麗春紅S探針雙波長吸收光譜法測定食品中的Cu

江虹,吳征真,王芳,冉純民,曾慶瑞,程乙真

(長江師范學院 化學化工學院，武陵山片區綠色發展協同創新中心，重慶，408100)

Cu是人們熟知的一種金屬元素，廣泛存在于日常用品中。人體中的Cu主要來源于日常飲食，如蛋糕、面包、餅干、面條、豆制品以及奶制品等，尤其是嬰兒配方奶粉、幼兒配方奶粉及兒童配方奶粉等系列奶制品在加工過程中都補充了一定量的礦物質元素；由于Cu對人體健康有著重要作用，它是人體內多種氧化還原酶的成分，參與人體造血，在造血過程中若缺少Cu，人體內的鐵元素就不能合成血紅蛋白，造血機能就會受到影響，由此就會出現缺Cu性貧血；除此之外，人體缺Cu，還會引起頭暈、眼花、耳鳴、乏力、冠心病、糖尿病等疾病。若人體內Cu過量，則會引起惡心、嘔吐、上腹疼痛、肝臟受損等[1]。而食品在生產加工過程中，可能因使用Cu器設備或環境污染而帶入一定量Cu。鑒于此，對食品中Cu的研究有著重要意義。

目前，國內外對Cu的檢測方法主要有：原子吸收法[2-5]，電化學法[6-9]，熒光法[10-12]，電感耦合等離子體質譜法[13-15]和紫外-可見分光光度法[16-19]等。原子吸收法有較高的準確度，但所用儀器偏貴，分析成本偏高。電化學法、熒光法及電感耦合等離子體質譜法，要么分析成本高不易普及，要么選擇性欠佳或條件要求較苛刻等。而分光光度法由于操作簡便，儀器價廉，可普及到一般實驗室，因此長期以來，這種方法受到人們的喜愛而得到不斷的發展。雖然用紫外-可見分光光度法對金屬離子的研究較多，而對Cu的研究較多的是采用催化光度法、萃取光度法及三元絡合光度法，它們的靈敏度一般較低，如文獻[17] 的靈敏度(κ)只有7.95×103L/(mol·cm)，文獻[18] 的靈敏度(κ)只有1.29×103L/(mol·cm)。鑒于此，本工作以酸性染料麗春紅S為探針，在可見光區采用二元反應雙波長吸收光譜法來研究餅干、面條與奶粉中Cu含量的定量檢測方法，本法比一般紫外-可見分光光度有更高的靈敏度，且操作更簡單，所用試劑更少，目前尚未見文獻報道。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

麗春紅S(99%)，成都貝斯特試劑有限公司；Cu(NO3)2·3H2O(99.9%)，國藥集團化學試劑有限公司；三羥甲基氨基甲烷(99.9%)，齊一生物科技(上海)有限公司；HCl(AR)，重慶川東(化工)集團有限公司；HNO3(99%)，成都化夏化學試劑有限公司；三乙醇胺(≥99.5%)，上海麥克林生化科技有限公司；兒童營養餅干(1 #)、面條(2 #)、幼兒配方奶粉(3 #～4#),市售。

麗春紅S(ponceau S，簡寫為POS)溶液：稱取適量麗春紅S，用水溶解后，配成1.00×10-3mol/L；Cu(Ⅱ) 標準溶液：準確稱取適量的Cu(NO3)2·3H2O用水溶解后配成63.55 mg/L 貯備液，取此液稀釋10倍即為操作液；緩沖溶液：將0.20 mol/L Tris(三羥甲基氨基甲烷)溶液與0.10 mol/L鹽酸混合，攪拌，用酸度計測定，配成pH 3.5～9.5 的溶液；HNO3溶液(V(HNO3)∶V(水)=1∶1,簡稱1∶1硝酸)；三乙醇胺溶液(三乙醇胺與水的體積比為1∶2)；水為超純水。

1.2 儀器與設備

U-4100型紫外-可見-近紅外分光光度計，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；EL104型電子天平，上海精密儀器儀表有限公司。SX-4-10高溫爐，蘇州江東精密儀器有限公司。

