催化動力學光度法測定啤酒中痕量甲醛

（1.運城學院應用化學系，山西 運城　　044000；2.北京師范大學-香港浸會大學聯合國際學院，廣東 珠海　　619000；3.山西大學化學化工學院，山西 太原　　030006）

催化動力學光度法測定啤酒中痕量甲醛

秦建芳1，李佳潤2，弓巧娟1，*，楊海英1，王永東3，姚陳忠1，黃 珊1

（1.運城學院應用化學系，山西 運城044000；2.北京師范大學-香港浸會大學聯合國際學院，廣東 珠海619000；3.山西大學化學化工學院，山西 太原030006）

在硫酸介質中，甲醛能催化過氧化氫氧化結晶紫的褪色反應，其褪色程度與甲醛的含量呈正比，以此建立一種測定啤酒中痕量甲醛的新方法，研究影響該反應速率的條件。結果表明，最佳實驗條件下，甲醛在質量濃度0.4～2.0 μg/mL范圍內與吸光度呈良好的線性關系。方法的檢出限為0.35 μg/mL，對質量濃度1.6 μg/mL甲醛標準溶液進行11 次平行檢測，得到相對標準偏差為1.03%，該方法的靈敏度高、選擇性好，適用于啤酒中痕量甲醛的檢測，加標回收率為98.6%～104.6%，結果令人滿意。

動力學光度法；甲醛；結晶紫；過氧化氫

生活中，啤酒、果汁是人們最喜愛的飲品。飲品中的甲醛主要來源于食品容器內壁涂料的浸出［1-3］。甲醛已經被世界衛生組織確定為致癌致畸物質之一［4］。因此測定及控制飲品中甲醛的污染問題已越來越受到人們的普遍關注。對痕量甲醛檢測的方法主要有氣相色譜法［5］、高效液相色譜法［6-7］、化學發光法［8-9］、萃取法［10］、極譜法［11-12］、熒光法［13］和催化光度法［14-17］等。

本實驗采用催化動力學褪色光度法測定食物中痕量甲醛，目前該法普遍使用的氧化劑為溴酸鉀［18-23］，由于ΦθH2O2/H2O＞ΦθBrO33－/Br－可知H2O2的氧化性強于KBrO3，且H2O2較KBrO3對環境和人體較安全，因此本實驗選用H2O2做氧化劑。而還原劑結晶紫法鮮見報道。本研究發現在酸性介質中，過氧化氫在甲醛的催化作用下能使結晶紫褪色，在此基礎上擬建立結晶紫-過氧化氫體系測定啤酒中痕量甲醛的新方法。

1　　材料與方法

1.1材料與試劑

1 mol/L鹽酸、0.1 mol/L過氧化氫、1.00×10－4g/mL結晶紫，1 mg/mL HCHO標準貯備液配制：吸取1.40 mL質量分數為36%～38% HCHO試劑定容至500 mL容量瓶中，碘量法標定其準確濃度，用時逐級稀釋；實驗所用試劑均為分析純，所用水均為二次蒸餾水。

1.2儀器與設備

Cary5000型紫外-可見-近紅外分光光度計美國安捷倫公司；HH-2型電熱恒溫水浴鍋北京科偉永興儀器有限公司；FA1204B型電子分析天平上海精科天美科學儀器有限公司。

1.3方法

1.3.1樣品處理

取新購雪花牌啤酒100 mL置于三角瓶中，振蕩10 min，靜置，直到啤酒的氣泡全部消失。吸取處理好的啤酒50 mL移入500 mL蒸餾瓶中，加入40 mL 200 g/L磷酸溶液于蒸餾瓶中，蒸餾，收集流出液于100 mL容量瓶中定容。另移取50 mL去離子水同上操作，制得空白液。

1.3.2吸光度測定

取兩支25 mL比色管，分別依次加入1.00×10－4g/mL結晶紫溶液4 mL，0.1 mol/L硫酸溶液4 mL，再加入0.1 mol/L過氧化氫溶液3 mL。混勻，向其中一支中加入10 μg/mL甲醛標準溶液5 mL或樣品溶液，用二次蒸餾水定容至25 mL，振蕩搖勻。放置于60 ℃恒溫水浴中加熱l5 min取出后用流動水冷卻4 min來終止反應。用1 cm比色皿，以蒸餾水為參比，在波長400～640 nm范圍內分別掃描催化和非催化體系的吸收光譜，在波長583 nm處分別測量催化體系的吸光度A和非催化體系的吸光度A0，并計算ΔA=A－A0；采用單因素試驗考察各種因素對體系吸光度的影響，從而得到最佳實驗條件。

