測定食品中痕量甲醛的動力學光度法

張麗珍，周之榮，王群，章淑媛

（1.廣東藥學院附屬門診部,廣東廣州510240;2.廣東藥學院公共衛生學院,廣東廣州510240;3.東華理工大學校醫院,江西撫州 344000）

測定食品中痕量甲醛的動力學光度法

張麗珍1，周之榮2，*，王群3，章淑媛3

（1.廣東藥學院附屬門診部,廣東廣州510240;2.廣東藥學院公共衛生學院,廣東廣州510240;3.東華理工大學校醫院,江西撫州 344000）

通過基于0.04 mol/L的硫酸介質中痕量甲醛催化溴酸鉀氧化酸性鉻藍K(ACBK)的褪色反應,建立了測定痕量甲醛的動力學光度法。方法的檢出限為0.93 μg/L,線性范圍為0.0~0.40 μg/mL。討論了酸度、反應物濃度、溫度、反應時間、干擾離子等因素的影響,確定了該體系反應的最佳條件,并測定了一些動力學參數,催化反應的表觀活化能為69.47 kJ/mol。在25 mL溶液中,測定5.0 μg甲醛的相對標準偏差為1.9%(n=11)。方法可用于測定水發牛百葉和蝦仁樣品中的甲醛,相對標準偏差為1.1%~2.3%,標準加入回收率為98.7%~101.4%。

甲醛;動力學光度法;酸性鉻藍K;溴酸鉀

Abstract：Based on the catalytic effect of trace amount formaldehyde on oxidation of acid chrome blue K(ACBK)by potassium bromate in 0.04 mol/L sulphuric acid solution,a new kinetic spectrophotometric method for the determination of trace amount formaldehyde has been developed.The detection limit is 0.93 μg/L and the linear range of determination is 0.0-0.40 μg/mL for formaldehyde.The relative standard deviation for the determination of formaldehyde at the concentration of 5.0 μg/25 mL is calculated to be 1.9%（n＝11）.The factors such as acidity,concentrations of reactants,reactive time,temperature,influence of coexisting ions on the reaction and the optimum reaction conditions of the reaction and some kinetic parameters are determined;the apparent activation energy of the reaction is 69.47 kJ/mol.The method has been applied to the determination of formaldehyde in runnet and peeled shrimp samples with the relative standard deviation of 1.1%-2.3%and the recovery of 98.7%-101.4%.

Key words:formaldehyde;kinetic spectrophotometry;acid chrome blue K(ACBK);potassium bromate

甲醛，又名蟻醛；化學式CH2O，分子質量30.03；常溫下是一種無色、具有強烈刺激性的氣體，熔點-92℃，沸點-19.5℃，相對密度0.815；易溶于水和乙醇等多種有機溶劑，水溶液濃度最高可達55%。甲醛是一種原生質毒物[1]，也是危害較大的環境污染物之一，嚴重威脅著人類的身體健康。空氣中甲醛濃度大于2.00×10-6mg/L時，就可使人體產生嚴重的不適反應[2]。另外，甲醛還是一種基因毒性物質，有促癌和致癌作用，已被國際癌癥機構（IARC）確定為可疑致癌物[3]。

甲醛作為精細化學品的用途以及作為精細化學品原料，應用十分廣泛。甲醛是一種消毒防蛀劑，對昆蟲和細菌有很強的殺傷作用，除了用于消毒外，農業上也用福爾馬林浸麥種來防治黑穗病。甲醛還可通過甲基化、氯甲基化、氰甲基化、羥甲基化、環合、縮合等操作可為農藥、醫藥、染料、香料、紡織整理劑、螯合劑、粘合劑等等精細化學品的生產提供很多中間體[4]。

