CTMAB增敏共振瑞利散射法快速測定面制食品中的Pb

龐向東，江　虹，廖重梅，石文兵，秦　艾

（長江師范學院化學化工學院，重慶市無機特種功能材料重點實驗室，重慶 408100）

CTMAB增敏共振瑞利散射法快速測定面制食品中的Pb

龐向東，江虹*，廖重梅，石文兵，秦艾

（長江師范學院化學化工學院，重慶市無機特種功能材料重點實驗室，重慶 408100）

在表面活性劑溴化十六烷基三甲基銨及酸性三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖介質存在條件下，鉻天青S與Pb（Ⅱ）結合，導致共振瑞利散射（resonance Rayleigh scattering，RRS）顯著增強，并產生新的RRS光譜。在最大共振瑞利散射峰369 nm波長處，Pb（Ⅱ）的質量濃度在0.002～0.35 mg/L范圍內與體系的共振瑞利散射增強程度（ΔIRRS）呈良好的線性關系，定量限為0.024 mg/kg。據此建立了快速、準確、高靈敏的測定Pb（Ⅱ）的RRS新方法，并研究了適宜的反應條件及RRS光譜特征。方法可用于市售面制食品中Pb的快速測定。

溴化十六烷基三甲基銨；鉻天青S；Pb；面制食品；共振瑞利散射

Pb是一種對人體有害的金屬元素。面制食品中的Pb主要來源于食品制造、加工、容器、包裝、貯存和運輸等的污染。如果常吃受Pb污染的食品，會因Pb在人體內的積累引起慢性中毒，造成神經系統、消化系統、造血系統、腎臟和心血管等系統的損傷，導致貧血、腦溢血、骨骼變化和智力下降等病癥。近年，Pb對人類的生存環境和人體健康已構成較為嚴重的威脅，因此，研究食品中Pb的檢測方法有著重要意義。

目前，測定Pb的方法主要有原子吸收法［1-6］、紫外-可見分光光度法［7-13］、原子發射法［14-15］、原子熒光法［16-17］、電化學法［18-24］和毛細管電泳法［25］等。原子吸收法前處理麻煩、費時，對鉛含量低的樣品需進行預分離富集處理，所用儀器偏貴，對試劑要求高。紫外-可見分光光度法雖然簡便快速、成本低廉、易于推廣，但其靈敏度一般不高。其他方法或選擇性不好或線性范圍窄或實驗條件苛刻。本實驗采用表面活性劑溴化十六烷基三甲基銨（cetyl trimethyl ammonium bromide，CTMAB）增敏鉻天青S（chrome azurol S，CAS）的共振瑞利散射（resonance Rayleigh scattering，RRS）法來測定面制食品中Pb的含量，方法簡便、快速，有很高的靈敏度（可達納克級）和良好的選擇性，方法可用于系列面制食品中Pb的測定。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

面條（1-4#）、餅干（5-6#）、方便面（7-10#）市售；Pb（NO3）2沈陽市試劑五廠；CAS 成都市科龍化工試劑廠；CTMAB 上海倍卓生物科技有限公司；三羥甲基氨基甲烷 齊一生物科技（上海）有限公司；實驗用水均為超純水；試劑均為分析純。

1.2儀器與設備

F-2500型熒光分光光度計 日本日立公司；pHS-3C精密酸度計 上海虹益儀器儀表有限公司。

1.3方法

1.3.1溶液配制

Pb（Ⅱ）標準溶液：準確稱取一定量的Pb（NO3）2于小燒杯中，加水溶解后轉移至100 mL容量瓶中，用水稀至刻度，搖勻，配成20.72 mg/L標準貯備液，取該液10.0 mL，用水稀釋至100 mL，即得2.072 mg/L操作液。CAS溶液：稱取適量CAS于小燒杯中，加入20.00 mL無水乙醇和少量水，溶解后，移入500 mL容量瓶中，用水稀至刻度，即得1.00×10-3mol/L的貯備液，操作液為1.00×10-4mol/L。三羥甲基氨基甲烷（Tris）-鹽酸（HCl）緩沖溶液：用0.20 mol/L Tris溶液與0.10 mol/L HCl溶液混合，用酸度計測定，配成pH 3.0～8.5的系列緩沖溶液。CTMAB溶液：稱取適量CTMAB于燒杯中，加無水乙醇少量，溶解后，用水配成4.00×102mg/L的溶液。

