介紹一個(gè)分析化學(xué)研究型教學(xué)實(shí)驗(yàn)
——食品中微量鋁含量的測(cè)定

賈濤王永鵬張楠馬安潔王英華

(1吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院2006級(jí) 吉林長(zhǎng)春130012;2吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院 吉林長(zhǎng)春130012)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)

介紹一個(gè)分析化學(xué)研究型教學(xué)實(shí)驗(yàn)
——食品中微量鋁含量的測(cè)定

賈濤1王永鵬1張楠1馬安潔2王英華2

(1吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院2006級(jí) 吉林長(zhǎng)春130012;2吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院 吉林長(zhǎng)春130012)

介紹以鉻天青S為顯色劑，在表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨存在下，測(cè)試食品中微量鋁的含量。討論了測(cè)試體系的酸度、表面活性劑用量對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響及樣品預(yù)處理技術(shù)。推薦該實(shí)驗(yàn)作為低年級(jí)本科生的分析化學(xué)研究型教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

為了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神，在基礎(chǔ)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)中增設(shè)了研究型實(shí)驗(yàn)，并實(shí)施開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)。用分光光度法測(cè)定油條、粉條等食品中微量鋁的含量是學(xué)生根據(jù)自己的興趣自選的實(shí)驗(yàn)題目之一。鋁是地殼中儲(chǔ)量豐富的金屬元素，被廣泛用于日常生活，但在給人們帶來(lái)方便的同時(shí)，鋁的潛在毒性也給人們健康帶來(lái)危害。世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(WHO/ FAO)于1989年正式將鋁確定為食品污染物加以控制，我國(guó)也于1994年提出了面制食品中鋁的限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)［1］。學(xué)生在查閱資料［1-4］基礎(chǔ)上，將自己所掌握的分析化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能用于食品分析和公共健康等領(lǐng)域，通過(guò)對(duì)最佳實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)際樣品預(yù)處理及實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證等方面進(jìn)行初步的探索與研究而設(shè)計(jì)了食品中微量鋁的測(cè)定這一實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生了解科學(xué)研究的基本步驟和途徑，培養(yǎng)學(xué)生科技文獻(xiàn)查閱能力和知識(shí)的運(yùn)用能力以及獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并驗(yàn)證其準(zhǔn)確性的能力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還可以掌握一些食品樣品預(yù)處理技術(shù)，提高數(shù)據(jù)處理能力和科技寫(xiě)作能力。

1 實(shí)驗(yàn)原理

在適宜pH條件下，鋁與鉻天青S(CAS)及表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)形成三元膠束絡(luò)合物［4］(圖1)。其最大吸收波長(zhǎng)為624nm，ε=5.9×104L·mol－1·cm－1，具有較高的靈敏度。

圖1 Al3+與CAS、CTMAB形成三元膠束絡(luò)合物

2 試劑與儀器

2.1 儀器

UV-1700微量紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(日本島津公司)，pHS-3C型精密pH計(jì)。

2.2 試劑

1mg/mL鋁標(biāo)準(zhǔn)貯備液(用硫酸配制):準(zhǔn)確稱取0.1000g鋁粉(99.99%)于塑料燒杯中，加蒸餾水約10mL，再加5mL NaOH(10%)使其溶解。待鋁粉完全溶解后，加入濃H2SO4溶液1.0mL，充分反應(yīng)后移入250mL燒杯中，加熱煮沸使溶液澄清，冷卻至室溫，移入100mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，混勻;硫酸溶液(1:1和1%(體積比));CTMAB溶液(0.5g/L);抗壞血酸溶液(10g/L);鉻天青S溶液(1.5g/L);乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH=5.5);NaOH溶液(0.12mol/L);Al2O3(光譜純);巖石管理樣。

3 實(shí)驗(yàn)方法

分取一定量的樣品溶液于25mL容量瓶中，依次加入1.00mL 1%的硫酸溶液，4.00mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，1.00mL 10g/L抗壞血酸溶液，1.00mL 0.5g/L CTMAB溶液，1.00mL 1.5g/L鉻天青S溶液，用蒸餾水稀至刻度，搖勻。室溫放置20min后，用1cm比色皿在624nm波長(zhǎng)下，以試劑空白為參比，測(cè)其吸光度值。

4 結(jié)果與討論

4.1 CTM AB用量的選擇

取6個(gè)25mL容量瓶，分別加入1.00mL 5μg/mL鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，1.00mL 1%的硫酸溶液，4.00mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，1.00mL 10g/L抗壞血酸溶液，0.00、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40mL 0.5g/L CTMAB溶液，1.00mL 1.5g/L鉻天青S溶液，用蒸餾水稀至刻度，搖勻。室溫放置20min后，用1cm比色皿，以試劑空白作參比(不加CTMAB和Al3+，其他按實(shí)驗(yàn)方法)，在500～700nm之間掃描。結(jié)果表明，隨CTMAB加入，絡(luò)合物最大吸收峰紅移了約90nm，靈敏度提高近3倍。當(dāng)CTMAB加入1.00mL時(shí)，絡(luò)合物吸光度達(dá)到最大值且穩(wěn)定，此時(shí)最大吸收波長(zhǎng)為624nm(圖2)，ε=5.9×104L·mol－1·cm－1。當(dāng)CTMAB加入量大于1.00mL時(shí)，顯色體系易出現(xiàn)渾濁，實(shí)驗(yàn)方法選擇CTMAB加入量為1.00mL。

