻率2.5kHz，方波振幅100mV，進(jìn)行掃描，根據(jù)峰電流計(jì)算試樣中NaFeEDTA的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaFeEDTA在玻碳電極上的電化學(xué)行為

圖1 NaFeEDTA的循環(huán)伏安譜圖Fig.1 Cyclic voltammogram of NaFeEDTA

圖1為200mg/L的NaFeEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的循環(huán)伏安圖，掃描速度為50mV/s。在pH3的溶液中，絡(luò)合物主要以FeEDTA－形式存在?？梢钥闯鲅h(huán)伏安曲線中，上部的曲線是由FeEDTA－反應(yīng)生成FeEDTA2－時的還原峰，下部的曲線為氧化峰，兩者的峰高基本相等。還原峰的峰電位為408mV，氧化峰的峰電位為468mV，兩者之差為60mV。因此可以認(rèn)為FeEDTA－在該條件下的氧化還原反應(yīng)為可逆反應(yīng)。Kenichi等[13]以pH2.2的氯乙酸緩沖溶液和pH4.5的乙酸緩沖溶液作為底液，進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，同樣證實(shí)了此反應(yīng)為可逆反應(yīng)。

2.2 電化學(xué)檢測條件的選擇

方波伏安法電化學(xué)條件的頻率和振幅均會影響方波峰電流的大小和形狀。通過實(shí)驗(yàn)可以觀察出，掃描過程施加的電壓的方波頻率對峰高影響明顯。當(dāng)其他條件不變時，改變方波頻率分別為1、2.5、5kHz時，峰高分別為6.2、7.3、8.3mA，但方波頻率為5kHz時基線發(fā)生嚴(yán)重傾斜，不便于準(zhǔn)確讀數(shù)。因此本實(shí)驗(yàn)選擇方波頻率為2.5kHz。

方波振幅是施加的方波電壓的波動幅度，增大方波振幅時，峰的寬度和高度都變大。為提高檢測靈敏度，本實(shí)驗(yàn)設(shè)置方波幅度為100mV。此時NaFeEDTA的峰寬約為400mV。

掃描增量所控制的是掃描過程中采樣點(diǎn)的多少。掃描增量小，會使采樣點(diǎn)增加，但所需的時間較長。如果設(shè)置較大的掃描增量，則采樣點(diǎn)較少，曲線繪制不準(zhǔn)確。本研究將其設(shè)置為10mV，整個峰形有40個左右的數(shù)據(jù)點(diǎn)，掃描過程可以在1min內(nèi)完成。

圖2為方波頻率2.5kHz、方波幅度100mV、掃描增量10mV時，100mg/L的NaFeEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的循環(huán)方波伏安曲線?？芍€原峰和氧化峰的峰電壓均在20～－20mV范圍內(nèi)，且二者峰電流接近1:1，峰形對稱，且基線較平，在附近沒有其他干擾。還原曲線的基線比較平緩，因此本研究采用還原峰的峰電流進(jìn)行NaFeEDTA的定量分析。

圖2 NaFeEDTA的循環(huán)方波伏安譜圖Fig.2 Cyclic square wave voltammogram of NaFeEDTA

2.3 底液條件的選擇

2.3.1 pH值的選擇將不同pH值的0.5mol/L的磷酸緩沖溶液2mL，加入50mL的容量瓶中再分別加入氯化鈉溶液和10mL 1g/L

表1 不同p H值溶液中的NaFeEDTA峰電流Table 1 Ip of NaFeEDTA in solutions with different pH values

的NaFeEDTA溶液，定容到50mL，進(jìn)行方波掃描，測出的峰電流結(jié)果見表1?？梢钥闯?，當(dāng)pH值為3.0時的峰電流最大。同時發(fā)現(xiàn)在不同pH值溶液中，峰電位均為20mV左右，pH值對峰電位沒有影響。故選擇實(shí)驗(yàn)緩沖溶液的pH值為3.0。

