紫甘藍花青素分光光度法同時測定微量鋁和鐵

胡曉榮，劉健，周莉

（成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都 610059）

紫甘藍花青素分光光度法同時測定微量鋁和鐵

胡曉榮，劉健，周莉

（成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都 610059）

在pH 4.7的醋酸-醋酸鈉緩沖體系中，自紫甘藍中提取并經純化的花青素與Al3+和Fe3+發生絡合反應，花青素和兩種絡合物最大吸收波長分別為550，585，630nm。利用吸光度的加和性，建立起鋁和鐵混合溶液在585nm和630nm波長處的工作曲線方程組，鋁和鐵含量在0.1～1.0 mg/25m L范圍內與吸光度呈良好的線性關系，相關系數大于0.995，絡合物摩爾吸光系數大于103L·mol-1·cm-1。方法定量檢出限鋁為47.71μg/25mL、鐵為26.12μg/25mL。方法應用于國家土壤標準樣品（GBW07408）的測定獲得準確結果，土壤樣品加標回收率鋁在96.1%～108.0%之間、鐵在95.4%～108.1%之間，土壤樣品測定精密度符合光度法要求。該方法干擾離子較少、顯色時間短、絡合物穩定，可用于低常量和微量鋁和鐵的同時測定。

分光光度法；花青素；鋁；鐵

0 引言

花青素（anthocyanin）屬于酚類化合物中的類黃酮類，是一種植物色素，廣泛存在于多種蔬菜水果中。花青素具有抗氧化、抗衰老、預防癌癥、降低心血管疾病發生率等功效，目前對花青素的研究主要集中在它的生理活性及其應用上[1]，對其光譜性質在分析化學中的應用研究報道較少。相對于其他來源的花青素，紫甘藍花青素熱穩定性好，在廣泛pH范圍內具有顏色，在pH 3～7范圍內對光降解不敏銳[2]。紫甘藍花青素基本結構如圖1所示[3]，其中鄰位羥基能與高價金屬離子發生絡合反應生成有色絡合物，實驗顯示花青素與Fe3+和Al3+形成的絡合物顏色不同于花青素本身，并且兩種絡合物之間顏色也有顯著差異。據此，本文研究了自紫甘藍中提取并經純化后的花青素與Al3+和Fe3+反應前后吸收光譜的變化，建立起一種同時測定微量鐵和鋁的分光光度新方法。

圖1 花青素的基本結構

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

WFZ-2000型紫外-可見分光光度計（尤尼柯上海儀器有限公司）；RE-52CS型旋轉蒸發儀。

1mg·mL-1Al3+、Fe3+標準溶液，分別用無水AlCl3和鐵銨礬以0.1mol·L-1HAc-NaAc緩沖溶液為介質配制；1.0mol·L-1HAc-NaAc緩沖溶液；3.5 g·L-1CTMAB溶液；土壤標準樣品（GBW07408，鋁含量6.31±0.12%；鐵含量4.08±0.07%）；XAD-2大孔吸附樹脂（北京北實縱橫科技發展有限公司）；硝酸、氫氟酸、高氯酸。以上試劑硝酸為優級純，其他均為分析純，水為二次去離子水。

1.2 花青素的提取與純化

稱取4.8g 50℃烘干的紫甘藍葉片于250mL廣口瓶中，加入200mL 10%（V∶V）的乙醇溶液于50℃水浴中提取2h，重復兩次。提取液在50℃下旋轉蒸發濃縮到50mL左右。濃縮液通過XAD-2大孔吸附樹脂柱，用去離子水洗去水溶性雜質后用50%乙醇（V∶V）洗脫花青素，洗脫液50℃下旋轉蒸發濃縮至40mL左右，去離子水定容到50mL得花青素溶液。

1.3 工作曲線的繪制

在25mL容量瓶中分別加入鋁標準溶液，使鋁的含量為0.10，0.20，0.40，0.60，0.80和1.00mg，依次加入3mL HAc-NaAc緩沖溶液、4mL花青素溶液，50℃水浴加熱5min后以試劑空白為參比測定溶液吸光度，繪制工作曲線。同法繪制鐵的工作曲線。

1.4 土壤標準樣品中鐵和鋁的測定

準確稱取0.5 g土壤標準樣品于300m L聚四氟乙烯燒杯中，加入6mL濃HNO3，放置1h后加入2mL氫氟酸，浸泡12h后在電熱板上加熱消解，溫度控制在200℃左右。當溶液蒸發至2～3m L時，加入6mL HNO3∶HClO4（V∶V=4∶1），繼續加熱蒸發至溶液呈黃色粘稠狀時取下冷卻，用1%HNO3溶解定容至50mL容量瓶中。取一定體積的土壤消解液經顯色后，以試劑空白為參比測定吸光度值，從工作曲線上計算溶液的濃度。