1.3.2樣品處理

用固定質量稱量法準確稱取已搗碎并按四分法縮分的各面制樣品10.000 0 g（允許誤差±0.000 1 g），分別置于瓷坩堝中，在可調電爐上低溫加熱，待樣品炭化后，將溫度調至500 ℃灼燒灰化5 h（去除有機物和碳水化合物），放冷，取出坩堝，加2.0 mL硝酸（1+1）潤濕灰分，低溫加熱蒸干，在500～550 ℃灼燒2 h，放冷，取出坩堝，加2.0 mL硝酸（1+1）溶液，低溫加熱，使灰分溶解，冷卻后，過濾，濾液置于50 mL容量瓶中，加3.0 mL三乙醇胺溶液（1+2）（掩蔽Fe3+、Al3+），再用水稀至刻度，即得待測液。

1.3.3RRS強度的測定

準確移取2.50 mL 1.0×10-4mol/L CAS溶液于10 mL具塞比色管中，再順序加入1.50 mL pH 6.59 Tris-HCl緩沖溶液，適量的2.072 mg/L Pb（Ⅱ）標準溶液或樣液，0.10 mL 4.00×102mg/L CTMAB溶液，用超純水稀釋至10.0 mL刻度，搖勻，8 min后在熒光分光光度計上（設λEx=λEm=220 nm，測定狹縫10 nm）進行同步掃描，得RRS光譜，記錄最大共振瑞利散射波長處體系的RRS強度（IRRS）及試劑空白的RRS強度（I0），計算ΔIRRS。

2　結果與分析

2.1Pb（Ⅱ）-CAS-CTMAB的RRS光譜

圖1　Pb（Ⅱ）-CAS-CTMAB的RRS光譜Fig.1　RRS spectra of Pb （II）-chrome azurol S-cetyl trimethyl ammonium bromide

圖1表明：Pb（Ⅱ）溶液、CAS溶液及CAS的酸性溶液自身的RRS均較微弱（曲線1～3），而在CAS的酸性溶液中加入Pb（Ⅱ）溶液后，因CAS為酸性染料，能與Pb（Ⅱ）以靜電引力結合生成二元絡合物，但RRS仍較微弱（曲線4），曲線4與曲線3在最大散射波長處的ΔIRRS較小，靈敏度低，不能用于Pb（Ⅱ）的定量分析。若在曲線3的基礎上加入表面活性劑CTMAB，則因CTMAB對CAS有較強的增敏性，促使共振瑞利散射明顯增強（曲線5），其最大共振散射峰位于369 nm波長處；在曲線5的基礎上，加入不同濃度的Pb（Ⅱ）溶液后，生成的三元絡合物的RRS強度隨著Pb（Ⅱ）溶液質量濃度的增加而不斷增強，在Pb（Ⅱ）的一定質量濃度范圍內，RRS強度與Pb（Ⅱ）的質量濃度呈良好的線性關系（曲線6～12）。故方法可用于Pb（Ⅱ）的定量分析。

可能的反應機理：CAS在水溶液中可離解出2～3 個Na+，使自身帶多個單位的負電荷，而CTMAB在溶液中可離解出Br-，使自身帶1 個單位正電荷，帶負電荷的CAS可與帶正電荷的陽離子活性基團作用形成帶負電荷的締合顆粒或絡陰離子，進而與溶液中帶正電荷的Pb（Ⅱ）作用生成粒徑更大的電中性絡合物，體系的摩爾質量和體積也顯著增大，從而導致Pb（Ⅱ）-CASCTMAB三元絡合物的RRS顯著增強。

2.2反應條件的選擇

2.2.1pH值對Δ IRRS的影響

考察了Tris-HCl緩沖溶液在不同pH值時對三元體系Δ IRRS的影響（圖2）。結果表明：當pH值小于5.2時，體系的共振瑞利散射強度較弱，在pH 5.8～6.8范圍內，體系有較強的共振瑞利散射強度，且Δ IRRS較大，表明靈敏度較高。實驗用pH 6.59的Tris-HCl緩沖溶液，適宜用量為1.50 mL。

圖2　pH值對ΔIRRRS的影響Fig.2　Effect of buffer pH on ΔIRRS

2.2.2CAS溶液濃度對Δ IRRS的影響

圖3　CAS溶液濃度對ΔIRRS的影響Fig.3　Effect of chrome azurol S concentration on ΔIRRS

考察了CAS溶液在不同濃度時對三元體系ΔIRRS的影響（圖3）。結果表明：體系的共振瑞利散射強度先隨CAS溶液濃度的增大而逐漸增強，當CAS濃度達一定值時，體系的RRS強度基本保持不變，之后又逐漸減弱。實驗表明，CAS在2.00×10-5～2.80×10-5mol/L范圍內，體系有較大的ΔIRRS，此時靈敏度較高。實驗選用1.00×10-4mol/L CAS溶液2.50 mL。