甲醛的測定方法有很多種，常見的有分光光度法[5]、熒光光譜法[6]、氣相色譜法[7]和高效液相色譜法[8]。動力學光度法因具有靈敏度高、選擇性好、操作簡便及所用儀器設備簡單等特點,用來測定甲醛的報道不少[9-10]。由于動力學反應的特殊性及報道方法靈敏度或選擇性等方面的限制，因此建立新的測定痕量甲醛的方法仍具有實際意義。本文研究了在0.04 mol/L硫酸介質中，痕量甲醛能靈敏地催化溴酸鉀氧化酸性鉻藍K的褪色反應。在一定范圍內，催化褪色程度與甲醛濃度成正比。據此建立了測定痕量甲醛的催化動力學光度法。已用于食品中痕量甲醛的測定。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

U-3010型分光光度計：日本日立公司；722型分光光度計：上海第三分析儀器廠；HH-8數顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇醫療器械廠。

酸性鉻藍K:0.1 g/L的水溶液；溴酸鉀溶液:0.02 mol/L；甲醛標準溶液（1.0 mg/mL）：準確量取用碘量法進行標定后的10.40 mol/L甲醛溶液3.20 mL于1000 mL的容量瓶中，水稀釋至刻度，搖勻，貯于甲醛標準儲備溶液瓶中。以此作為標準儲備溶液，用時逐步稀釋為10.0 μg/mL工作溶液；硫酸溶液:0.5 mol/L。所用試劑均為分析純,試驗用水為二次石英亞沸水。

1.2 方法

取兩支刻度一致的25 mL的具有玻璃塞的比色管，向其中一支加入0.5 mL甲醛標準溶液（起催化作用，吸光度為A），另一支不加甲醛標準溶液（非催化反應，吸光度為A0）然后用蒸餾水稀釋到5 mL。分別加入2滴1g/L的2,4-二硝基苯酚溶液，用7 mol/L氨水調節至黃色，以0.1 mol/L H2SO4調至黃色剛消失并加入2.0 mL 0.5 mol/L H2SO4，5.0 mL 酸性鉻藍 K 溶液，1.0 mL KBrO3溶液。用水稀釋至刻度，搖勻。于90℃恒溫水浴中加熱10 min（秒表計時），迅速取出并在流水中冷卻5 min，以蒸餾水為參比，用1 cm比色皿在722型分光光度計上，于524 nm處測定吸光度A0(空白)和A(試樣)，計算 l g(A0/A)，繪制 lg(A0/A)-C 曲線。

2 結果與討論

2.1 吸收光譜

配制圖1所示的不同組分溶液，按試驗方法操作在U-3010型分光光度計上掃描并繪制吸收曲線。

圖1 吸收光譜Fig.1 Absorption spectra

圖1結果表明：在酸性介質中溴酸鉀可以氧化酸性鉻藍K褪色但速率較慢；加入痕量甲醛可以催化溴酸鉀氧化酸性鉻藍K的褪色反應，且隨著甲醛量的增加作用加劇。所有曲線在524 nm處均有最大吸收值，選定524 nm為測定波長可定量痕量甲醛。

2.2 反應介質的選擇及用量影響

按試驗方法分別試驗了HCl,HNO3,H3PO4,H2SO4介質對反應體系的影響。結果表明:在H2SO4介質中,甲醛有明顯的催化作用,反應易于控制,且測定的吸光度值較穩定。因此本文選定0.5 mol/L硫酸為反應介質。

2.3 試劑用量的影響

試驗結果表明:H2SO4溶液用量在1.5 mL~2.5 mL,KBrO3溶液用量在0.5 mL~1.7 mL,ACBK溶液用量在3.0 mL~6.0 mL時,甲醛有良好的催化作用。本試驗選擇:2.0 mL H2SO4溶液,1.0 mL KBrO3溶液和 5 mL ACBK溶液。