2.3.2 緩沖組分的選擇

表2 不同緩沖溶液組分中NaFeEDTA的峰電流Table 2 Ip of NaFeEDTA in different buffers

分別取pH 3.0的0.5mol/L的酒石酸溶液、三氯乙酸溶液、冰醋酸溶液、磷酸溶液2mL，加入50mL的容量瓶中再分別加入氯化鈉溶液和10mL 1g/L的NaFeEDTA溶液，定容到50mL。由表2可以看出，磷酸作為緩沖液組分時峰電流最大，故選擇磷酸作為緩沖溶液。

2.3.3 緩沖液濃度的選擇

表3 在不同濃度緩沖溶液中掃描NaFeEDTA的峰電流Table 3 Ip of NaFeEDTA in buffers with different concentrations

由表3可以看出，當(dāng)緩沖液濃度為0.02mol/L時測出的峰電流最高，因此選擇此濃度為最佳的緩沖液濃度。

2.4 干擾實(shí)驗(yàn)

2.4.1 食品添加劑的影響

硫酸亞鐵和三氯化鐵為常用的鐵強(qiáng)化劑，苯甲酸鈉、山梨酸鉀為食品中常用的防腐劑，檸檬酸為醬油中常見的有機(jī)酸，而亞鐵氰化鉀為食鹽中使用的抗結(jié)劑。本研究在實(shí)驗(yàn)條件下對，這些物質(zhì)對NaFeEDTA的檢測產(chǎn)生干擾進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。200mg/L的鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀、三氯化鐵、硫酸亞鐵、檸檬酸、苯甲酸鈉、山梨酸鉀和NaFeEDTA溶液，在實(shí)驗(yàn)條件下的方波伏安曲線見圖3。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鐵氰化鉀、亞鐵氰化鉀的伏安曲線峰電流比較明顯，但峰電壓與NaFeEDTA有300mV以上的差異，而其他添加劑沒有明顯的還原峰。因此使用方波伏安法可以對上述離子進(jìn)行區(qū)分，對NaFeEDTA進(jìn)行定性分析，食品中的其他添加劑不會產(chǎn)生干擾。

圖3 NaFeEDTA和其他食品添加劑的方波伏安譜圖Fig.3 Square wave voltammogram of NaFeEDTA and other food additives

2.4.2 氯化鈉濃度的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試液中的氯化鈉濃度對峰電流會產(chǎn)生較大影響，表4是在不同濃度的氯化鈉溶液中，200mg/L的NaFeEDTA溶液的峰電流值。由表4可以看出，試液中氯化鈉濃度為0.030mol/L時峰電流最高，氯化鈉濃度過大會使峰電流降低。醬油、食鹽等食品中氯化鈉含量較高因此對這類樣品進(jìn)行測定時，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行檢測，以消除氯化鈉濃度差異的影響。

表4 不同濃度氯化鈉溶液中NaFeEDTA的峰電流Table 4 Ip of NaFeEDTA in sodium chloride solutions with different concentrations

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，質(zhì)量濃度為10～200mg/L的NaFeEDTA標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的方波掃描曲線見圖4。峰電流(Ipc)/mA與質(zhì)量濃度(C)/(mg/L)的線性關(guān)系良好，其線性回歸方程為Ipc＝0.0769C－0.3025，相關(guān)系數(shù)r＝0.9997。試液中NaFeEDTA的檢出限為4mg/L(RSN＝3)。

圖4 NaFeEDTA標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的方波伏安圖Fig.4 Square wave voltammograms of NaFeEDTA standard series