考察了多種陽離子、陰離子及非離子表面活性劑對三元體系ΔIRRS的影響。結果表明：只有陽離子表面活性劑對體系有增敏性，尤以CTMAB效果最好。實驗用4.00×102mg/L CTMAB溶液，適宜用量為0.10 mL。

2.2.4試劑加入順序對Δ IRRS的影響

考察了CAS溶液、Pb（Ⅱ）溶液、CTMAB及Tris-HCl溶液在不同加入順序時對三元體系ΔIRRS的影響。結果表明：按1.3.3節中的加入順序為最佳。實驗按此順序進行。

2.2.5反應時間及穩定性對Δ IRRS的影響

考察反應時間對三元體系Δ IRRS的影響（圖4）。結果表明：室溫條件下，8 min內反應即可進行完全，反應產物的Δ IRRS至少可穩定2 h。實驗選在8 min后測定。

圖4　反應時間對ΔIRRS的影響Fig.4　Effect of reaction time on Δ IRRS

2.3標準曲線

按1.3.3節的方法配制并掃描Pb（Ⅱ）的標準系列溶液。以ΔIRRS為縱坐標，Pb（Ⅱ）溶液的質量濃度ρ（mg/L）為橫坐標作標準曲線，其一元線性回歸方程為ΔIRRS=-7.358 1+4 366ρ，相關系數為0.999 8，線性范圍為0.002～0.35 mg/L，定量限為0.024 mg/kg。

2.4方法的選擇性

表1　共存物質的影響Table1　Effect of coexistent substances

考察了某些常見物對測定0.207 mg/L Pb（Ⅱ）的RRS的影響（表1）。結果表明：絕大多數常見陰、陽離子不干擾測定。Al3+、Fe3+的允許量較小，可加入三乙醇胺溶液（1+2）1.0 mL予以掩蔽。可見方法有較好的選擇性。

選取我院自2015年1月至2016年1月收治的60例內鏡下診斷為非炎癥性腸病大腸潰瘍患者,并且經臨床綜合檢查診斷確認。其中,男性患者34例,女性患者26例,患者年齡在18至74歲之間,平均為(56.7±4.8)歲。

2.5樣品分析結果

取1.3.2節中各待測樣液4.00 mL，按1.3.3節方法加入其他試劑溶液并掃描RRS光譜，求出各樣液中Pb（Ⅱ）的含量（n=5），并與國標法［1］（原子吸收光譜（atomicabsorption spectroscopy，AAS）法）對照，同時作加標回收實驗（n=5），結果見表2。

表2　樣品分析結果及回收實驗（n=5）Table2　Analytical results of samples and results of recovery tests （ = 5）

由表2可知，本法的測定結果與原子吸收法基本一致，回收率為97.5%～102%，相對標準偏差為1.5%～2.4%，表明該方法有較高的準確度和精密度。

3　結 論

本方法與國標法［1］相比，具有簡便、快速、靈敏度高、線性范圍寬的優點，并有較高準確度、精密度及選擇性，試劑價廉易得，樣品處理安全，適于批量面制食品中Pb的快速測定。

［1］ 衛生部. GB 5009.12—2010 食品中鉛的測定［S］. 北京： 中國標準出版社, 2010.

［2］ JIANG Hongmei, YAN Zhongpeng, ZHO Yue, et al. Zinconimmobilized silica-coated magnetic Fe3O4nanoparticles for solidphase-extraction and determination of trace lead in natural and drinking waters by graphite furnace atomic absorption spectrometry［J］. Talanta, 2012, 94： 251-256. DOI：10.1016/j.talanta.2012.03.035.

［3］ MAHMOUD M E, KENAWY I M M, HAFEZ M M A H, et al. Removal, preconcentration and determination of trace heavy metal ions in water samples by AAS via chemically modified silica gel N-（1-carboxy-6-hydroxy） benzylidenepropylamine ion exchanger［J］. Desalination, 2009, 250（1）： 62-70. DOI：10.1016/j.desal.2009.09.009.