2 結果與討論

2.1 酸度的選擇

實驗顯示花青素溶液在pH 3～11下呈紫色，該酸度范圍內535 nm波長下的吸光度變化很小。對不同緩沖溶液中花青素與Al3+和Fe3+的絡合物形成情況進行了研究，結果顯示在pH 4.7的HAc-NaAc緩沖溶液中，這兩種金屬離子與花青素形成的絡合物穩定且吸光度最大。

2.2 花青素和絡合物的吸收光譜

在pH 4.7 0.1mol·L-1的醋酸緩沖溶液中，分別對花青素、花青素-Al3+絡合物、花青素-Fe3+絡合物的吸收光譜進行了測定，最大吸收波長分別為550，585，630nm，吸收曲線見圖2。花青素與兩種絡合物之間的最大吸收波長之差分別達到35，80，45nm，能夠滿足兩組分共同測定的要求。

圖2 花青素和花青素-Al3+、Fe3+絡合物的吸收光譜

2.3 緩沖溶液用量的選擇

按照1.3的顯色方法，分別用0.2mg/25mL鋁和鐵標準溶液，考察1～8mL 1.0mol·L-1醋酸緩沖溶液用量對絡合物吸光度的影響，結果如圖3所示。隨著緩沖溶液用量增加，花青素-Al3+的吸光度一直上升并趨于穩定；但當用量超過3mL后，花青素-Fe3+絡合物吸光度下降，綜合考慮選擇用量為3mL。

圖3 吸光度隨緩沖溶液用量的變化

2.4 表面活性劑的選擇

分別考察了CTMAB、CPB、TritonX-100等3種不同類型的表面活性劑對體系的增敏作用。CTMAB可使花青素-Fe3+絡合物吸光度增加0.2，但降低花青素-Al3+絡合物吸光度值。其他兩種表面活性劑對體系沒有明顯作用，綜合考慮選擇顯色體系中不加入表面活性劑。

2.5 花青素用量的選擇

按照1.3的顯色方法，分別用0.4mg/25m L鋁和鐵標準溶液，考查1～10mL花青素用量對兩種絡合物形成的影響，結果如圖4所示。隨著花青素用量的增加，花青素-Fe3+的吸光度一直增加并于7mL后趨于穩定，但當用量超過4mL后花青素-Al3+的吸光度開始下降。Al3+與花青素顯色靈敏度低于Fe3+，出于同時測定中Al3+顯色靈敏度的需要選擇花青素的用量為4mL。

2.6 絡合物的穩定時間

分別研究了室溫（15℃）和水浴加熱（50℃）下花青素-Al3+，花青素-Fe3+的吸光度變化。結果顯示，室溫下花青素加入后立即顯色，5～20min內吸光度逐漸升高，20～55min內吸光度穩定。50℃水浴加熱5min后顯色反應就已完成，5～60min內溶液吸光度穩定。本實驗選擇50℃水浴加熱5min后進行測定。

圖4 吸光度隨花青素用量的變化

2.7 共存離子的影響

對于0.5mg/25mL的Al3+標準溶液，當測量誤差在±5%以內，1 000倍的Na+（3.33%）、K+（4.56%），100倍的Cd2+（-2.44%），50倍的Ca2+（1.75%），25倍的Mg2+（-1.77%）、Ag+（3.23%）、Mn2+（4.17%）、Pb2+（2.11%）、Li+（-1.37%），10倍的Hg2+（3.45%）、Cr3+（1.07%）、Fe2+（3.46%），5倍的Zn2+（2.12%）、Ni2+（-1.17%）、Ba2+（2.89%）對測定不產生干擾；1倍的Cu2+、Sn2+對測定產生干擾。

對于0.5mg/25mL的Fe3+標準溶液，當測量誤差在±5%以內，1000倍的Na+（4.46%），500倍的K+（-4.34%），100倍的Cd2+（1.84%），50倍的Ca2+（4.68%），25倍的Mg2+（2.81%）、Ag+（3.99%）、Mn2+（2.31%）、Pb2+（1.95%）、Li+（2.21%），10倍的Hg2+（4.36%）、Cr3+（-0.92%）、Fe2+（3.45%），5倍的Zn2+（1.46%）、Ni2+（-2.46%）、Ba2+（3.56%）對測定不產生干擾；1倍的Cu2+、Sn2+對測定產生干擾。