1.3.3樣品中甲醛含量及回收率的測定

移取10.00 mL經預處理的啤酒待測液，按照實驗方法測定其吸光度（A），計算出甲醛含量，加標液，繼續測定其總值，計算回收率。

2　　結果與分析

2.1吸收曲線

圖 1　吸收光譜曲線Fig.1　Absorption spectra of crystal violet in different systems

由圖1可知，體系1在波長583 nm處有最大吸收峰

（曲線1），體系2在甲醛的作用下，其吸光度明顯下降

（曲線2），說明甲醛對結晶紫-過氧化氫體系有較明顯的催化作用，兩條曲線均在波長583 nm處有最大的吸收峰且ΔA最大。故選擇波長583 nm作為測量波長。

2.2反應條件的優化

2.2.1酸的種類和體積的影響

由于過氧化氫只有在酸性介質中才能氧化結晶紫，因此比較了硫酸、磷酸、鹽酸3 種酸介質，發現硫酸作為反應介質時，甲醛能顯著催化這一褪色反應。因此，選用硫酸溶液。結果表明，用0.100 mol/L硫酸控制體系的酸度，ΔA值最大且穩定。且其用量在4.00～5.00 mL時，Δ A值最大，如圖2所示。因此選用4.00 mL 0.1 mol/L硫酸溶液。

圖 2　　硫酸用量的影響Fig.2　　Effects of sulfate acid dosage on ΔA

2.2.2結晶紫用量的影響

考察1.00×10－4g/mL結晶紫用量在1.00～7.00 mL其對ΔA的影響，如圖3所示。結果表明，結晶紫用量為4.00 mL時，體系的ΔA值最大，所以選用結晶紫的用量為4.00 mL。

圖 3　結晶紫用量的影響Fig.3　Effect of crystal violet dosage on Δ A

圖 4　　過氧化氫用量的影響Fig.4　　Effect of hydrogen peroxide dosage on ΔA

2.2.3過氧化氫用量的影響考察了不同濃度的過氧化氫溶液（0.01～1 mol/L）以及用量對測定結果的影響，如圖4所示。結果表明，用

0.1 mol/L過氧化氫溶液進行反應，ΔA最大且穩定。因此選用0.1 mol/L過氧化氫溶液，當其用量為3.00 mL時，體系的ΔA最大，故選用過氧化氫的用量為3.00 mL。

圖 5　　反應溫度的影響Fig.5　　Effect of reaction temperature on ΔA

2.2.4反應溫度的影響考察反應溫度對體系吸光度的影響。在室溫條件下，甲醛對該體系幾乎沒有催化作用，因此本實驗選取了在40～90 ℃的恒溫水浴進行測試。從圖5可以看出，當溫度在40～60 ℃范圍內，ΔA隨溫度的升高而增加。當溫度高于60 ℃后，由于空白反應速率加快，使得ΔA減小。反應溫度為60 ℃時，體系的ΔA最大，且有較寬的線性范圍。所以，選取反應溫度為60 ℃。

2.2.5反應時間的影響

圖 6　反應時間的影響Fig.6　Effect of reaction time on ΔA

考察反應時間對體系吸光度的影響，如圖6所示。結果表明：Δ A隨著加熱時間延長而增大。當加熱時間為15 min時，Δ A最大且趨于穩定，因此選擇加熱時間為15 min。

2.2.6標準曲線與檢出限

在最佳實驗條件下，記錄了不同質量濃度甲醛標準溶液的吸光度，結果顯示，甲醛在0.4～2.0 μg/mL的范圍內與吸光度呈現良好的線性關系，如圖7所示。線性回歸方程為ΔA=0.060 6+0.098 5ρ甲醛，相關系數為0.997 7。對質量濃度為1.6 μg/mL的甲醛標準溶液進行11 次重復測定，得到相對標準偏差為1.03%。對不含甲醛的空白溶液進行11 次平行測定，得到空白標準偏差，檢出限由3 倍的空白標準偏差除以標準曲線的斜率得到，結果為0.35 μg/mL。

