食品中檸檬酸的阻抑動力學光度法檢測

蔡 艷，高 燁，王曉菊

檸檬酸廣泛存在于動植物組織和各種水果、蔬菜中，是對人體有益的一種物質。檸檬酸與人類的健康密切相關，可增強體內正常代謝，而且在食品工業上經常作為食品添加劑。雖然檸檬酸對人體無直接危害，但它可以促進體內鈣的排泄和沉積，如長期食用含檸檬酸的食品，有可能導致低鈣血癥。因此，檸檬酸的測定在食品工業中都具有重要的意義。目前，已報道的測定檸檬酸的方法有離子交換色譜法[1]、高效液相色譜法[2]、毛細管電泳法[3]、流動注射化學發光法[4]、紅外光譜技術法[5]、電分析法[6]、熒光猝滅法[7]、分光光度法[8]、核磁共振法[9]、質譜法[10]等。

催化動力學光度法具有選擇性好，所需儀器設備簡單等特點，近年來漸受重視，廣泛用于各種元素的測定，在痕量檸檬酸的測定中已有應用[11-12]，但以中性紅為指示劑，分析測定痕量檸檬酸的研究尚未見報道。

研究表明，在硫酸和十六烷基三甲基溴化銨介質中，痕量檸檬酸對H2O2氧化中性紅的褪色反應有較強的阻抑作用，且在一定濃度范圍內，體系的吸光度變化值與檸檬酸濃度之間有較好的線性關系。由此，本文建立了一種表面活性劑增敏阻抑催化動力學光度法測定痕量檸檬酸的新方法。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

723 型可見分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；SDC-6型數控低溫超級恒溫槽(重慶試驗設備廠)。

檸檬酸標準溶液：按常規方法配制1.0 g·L-1的檸檬酸標準溶液，臨用前稀釋成1.0μg·mL-1工作液。硫酸溶液：1.0 mol·L-1；中性紅溶液(Neutral red,NR)：1.0×10-3mol·L-1；過氧化氫溶液：3%（體積分數）；十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)溶液：1.0×10-3mol·L-1；Fe3+溶液：0.01 g·L-1。所用試劑均為分析純或優級純，實驗用水為二次石英亞沸蒸餾水。

1.2 實驗方法

于2支25mL具塞比色管中分別依次加入2.0 mL硫酸溶液，1.0 mL中性紅溶液,1.0 mLCTMAB溶液,1.0 mLFe(Ⅲ)溶液，2.0 mL過氧化氫溶液，其中一支具塞比色管加入一定量的檸檬酸工作溶液（為阻抑反應體系），另一支不加檸檬酸工作溶液（非阻抑反應體系），加水稀釋至刻度，搖勻后置于80℃水浴中加熱15 min，同時取出冰水冷卻20 min。用1.0cm比色皿在520 nm處分別測量阻抑反應體系的吸光度A和非阻抑反應體系的吸光度A0，計算ΔA=A-A0。

2 結果與討論

2.1 吸收曲線

配制不同體系的溶液，按照試驗方法在分光光度計上掃描吸收光譜，得吸收曲線(圖1)。圖1中曲線2和曲線3表明，檸檬酸在硫酸介質中對Fe(Ⅲ)催化過氧化氫氧化中性紅的褪色反應中具有顯著的抑制作用，使吸光度值增大。在上述反應體系中加入表面活性劑CTMAB后，使體系的吸光度差值增大，由此可知CTMAB具有增敏作用。從圖1還可以看出，各條曲線均在520 nm處有最大吸收峰，故試驗選擇520 nm為工作波長。

2.2 反應條件

2.2.1 反應介質的選擇

試驗了硫酸、乙酸、乙酸-乙酸鈉、氯化銨-一水合氨、一水合氨溶液等多種介質，用量1.0 mL測其ΔA。實驗結果表明硫酸對該指示反應增敏效果最好，ΔA值最大；考察硫酸用量，其用量在1.8～2.2mL時ΔA達最大，所以本法選擇1.0 mol·L-1硫酸溶液為反應介質，最佳用量2.0mL。

2.2.2 表面活性劑的選擇

分別實驗了陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉、琥珀酸二異辛酯磺酸鈉,陽離子表面活性劑溴化十六烷基吡啶、氯化十六烷基吡啶、十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)，非離子表面活性劑乳化劑OP等對反應的影響。實驗表明，只有CTMAB有增敏作用，效果最好，吸光度明顯降低，選用1.0mL CTMAB，體系ΔA數值最大，且重現性較好。所以選擇CTMAB為增敏劑，其用量為1.0mL。