2.6 樣品處理與檢測

NaFeEDTA強(qiáng)化醬油為我國銷售范圍最廣的含有NaFeEDTA的食品。醬油的成分十分復(fù)雜，其中的氨基酸、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸等干擾物較多。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如不經(jīng)處理，直接將醬油樣品加入底液中進(jìn)行檢測，則基線會產(chǎn)生很大波動無法準(zhǔn)確定量，因此需要對醬油進(jìn)行凈化。固相萃取法為復(fù)雜樣品凈化的常用方法，而醬油先經(jīng)過離心可去除蛋白質(zhì)等大分子質(zhì)量的雜質(zhì)，這樣可以避免固相萃取柱因吸附樣品雜質(zhì)過多而過載[17]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，醬油樣品在酸性條件下離心，得到的沉淀量較大，因此本實(shí)驗(yàn)選擇在pH3.0的磷酸溶液中進(jìn)行離心。樣品經(jīng)離心后取上清液進(jìn)萃取柱，樣品中大分子和非極性物質(zhì)均可被固相萃取柱吸附，而FeEDTA－則不被保留直接流出，再用5mL水對萃取柱進(jìn)行沖洗將FeEDTA－完全沖出。根據(jù)GB 2760—1996《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，NaFeEDTA在鐵強(qiáng)化醬油中的添加量為1.75～2.10g/L。取2mL醬油樣品經(jīng)處理后，試液中NaFeEDTA溶液質(zhì)量濃度為70～84mg/L，處于本方法的線性范圍以內(nèi)。

在實(shí)驗(yàn)條件下，對NaFeEDTA添加量為2.00g/L的鐵強(qiáng)化醬油樣品重復(fù)測定6次，其峰電流的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%，平均回收率為93.5%。食鹽可不用進(jìn)行預(yù)處理，將樣品溶解于底液中直接測量，在實(shí)驗(yàn)條件下，對NaFeEDTA添加量7.54g/kg的鐵強(qiáng)化食鹽樣品重復(fù)測定6次，其峰電流的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.8%，平均回收率為96.8%。

NaFeEDTA在奶粉中的允許添加量為460～760mg/kg[6]，在面粉中的允許添加量為180～360mg/kg[11]，含量要比在醬油和食鹽中小，而干擾成分眾多。直接用該方法檢測奶粉和面粉，靈敏度較低而干擾太嚴(yán)重，因此對于上述兩種食品的電化學(xué)檢測方法還需要進(jìn)一步的研究。

3 結(jié) 論

在pH值為3的磷酸溶液中，通過循環(huán)伏安曲線，可判斷FeEDTA－在該條件下的氧化還原反應(yīng)為可逆反應(yīng)。利用方波伏安法可實(shí)現(xiàn)對NaFeEDTA的準(zhǔn)確檢測。鐵強(qiáng)化醬油經(jīng)離心、固相萃取過濾后即可進(jìn)行測定，鐵強(qiáng)化食鹽可溶解后直接測量。本方法具有操作簡便、選擇性強(qiáng)的特點(diǎn)，可用于醬油和食鹽中NaFeEDTA的測定。

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Determination of NaFeEDTA by Square Wave Voltammetry

WEI Feng1，HUO Jun-sheng2，DI Rui1，SUN Jing2,*，HUANG Jian2
(1. Modern Educational Technology Center, Huangshan University, Huangshan 245041, China；2. Institute of Nutrition and Food Safety, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100050, China)

Square wave voltammetry was established to determine sodium iron EDTA (NaFeEDTA). In the square wave voltammetry, the phosphate buffer solution (pH 3.0) was set as the base solution, scan increment was set for 10 mV, square wave frequency was set at 2.5 kHz, and square wave amplitude was set at 100 mV. The linear range for the determination of NaFeEDTA was 10－200 mg/L with the correlation coefficient of 0.9997. The limit of detection of NaFeEDTA was 4 mg/L.In iron fortified soy sauce and salt samples, the recoveries were (93.5 ± 2.1)% and (96.8 ± 2.8)%.

sodium iron EDTA (NaFeEDTA)；square wave voltammetry；iron fortified soy sauce；iron fortified salt

TS207.3；O657 .1

A

1002-6630(2012)10-0274-04

2012-01-05

國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目(2010AA023004)

魏峰(1979—)，男，講師，碩士，研究方向?yàn)槭称贩治?。E-mail：keania@126.com

*通信作者：孫靜(1963—)，女，副研究員，本科，研究方向?yàn)槭称窢I養(yǎng)。E-mail：jhuang@263.net