［4］ 寇彥巧. 石墨爐原子吸收測生活飲用水中PbCd的方法改進［J］. 中國熱帶醫學, 2013, 13（1）： 36-38. DOI：10.13604/j.cnki.46-1064/ r.2013.01.002.

［5］ 徐紅穎, 包玉龍. 方便面調味料中重金屬元素鉛、砷檢測［J］. 中國調味品, 2014, 39（11）： 130-132. DOI：10.3969/ j.issn.1000-9973.2014.11.033.

［6］ 劉全德, 陳尚龍, 張建萍, 等. 不完全消化-微乳液進樣-HR-CS GFAAS測定休閑食品中5 種金屬元素［J］. 食品科學, 2014, 35（24）：277-281. DOI：10.7506/spkx1002-6630-201424053.

［7］ MAI K, KENICHI T, MASANORI F, et al. Rapid determination of lead extracted by acetic acid from glazed ceramic surfaces by flow injection on-line preconcentration and spectrophotometric detection［J］. Talanta, 2005, 68（2）： 287-291. DOI：10.1016/j.talanta.2005.08.019.

［8］ 何平, 鐘耀廣, 萬金慶. Meso-四-（3,5-二溴-4-羥基苯）卟啉分光光度法測定蝦中鉛的含量［J］. 食品工業科技, 2013, 34（8）： 56-60. DOI：10.13386/j.issn1002-0306.2013.08.022.

［9］ 高琳, 范永康, 馮佳, 等. 環境水中鉛的濁點萃取及其分光光度法測定［J］. 環境化學, 2013, 32（12）： 2390-2395. DOI：10.7524/ j.issn.0254-6108.2013.12.025.

［10］ 耿新華, 陳潔, 李曉, 等. 微晶酚酞分離富集分光光度法測定鉈（Ⅲ）［J］. 分析試驗室, 2014, 33（9）： 1017-1019. DOI：10.13595/j.cnki. issn1000-0720.2014.0240.

［11］ 馬美華, 李小華, 楊愛萍, 等. 催化動力學光度法對蔬菜中痕量鉛的測定［J］. 江蘇農業科學, 2012, 40（11）： 325-328. DOI：10.15889/ j.issn.1002-1302.2012.11.035.

［12］ 唐祝興, 朱娜. 分散液-液微萃取分光光度法聯用測水中鉛［J］. 電鍍與精飾, 2014, 36（6）： 32-35. DOI：10.3969/ j.issn.1001-3849.2014.06.009.

［13］ 周連文. meso-四（4-氯苯基）卟啉測定小麥面粉中痕量鉛的研究［J］. 食品工業科技, 2008, 29（4）： 277-278. DOI：10.13386/ j.issn1002-0306.2008.04.066.

［14］ ZHENG Fei, HU Bin. MPTS-silica coated capillary microextraction on line hyphenated with inductively coupled plasma atomic emission spectrometry for the determination of Cu, Hg and Pb in biological samples［J］. Talanta, 2007, 73（2）： 372-379. DOI：10.1016/j. talanta.2007.03.060.

［15］ 申麗娟, 丁恩俊, 謝德體, 等. 電感耦合等離子體原子發射光譜法測定不同產地山銀花金屬元素主成分及其聚類分析［J］. 食品科學, 2014, 35（2）： 173-176. DOI：10.7506/spkx1002-6630-201402032.

［16］ 葉惠煊, 譚舟, 劉向前, 等. 濕法消解-原子熒光光譜法測定湘葛一號中的砷、汞、鉛［J］. 食品科學, 2014, 35（4）： 151-154. DOI：10.7506/ spkx1002-6630-201404031.

［17］ 史岷山, 符繼紅, 高晶. 原子熒光光譜法測定新疆薰衣草中的鉛、砷和汞［J］. 分析科學學報, 2014, 30（2）： 247-250. DOI：10.13526/ j.issn.1006-6144.2014.02.023.

［18］ XU Yiwei, ZHANG Wen, SHI Jiyong, et al. Microfabricated interdigitated Au electrode for voltammetric determination of lead and cadmium in Chinese mitten crab （Eriocheir sinensis）［J］. Food Chemistry, 2016, 201： 190-196. DOI：10.1016/ j.foodchem.2016.01.078.

［19］ LI Dongyue, JIA Jianbo, WANG Jianguo. Simultaneous determination of Cd（II） and Pb（II） by differential pulse anodic stripping voltammetry based on graphite nanofibers-Nafion composite modified bismuth film electrode［J］. Talanta, 2010, 83（2）： 332-336. DOI：10.1016/ j.talanta.2010.09.024.