2.2.3 試劑用量的選擇

按實驗方法試驗不同體積的中性紅溶液，實驗結果表明，中性紅用量在1.0 mL時，ΔA數值最大，所以中性紅指示劑實際用量為1.0mL。僅改變過氧化氫，隨著過氧化氫用量的增大，阻抑和非阻抑反應速率均增大，但程度不同。當過氧化氫用量為2.0 mL時，ΔA最大且穩定重現性好。故實驗選用過氧化氫的用量為2.0 mL。僅改變Fe(Ⅲ)的用量，其用量在為0.8～1.2 mL范圍時，ΔA達最大。故實驗選用Fe(Ⅲ)用量為1.0 mL。

2.2.4 反應時間的選擇和速率常數

考察加熱時間對阻抑反應的影響，實驗表明，加熱反應時間在2～15 min內ΔA與時間t有良好直線關系，因此該阻抑反應可被看作是假零級反應。其線性回歸方程為：△A=-2.38×10-3t+0.013，表觀速率常數k為2.38×10-3mol·L-1·min-1。若加熱時間延長15 min，△A逐漸下降，故本法選反應時間為15 min。

2.2.5 反應的終止及體系穩定性

由于冰水下本阻抑反應體系幾乎不反應，因此可以通過冰水中冷卻20 min終止反應。實驗表明，冰水中冷卻20 min，2 h內吸光度幾乎不變，表明本阻抑反應具有很好的穩定性。

2.2.6 反應溫度的選擇和反應活化能

按實驗方法進行測定，隨溫度升高,反應速度加快，反應溫度在60℃～800℃之間反應速率迅速加快，800℃時ΔA達到最大，實驗中選擇反應溫度為800℃。

反應溫度在70℃～80℃間時，測定不同溫度下的表觀速率常數k，用-lnk對1/T（開爾文溫度K）作圖得直線方程，求得阻抑反應表觀活化能Ea=126.2kJ·mol-1。

圖1 吸收光譜

2.3 校準曲線

在上述選定的實驗條件下，阻抑體系的吸光度和非阻抑反應的吸光度之差ΔA與檸檬酸的質量濃度C在0.8～200μg·L-1范圍內成直線關系，線性回歸方程為△A=2.87×10-3C（μg·L-1）+0.0179，相關系數R=0.9991。對空白進行11次重復測定，所得結果的相對標準偏差Sbc＝2.4×10-3，用空白試液的標準偏差除以校準曲線的斜率（3Sbc/K）求得檸檬酸的檢出限為2.51×10-6g·L-1。

另外，按實驗方繪制不加入CTMAB時檸檬酸質量標準工作曲線，其回歸方程為：△A=4.28×10-4C（μg·L-1）+0.0191，相關系數r=0.9926。對比加入及不加CTMAB時的工作曲線可看出，其斜率相差6倍。可見，由于加入增敏劑，靈敏度提高了近6倍。

2.4 干擾試實驗

考察了20多種常見共存離子及有機物質對25mL溶液中含1.0μg檸檬酸的影響,結果表明，當相對誤差不大±5%時，共存物的允許倍數為:1000倍的K+、Na+、Ac-、NO-3、SO2-4Mo(VI)、Zn2+、F-； 500倍的Cd2+、Co2+、Ni2+、Cr(VI)、Pb2+、Mg2+、Ba2+、VO-3、PO3-4；300倍的氨基乙酸、尿酸、酒石酸、苦味酸；100倍的苯胺、鹽酸羥胺、間苯三酚；50倍的甲醛、間苯二酚、EDTA；30倍的草酸等不干擾檸檬酸的測定。

2.5 樣品分析

將不同廠家生產的汽水適當稀釋，取一定量按實驗方法進行分析測定，并做加標回收實驗，結果見表1。

表1 樣品測定結果

3 結論

基于在H2SO4和陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨溶液中檸檬酸對Fe(Ⅲ)催化H2O2氧化中性紅的褪色反應具有抑制作用，從而提出了一種阻抑褪色動力學光度法測定汽水中痕量檸檬酸的新方法。檸檬酸濃度在0.8～200μg·L-1范圍內，具有良好的線性關系，其相關系數為γ=0.9991。方法準確可靠，精密度好，回收率在98.5%～102%之間。

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