2.4 加熱溫度和時間的影響

試驗結果表明:該反應在室溫下幾乎不發生，40℃~70℃反應緩慢，在70℃以后反應加快，隨著反應溫度的升高lg(A0/A)值變大，在80℃~90℃之間，lg(A0/A)值與溫度呈良好的線性關系，超過90℃之后，催化和非催化反應過于劇烈。為了使試驗的條件利于控制和操作，本試驗采用90℃的恒溫水浴加熱。反應時間在5 min~8 min內，lg(A0/A)與加熱時間呈現良好的線性關系，本文選用的加熱時間為8 min。采用驟冷法使反應終止反應,在流水中冷卻5 min后，吸光度至少在40 min內保持不變。

2.5 工作曲線

試驗結果表明:甲醛的量在0.0~400 μg/L內與lg（A0/A）呈良好的線性關系，工作曲線的線性回歸方程為：

式中：ρ甲醛為每25 mL溶液中甲醛的微克數，相關系數為0.9993。按試驗方法在25 mL溶液中，測定5.0 μg甲醛的相對標準偏差為1.9%(n=11)，對空白試液進行11次測定，標準偏差為3.2×10-3。由空白溶液的3倍標準偏差除以工作曲線的斜率求出檢出限為0.93 μg/L。

2.6 共存離子的影響

試驗結果表明:將相對誤差控制在±5%以內，測定25 mL中的10.0 μg甲醛，可允許存在：1200 μg量的 Na+、K+、NH4+、SO42-、Ac-、Cl-、Ba2+；800 μg 量的 Zn2+、Hg(II)、MO(VI)、Mg2+、NO3-；400 μg 量的 W(VI)、Ca2+；120 μg 量的 EDTA、乙醇、檸檬酸鈉、Mn(II)、Co2+、Sr2+；40 μg 量的甲醇、抗壞血酸、Ni2+、Ag+、Sn(II)、Bi(III)；32 μg量的苯酚、間苯二酚、間苯三酚、對硝基苯酚、單寧、苦味酸、F-；24 μg 量的 Al3+；16 μg 量的 Cr(III)、V(V)；5 μg 量的 Fe(III)、Cu(II)、Sb(III)。

2.7 動力學參數的測定

2.7.1 反應級數的測定

催化動力學測定Ti(IV)的化學反應總方程式可以表示如下:

ACBK+硫酸+溴酸鉀+甲醛→反應產物

式中：R為反應速率，[mol/（L·min）]；C為反應物濃度，（mol/L）；α，β，γ，δ為反應級數。用單因數變換固定時間法測定各反應物的反應級數，結果如下:

由直線方程的斜率可知：α=1.018≈1，β=0.9649≈1，γ=1.028≈1，δ=0.046≈0，故本催化反應對甲醛、ACBK和溴酸鉀而言為一級反應，對H2SO4而言為零級反應。由此可見，在稀硫酸介質中，以甲醛為催化劑，溴酸鉀氧化ACBK褪色反應的速率方程式可表示為：

在試驗條件下，C硫酸，C溴酸鉀，CACBK＞＞ρ甲醛，且基本保持不變，速率方程可以簡化為：

采用固定時間法測定吸光度，動力學方程為：ΔA=k3ρ甲醛，即ΔA與催化劑甲醛在一定濃度范圍內成正比，這就是本催化反應測定痕量甲醛的定量依據。

2.7.2 表觀活化能的測定

固定反應物濃度和加熱時間，在80℃~90℃時，測定催化反應的吸光度A和非催化反應吸光度A0，計算 ΔA=A0-A，作-lgΔA~(1/T)×103曲線。結果表明，-lgΔA與(1/T)×103存在著線性關系，用最小二乘法處理，其線性回歸方程為：-lgΔA=3.628×(1/T)×103-5.398(r=0.9981，根據Arrhenius公式計算表觀活化能為：Ea=3.628×2.303×8.314=69.47 kJ/mol。