2.8 標準曲線、精密度、準確度和檢出限

鋁和鐵在波長585nm和630nm下的工作曲線：

由朗伯比爾定律的加和性可得混合離子溶液分別在585nm和630 nm波長下的工作曲線：

A630=0.1307cAl+0.730 0cFe

實驗表明Al3+和Fe3+含量都在0.1～1.0mg/25mL時呈良好的線性關系，根據曲線斜率求得絡合物的摩爾吸光系數為

分別取土壤標準樣品消解液0.5mL至12只25mL容量瓶中，顯色并測定溶液吸光度。12個溶液吸光度值的相對標準偏差RSD585=0.57%，RSD630= 0.91%符合光度法對測試精密度的要求。

準確稱取0.5g土壤標準樣品3份進行消解，定容到25mL容量瓶中。每份樣品再各取1mL兩份于25mL容量瓶中，顯色并測定吸光度，計算鋁和鐵的含量，結果見表1。

表1 準確度實驗數據

經t檢驗，鋁和鐵含量的測定值與標準值一致（P＜0.01），表明本方法沒有明顯的系統誤差，用于土壤這樣的復雜樣品測定可獲得準確結果。

準確稱取3份0.25g和3份0.15g的土壤標準樣品，在其中加入適量鋁和鐵標準溶液消解進行加標回收實驗，測得加標回收率見表2。鋁和鐵的回收率分別在96.1%～108.0%和95.4%～108.1%之間。

表2 樣品中鋁和鐵的加標回收率

在13只25mL比色管中加入3mL醋酸緩沖溶液、3mL花青素溶液，去離子水定容，50℃水浴加熱5min后以第1個溶液作參比分別測量585nm和630 nm處的吸光度，吸光度值標準偏差分別為S585=2.61×10-3，S630=2.53×10-3，以3倍吸光度標準偏差對應濃度作為定性檢出下限為：DAl=14.3μg/25mL；DFe=7.84μg/25mL，10倍吸光度標準偏差對應濃度作為定量檢出下限為：DAl=47.71μg/25mL；DFe=26.12μg/25mL。

3 結束語

巖石、土壤、植物等樣品中的鐵和鋁一般都同時存在，建立同時測定鐵和鋁的分光光度法可大大節約試劑和測試時間，降低分析成本。以偶氮類[4]、熒光酮類[5-7]和三苯甲烷類染料鉻天青S[8-9]顯色劑雙波長法或化學計量學計算方法建立起來的同時測定鋁和鐵的方法有很高的靈敏度，摩爾吸光系數在104～105L·mol-1·cm-1之間。本文中的紫甘藍花青素顯色劑結構中缺乏吸電子基團，羥基酸性較弱絡合能力不強，從而與鋁和鐵反應顯色的靈敏度不高。但是與其他人工合成顯色劑相比，花青素顯色時間短，絡合物穩定，選擇性較好，干擾離子的種類較少，面對土壤這樣復雜基體樣品中鋁和鐵的同時測定不需掩蔽干擾離子，采用簡單的線性方程組求解即可獲得準確結果。另外花青素來源于天然植物，以此為顯色劑建立的測定方法對環境友好、綠色環保。該方法可用于低常量和微量含鋁和鐵試樣的測定。

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Simultaneous spectrophotometric determ ination of trace alum inum and iron by using anthocyanin extracted from red cabbages

HU Xiao-rong，LIU Jian，ZHOU Li
（College of Material and Chemistry&Chemical Engineering，Chendu University of Technology，Chengdu 610059，China）

In the pH 4.7 acetic acid sodium buffer system，Al3+&Fe3+and anthocyanins which extracted from the red cabbage were reacted to form stable complexes.A new method was created to simultaneously determine Al and Fe with the absorbance of the complexes at the maximal absorption wavelength，i.e.，550 nm，585 nm and 630 nm.There was well linear relationship between the absorbance and the Al&Fe concentration in the range of 0.1～1.0 mg/25 mL，correlation coefficient was more than 0.995.The molar absorption coefficient of complex exceeded 103L·mol-1·cm-1.The limit of quantification was 47.71μg/25mL for Al and 26.12μg/25mL for Fe respectively.The analytical procedure was critically evaluated by analyzing certified soil reference materials（GBW07408）and determining the recovery of Al and Fe in the materials. Excellent agreement between the experimental values and the certified concentrations was obtained，and the optimum recoveries of 96.1%～108.0%and 95.4%～108.1%were obtained for Al and Fe respectively through adding the standard solution in the digestion solution of the soil reference materials.The precision of replicate measurements could meet the request of spectrophotometric determination.Because of less interference ions，short colored time，stable complexes，this method can be used for the quantitative determination of trace amounts and low levels of aluminum and iron simultaneously.

spectrophotometry；anthocyanins；aluminum；ferrum

O625.31；O657.32；O614.81+1；O614.3+1

A

1674-5124（2013）03-0038-04

2012-11-12；

：2013-01-06

四川省教育廳重點資助項目（082A101）

胡曉榮（1965-），女，四川西昌市人，副教授，主要從事環境分析化學研究。