1.3 樣品處理

用固定質量稱量法在電子天平上快速、準確稱取已搗碎、混勻、并按四分法縮分的樣品(1 #～4 #)各10.000 0 g(允許誤差±0.000 1 g)，置于各瓷坩堝中，在電爐上低溫加熱至樣品完全炭化，再調溫至500～550 ℃，灼燒灰化約5 h，待冷卻后取出坩堝，加2.0 mL HNO3溶液潤濕灰分，再低溫加熱蒸干后，調溫至500～550 ℃，繼續灼燒約2 h，待冷卻后取出坩堝，再加2.0 mL HNO3溶液，加水8 mL，攪拌，低溫加熱，待灰分完全溶解后，冷卻，過濾，濾液收集于100 mL 容量瓶中，加三乙醇胺溶液(V(三乙醇胺)∶V(水)=1∶2)3.0 mL，用超純水稀至刻度，即為待測液。

1.4 實驗方法

用移液管準確移取3.50 mL 1.00×10-3mol/L 麗春紅S溶液于10 mL 具塞比色管中，再加入1.00 mL pH 6.86 Tris-鹽酸緩沖溶液和適量的6.355 mg/L Cu(Ⅱ) 標準溶液(或樣液)，用水稀至10 mL 刻度，搖勻，15 min 后，在U-4100型紫外-可見-近紅外分光光度計上，以試劑空白作參比，掃描吸收光譜，以510 nm作參比波長，445 nm作測定波長，采用雙波長法測定體系的吸光度值A。

2 結果與討論

2.1 麗春紅S-Cu(Ⅱ) 的吸收光譜特征

圖1是可見光區Cu(Ⅱ)和麗春紅S的吸收光譜圖。曲線1表明，Cu(Ⅱ)在可見光區幾乎無吸收；曲線2則表明麗春紅S溶液在可見光區有強吸收，最大吸收波長位于500 nm；當在麗春紅S 的弱酸性溶液中加入適量Cu(Ⅱ)溶液后，光譜曲線上出現了1個明顯的正吸收峰和1個明顯的負吸收峰，最大正吸收波長位于445 nm，紫移55 nm，最大負吸收波長位于510 nm，紅移10 nm，在此二波長處，隨著Cu(Ⅱ)溶液濃度的增加，正、負吸光度的絕對值不斷增大。由于麗春紅S在溶液中，其分子結構上的4個Na+可離解，離解后變成含4個磺酸根的陰離子，于是便與Cu(Ⅱ)以靜電引力結合生成二元離子締合物。從波移現象和反應機理可知，麗春紅S和Cu(Ⅱ)在弱酸性的Tris-鹽酸介質中確實生成了新物質，且Cu(Ⅱ)在一定質量濃度范圍內與正吸收和負吸收的吸光度絕對值呈線性關系，服從朗伯-比爾定律。當用雙波長法測定時(以510 nm為參比波長，445 nm為測定波長)，由于吸光度的加和性，用雙波法測定的吸光度與Cu(Ⅱ)的濃度間仍存在線性關系，服從朗伯-比爾定律，且雙波長的靈敏度約為單波長的1.4～3.4倍。故單波長正吸收法、負吸收法及雙波長法均可用于Cu(Ⅱ)的定量分析。

1.0.636 mg/L Cu(Ⅱ), 水作參比; 2. 2.00×10-5 mol/L麗春紅S,水作參比; 3～7. (0.318, 0.636, 0.953,1.27, 1.59 mg/L)Cu(Ⅱ)-3.50×10-4 mol/L麗春紅S,試劑空白作參比; pH 6.86圖1 吸收光譜Fig.1 The absorption spectra

2.2 反應的適宜條件

2.2.1 溶液pH的選擇

室溫下，考察了用單波長法(正吸收法和負吸收法)及雙波長法測定時，在不同pH值的緩沖溶液中對麗春紅S-Cu(Ⅱ)體系吸光度絕對值(│A│)的影響(圖2)。

圖2 pH值對│A│的影響Fig.2 Effect of buffer pH on │A│

圖2表明，溶液的pH值為6.8時，無論用單波長法測定還是用雙波長法測定，均有較高靈敏度，其│A│ 相對較大；而正吸收法、負吸收法及雙波長法比較，又以雙波長法的靈敏度為最高。故實驗選用雙波長法測定，用pH 6.86的Tris-鹽酸溶液。繼而考察了不同用量的pH 6.86溶液對麗春紅S-Cu(Ⅱ)體系吸光度絕對值(│A│)的影響，結果表明，適宜用量為1.00 mL。