3 樣品分析

稱取適量經粉碎的試樣,加50 mL水后用搗碎機打成勻漿，稱取相當于原樣重量10 g~20 g的勻漿樣，置于蒸餾瓶中，加入蒸餾水20 mL、液體石蠟2.5 mL和10%磷酸溶液20 mL，立即通水蒸氣蒸餾。冷凝管下口插入事先盛有10 mL蒸餾水且置于冰浴的容量瓶中，準確收集蒸餾液至100 mL，以此為樣品儲備液。取一定體積再按試驗方法測定，同時做標準加入回收試驗。牛百葉樣品的6次測定結果為0.278、0.286、0.279、0.268、0.272、0.274 μg/g、蝦仁樣品的 6 次測定結果為0.694、0.680、0.702、0.700、0.693、0.698 μg/g。結果見表1。

表1 食物樣品中甲醛的分析結果Tabel 1 Analytical results for formaldehyde in foodstuff samples μg/g

4 結論

本文研究在0.04 mol/L硫酸介質中，痕量甲醛能靈敏地催化溴酸鉀氧化酸性鉻藍K的褪色反應。據此建立了測定痕量甲醛的催化動力學光度法。已用于食品中痕量甲醛的測定。方法的檢出限為0.93 μg/L,線性范圍為 0.0~0.40 μg/mL。

甲醛廣泛存在于環境中，對人的身體有很多不利影響，隨著生活水平的提高和健康意識的增強，人們越來越關注它的存在，對它的研究也逐漸增多,因此建立測定甲醛的新方法具有重要的實際意義。

[1]鄭鵬然,周樹南.食品衛生全書[M].北京:紅旗出版社,1996:524

[2]Helaleh M I H,Kumemura M,Fujii S,et al.A New Fluorimetric Method for the Delermination of Formaldehyde in Air Based on the Liquid Droplet Sampling Techniquel[J].Analyst,2001,126(1):104-108

[3]宮菁,劉敏.甲醛污染對人體健康影響及控制[J].環境與健康雜志,2001,18(6):414-415

[4]實用精細化學品手冊：有機卷[M].化學工業出版社,1996:1377-1381

[5]Gamizgracia L,Decastro M D L.Determination of formaldehyde in liquid solid and semisolid pharmaceuticals and cosmetics by flow injection-pervaporation[J].Analyst,1999,124(7):1119

[6]查河霞,繆霞.熒光光度測定法測定食品中的甲醛[J].中國衛生檢驗雜志,2002,12(6):654

[7]黃曉蘭,黃芳,林曉珊,等.氣相色譜－質譜法測定食品中的甲醛[J].分析化學,2004,32(12):1617-1620

[8]陳銘學,牟仁祥,應興華,等.高效液相色譜法測定糧食制品中甲醛殘留量[J].分析實驗室,2004,23(5):74-76

[9]王術皓,杜凌云,張愛梅.動力學光度法測定甲醛[J].分析化學,2000,28(5):628

[10]侯振雨,張玉泉,王有臣.氯酸鉀-甲基紅體系動力學光度法測定甲醛[J].廣東微量元素科學,2004,11(9):53-56

Kinetic Spectrophotometric Determination of Trace Formaldehyde in Foodstuff Based on Oxidation Discoloration of Acid Chrome Blue K with Potassium Bromate

ZHANG Li-zhen1,ZHOU Zhi-rong2,*,WANG Qun3，ZHANG Shu-yuan3
（1.The Clinic Attached to Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510240，Guangdong，China；2.College of Public Health，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510240，Guangdong,China；3.Hospital of East China Institute of Technology，Fuzhou 344000，Jiangxi,China）

2009-08-19

廣東省高等學校人才引進專項資金(粵財教[2009]109號);廣東藥學院科研基金資助項目(2007GGW03)

張麗珍（1963—）,女（漢）,主管藥師,本科，研究方向：藥事管理。

*通信作者：周之榮（1965—）,男,教授,研究方向：痕量元素分析。