［20］ ZHANG Pengjie, XU Guangqing, Lü Jun, et al. Fabrication of Au nanowire array for anodic stripping voltammetry determination of trace Pb2+ions［J］. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2012, 685：91-96. DOI：10.1016/j.jelechem.2012.08.033.

［21］ WANG Yang, LIU Zaiqing, HU Xiaoya, et al. On-line coupling of sequential injection lab-on-valve to differential pulse anodic stripping voltammetry for determination of Pb in water samples［J］. Talanta, 2008, 77（3）： 1203-1207. DOI：10.1016/j.talanta.2008.08.033.

［22］ 焦志良, 張旭, 陳為亮, 等. 微分脈沖伏安法測定高鉛氯鹽溶液中錫［J］. 冶金分析, 2014, 34（5）： 15-19. DOI：10.13228/ j.issn.1000-7571.2014.05.003.

［23］ 孔會民, 龍海珍, 李祥業. 示波極譜法連測4%～8%品位的鉛鋅［J］.長春工業大學學報（自然科學版）, 2010, 31（4）： 90-93. DOI：10.15923/ j.cnki.cn22-1382/t.2010.01.010.

［24］ 陳如意, 張朋樂, 廖森梁, 等. 電化學法控制聚吡咯/α-磷酸鋯/碳氈電極去除水中低濃度鉛離子［J］. 電化學, 2015, 21（4）： 344-352. DOI：10.13208/j.electrochem.150210.

［25］ MENG Fanyun, WEI Yingqin, LU Heng, et al. Simultaneous analysis of Cu and Pb as ABEDTA complexes in Rhizoma coptidis by capillary electrophoresis coupled with solid phase extraction［J］. Chinese Chemical Letters, 2012, 23（5）： 591-594. DOI：10.1016/ j.cclet.2012.03.009.

Fast Determination of Lead in Flour Foods by Resonance Rayleigh Scattering Method with Cetyltrimethyl Ammonium Bromide （CTMAB） as Sensitizer

PANG Xiangdong, JIANG Hong*, LIAO Chongmei, SHI Wenbing, QIN Ai
（Chongqing Key Laboratory of Inorganic Special Functional Materials, School of Chemistry a nd Chemical Engineering, Yangtze Normal University, Chongqing 408100, China）

In the presence of surfactant cetyl trimethyl ammonium bromide and an acidic Tris-hydrochloric acid buffer medium, chrome azurol S can be bound with lead （Ⅱ） to form a new product, which leads to a distinctly enhanced resonance Rayleigh scattering （RRS） and the appearance of a new RRS spectrum. The maximum RRS peak was located at 369 nm. The mass concentration of lead （Ⅱ） in the range of 0.002 to 0.35 mg/L was directly proportional to the RRS intensity （ΔIRRS） of system with the limit of quantitation （LOQ） being 0.024 mg/kg. Therefore, a rapid, accurate and sensitive new RRS method for quantifying lead （Ⅱ） was successfully developed. The optimal reaction conditions and resonance Rayleigh scattering spectral characteristics were investigated. The method can be used for rapid determination of lead in commercial pastas.

cetyl trimethyl ammonium bromide； chrome azurol S； lead； fl our foods； resonance Rayleigh scattering

10.7506/spkx1002-6630-201620031

O657.39

A

1002-6630（2016）20-0183-04

龐向東, 江虹, 廖重梅, 等. CTMAB增敏共振瑞利散射法快速測定面制食品中的Pb［J］. 食品科學, 2016, 37（20）： 183-186.

DOI：10.7506/spkx1002-6630-201620031. http：//www.spkx.net.cn

PANG Xiangdong, JIANG Hong, LIAO Chongmei, et al. Fast determination of lead in flour foods by resonance Rayleigh scattering method with cetyltrimethyl ammonium bromide （CTMAB） as sensitizer［J］. Food Science, 2016, 37（20）： 183-186.（in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/spkx1002-6630-201620031. http：//www.spkx.net.cn

2016-01-11

重慶市教委科技基金項目（KJ1401226）；長江師范學院科技基金項目（2015CXX079）；國家自然科學基金面上項目（21275021）

龐向東（1962—），男，副教授，學士，研究方向為分子光譜分析。E-mail：cspxdfxsch123456@163.com

江虹（1956—），女，教授，學士，研究方向為分子光譜分析。E-mail：jianghongch@163.com