2.2.2 麗春紅S溶液濃度的選擇

室溫下，考察了用單波長法(正吸收法和負吸收法)及雙波長法測定時，在10 mL比色管中，麗春紅濃度為(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0)×10-4mol/L 時對麗春紅S-Cu(Ⅱ) 體系吸光度絕對值(│A│)的影響(圖3所示)。結果表明，麗春紅S溶液的濃度為3.50×10-4mol/L 時，無論用單波長法還是用雙波長法測定，其吸光度絕對值均最大，靈敏度最高；而單波長法和雙波長法比較，又以雙波長法的靈敏度為最高。故實驗選用雙波長法測定，用1.00×10-3mol/L 麗春紅S溶液3.50 mL。

圖3 麗春紅S溶液濃度對│A│的影響Fig.3 Effect of ponceau S concentration on │A│

2.2.3 試劑加入順序的選擇

室溫下，考察了用單波長法(正吸收法和負吸收法)及雙波長法測定時，各物質不同加入順序對麗春紅S-Cu(Ⅱ) 體系吸光度絕對值(│A│)的影響。結果為：按麗春紅S 溶液、緩沖溶液、Cu(Ⅱ) 溶液順序加入時，│A│分別為0.085(正吸收法)、0.20(負吸收法)和0.29(雙波長法)；而按其他順序加入各試劑時，無論是單波長法還時雙波長法其│A│均較前者小；因此，按前述順序加入各試劑溶液，其靈敏度相對較高，而單波長法和雙波長法相比較，又以雙波長法測定的靈敏度更大。故實驗用雙波長法測定，按最佳順序加入各試劑。

2.2.4 反應時間及穩定性

室溫下，考察了用單波長法(正吸收法和負吸收法)及雙波長法測定時，反應時間對麗春紅S-Cu(Ⅱ)體系吸光度絕對值(│A│)的影響，圖4所示。結果表明，麗春紅S與Cu(Ⅱ)的反應，在15 min內即可完全，之后其穩定時間約1.5 h。實驗選在15 min后進行。

圖4 時間對│A│的影響Fig.4 Effect of time on │A│

2.3 標準曲線及相關參數

按實驗方法，在數支比色管中分別加入一定體積的Cu(Ⅱ)標準溶液，使其在10 mL比色管中的濃度分別為0.318、0.636、0.953、1.27、1.59 mg/L，再加入其他各試劑溶液，掃描Cu(Ⅱ)的標準系列溶液，作單波長正吸收法、負吸收法及雙波長法的A-ρ標準曲線，如圖5所示。根據檢出限及標準曲線，即可求得線性范圍。該方法的一元線性回歸方程、回歸系數、線性范圍、表觀摩爾吸光系數及定量限等列于表1。

圖5 Cu(Ⅱ)的標準曲線Fig.5 Standard curve of copper(Ⅱ)

2.4 共存物質的影響

表1 標準曲線相關參數

2.5 樣品分析

取1.3節中制得的待測樣液1#～3#各3.00 mL，4# 2.00 mL，按實驗方法分別配制溶液并用雙波長法測定各樣液中Cu(Ⅱ)的含量，最后推至原始樣品中所含Cu的量，各平行測定5份。同時做加標回收試驗(各水平分別平行測定5份)，以判斷該法的準確度。結果見表2。

表2 樣品分析結果及回收試驗(n=5) Table 2 Analytical results and recovery tests of samples(n=5)

表2表明，本法測定結果與GB/T 5009.13—2003(AAS法)基本一致。從回收率(97.9%～102%)和相對標準偏差(2.5%～2.8%)看，本方法有較高的準確度和精密度。

3 結論

以麗春紅S為探針，采用雙波長可見吸收光譜法測定Cu的含量，方法簡便，試劑用量少，有較高的準確度、精密度及較高的靈敏度，線性范圍較寬，方法適于面制品和配方奶粉中Cu含量的快速測定。

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