圖 7　　標準曲線Fig.7　　Standard curve for formaldehyde determination

2.2.7共存物質的影響

考察了常見的物質和離子對甲醛測定的干擾性實驗，以0.5 μg/mL甲醛做測試，測量的相對誤差不大于±5%，甲酸、苯、苯甲酸、丙酮500 倍；Na+、K+、Cl－、Ca2+、NH+4、OH－、HCO－3、CO32－、I－、Br－、SO42－300 倍不干擾測定。

2.2.8樣品分析

表1　啤酒中的甲醛含量及回收率TTaabbllee ll 　　FFoorrmmaallddeehhyyddee ccoonntteennttss iinn bbeeeerr aanndd ssppiikkee rreeccoovveerriieess

如表1所示，測得樣品中甲醛含量為1.317 μg/mL，雖然樣品中有甲醛檢出但是啤酒中存在一定量的甲醛本底值，根據GB 2758—2012《發酵酒及其配制酒》規定甲醛應含量低于2 μg/mL，故所檢測樣品中未人為添加甲醛防腐劑或用工業甲醛浸漬大麥、給罐體、管道消毒等。測得的加標回收率在98.6%～104.6%之間，符合標準。

2.3催化機理

從吸收光譜可知，2 個體系的最大吸收峰的位置和光譜的形狀沒有改變，但是催化體系的吸光度明顯下降，可以認為HCHO在此體系中起催化作用。根據有關文獻［24-26］機理的探討，推測可能的機理如下：過氧化氫作為氧化劑時，通過熱解直接產生·OH，產生的·OH直接進攻結晶紫生成了無色結晶紫，但是由于·OH存在的時間很短，使得反應進行的速度較慢。加入甲醛以后，產生的·OH通過加成具有高電子云密度的雙鍵，產生新的自由基。該自由基可能具有更高的活性存在的時間更長，它進攻結晶紫改變了反應歷程，降低了反應的活化能，從而使反應的速率加快，詳細的分析在進一步的研究之中。

3　　結 論

本實驗建立了結晶紫-過氧化氫體系催化動力學褪色光度法測定啤酒中痕量甲醛的新方法，它具有靈敏度高、選擇性好、操作簡單的優點，用于啤酒中甲醛含量的測定，加標回收率在98.6%～104.6%之間，結果滿意。參考文獻：

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Catalytic Kinetic Spectrophotometric Determination of Trace Formaldehyde in Beer

QIN Jianfang1， LI Jiarun2， GONG Qiaojuan1，*， YANG Haiying1， WANG Yongdong3， YAO Chenzhong1， HUANG Shan1
（1. Department of Applied Chemistry， Yuncheng University， Yuncheng044000， China；2. College of United International， Beijing Normal University-Hong Kong Baptist University， Zhuhai619000， China；3. College of Chemistry and Chemical Engineering， Shanxi University， Taiyuan030006， China）

In sulfuric acid medium， hydrogen peroxide can oxidize and decolorize crystal violet under the catalysis of formaldehyde， and the extent of decolorization is proportional to the content of formaldehyde. A new method was established for the determination of trace formaldehyde. The factors affecting the rate of catalytic fading reaction were investigated. Under the optimal conditions， the formaldehyde concentrations within a range of 0.4-2.0 μg/mL exhibited a good linear relationship， the detection limit was 0.35 μg/mL and the relative standard deviation （RSD） of 1.03% for 11 repetitive determinations of 1.6 μg/mL formaldehyde solution. The proposed method is of high sensitivity and selectivity. When it was applied in the detection of trace formaldehyde in beer， the spike recoveries were between 98.6% and 104.6%. Key words: catalytic kinetic spectrophotometry； formaldehyde； crystal violet； hydrogen peroxide

O657.32

A

1002-6630（2015）24-0205-04

10.7506/spkx1002-6630-201524038

2015-01-21

國家自然科學基金青年科學基金項目（51101138）；運城市科技局項目（2060499）

秦建芳（1978—），女，講師，碩士，主要從事化學相關領域研究。E-mail：jianfangqin2011@126.com

弓巧娟（1962—），女，教授，博士，主要從事化學相關領域研究。E-mail：gqjuan@163.com