4.2 pH的影響

取8個(gè)25mL容量瓶，分別加入1.00mL 5μg/mL鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，1.00mL 1%的硫酸溶液，0.12mol/L的NaOH溶液1.00、3.80、4.10、4.15、4.20、4.22、4.25、4.30mL，再加入1.00mL抗壞血酸、1.00mL CTMAB、1.00mL鉻天青S溶液，用蒸餾水稀至刻度，搖勻。上述8份溶液的pH分別為:2.37、3.86、4.87、5.32、5.91、6.81、7.11、7.70。室溫放置20min后，用1cm比色皿在624nm波長(zhǎng)下，以試劑空白為參比，測(cè)其吸光度值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，pH為5.2～6.8是體系最適宜的酸度范圍(圖3)。

4.3 工作曲線及線性范圍

移取0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50mL 5μg/mL的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別置于7個(gè)25mL容量瓶中，以下同實(shí)驗(yàn)方法，得到濃度分別為0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70μg/mL的溶液。以鋁的濃度為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鋁濃度在0.10～0.40μg/mL范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，其回歸方程為y=1.15x+0.0135，相關(guān)系數(shù)r=0.998。

圖2 CTMAB用量的選擇

圖3 pH選擇

4.4 樣品預(yù)處理及樣品分析

稱取一定量油條、粉條樣品于蒸發(fā)皿中(n=5，每個(gè)樣品平行做5份)，置于煤氣燈上碳化、灰化完全，放入馬弗爐中，600℃灼燒2h。取出冷卻，將樣品轉(zhuǎn)移至石墨坩堝中，加入0.6g KOH，混勻。將石墨坩堝置于馬弗爐中，由室溫升至200℃，保持10min，待樣品熔融后，將溫度升至400℃，灼燒20min。取出冷卻，加少量蒸餾水，逐滴加入0.6mL 1:1的硫酸并不斷攪拌，補(bǔ)加8～9滴1%的硫酸溶液。過(guò)濾，濾液用250mL容量瓶盛接，定容，搖勻。適量移取上述試液于25mL容量瓶中，以下同實(shí)驗(yàn)方法，結(jié)果見(jiàn)表1。所測(cè)試樣品中w(Al3+)均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(0.0100%)。

4.5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

油條等食品經(jīng)灼燒后，其中的鋁應(yīng)為Al2O3，在樣品處理過(guò)程中，將Al2O3完全轉(zhuǎn)變?yōu)锳l3+是關(guān)鍵步驟。為此本文做了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，稱取Al2O3基準(zhǔn)物0.2500g(n=3，平行做3份)，按4.4中的樣品預(yù)處理及實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行分析測(cè)試。分析結(jié)果平均值ˉw(Al2O3)=100.1%，與基準(zhǔn)物質(zhì)的理論值相比，相對(duì)誤差為0.1%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明樣品預(yù)處理方法是可行的。為驗(yàn)證方法的可靠性，用巖石管理樣品做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。稱取0.5000g試樣(n=3，平行做3份)于石墨坩堝中，以下同4.4中的樣品預(yù)處理和實(shí)驗(yàn)方法。測(cè)得巖石樣品中ˉw(Al2O3)=15.81%，與參考值ˉw (Al2O3)=16.41%相比，相對(duì)誤差為－3.6%，結(jié)果偏低，這可能是由于此巖石樣品基體復(fù)雜，Al2O3含量較高，屬于常量分析范圍，采用光度法(方法本身誤差為2% ～5%)測(cè)量造成了較大誤差。盡管如此，對(duì)于食品中微量鋁含量的測(cè)定，該法是完全適用的。

表1 油條、粉條中Al3+含量分析結(jié)果

5 教學(xué)效果討論

本文介紹了一個(gè)將分析化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)與食品分析相結(jié)合的研究性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生自由組合，協(xié)同合作，發(fā)揮集體的智慧，成為實(shí)驗(yàn)的主人。教師和講義不再是學(xué)生獲取知識(shí)的主要來(lái)源，他們可以利用學(xué)校圖書(shū)館、校園網(wǎng)絡(luò)查閱參考書(shū)，汲取自己所需要的知識(shí)和收集參考資料。學(xué)生在廣泛查閱資料的基礎(chǔ)上，運(yùn)用所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，經(jīng)歷了知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的過(guò)程，運(yùn)用知識(shí)能力得到提高。學(xué)生帶著自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中遇到問(wèn)題可以相互討論、互相啟發(fā)。這一過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生解決問(wèn)題的能力，可使他們體會(huì)到創(chuàng)新的樂(lè)趣，對(duì)學(xué)習(xí)化學(xué)更有自信。

此實(shí)驗(yàn)在吉林大學(xué)經(jīng)兩年基礎(chǔ)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，有良好的教學(xué)效果。

［1］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 15202-94.面制食品中鋁限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn).北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997

［2］ 武漢大學(xué).分析化學(xué)實(shí)驗(yàn).第4版.北京:高等教育出版社，1999

［3］ 王林，蘇德昭，王永芳，等.中國(guó)食品衛(wèi)生雜志，1996，8(2):1

［4］ 劉凡，張?jiān)?樂(lè)山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，21(12):45