催化動力學(xué)分光光度法測定粉絲中的微量鉻

楊慧，劉俊華，丁良，李靜濱，郝天云

（1.河北大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北保定 071000；2.河北大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，河北保定 071000）

催化動力學(xué)分光光度法測定粉絲中的微量鉻

楊慧1，劉俊華1，丁良1，李靜濱1，郝天云2

（1.河北大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，河北保定 071000；2.河北大學(xué)中醫(yī)學(xué)院，河北保定 071000）

在醋酸-醋酸鈉緩沖介質(zhì)中，Cr（Ⅵ）對過氧化氫氧化茜素綠褪色反應(yīng)有催化作用，據(jù)此建立了茜素綠的催化動力學(xué)分光光度法測定Cr（Ⅵ）的新方法。詳細考察了反應(yīng)酸度、溫度、茜素綠用量、過氧化氫用量及濃度以及反應(yīng)時間等對反應(yīng)體系的影響，確定了催化褪色反應(yīng)的最佳條件。最佳測定波長為610 nm，檢出限為1.41×10-2μg/mL，線性范圍為0.01 μg/mL～0.60 μg/mL，用于粉絲和實驗室自來水中Cr（Ⅵ）含量的測定，結(jié)果與二苯碳酰二肼分光光度法測定結(jié)果相近，平均回收率分別為99.8%、98.94%，結(jié)果滿意。

關(guān)鍵詞：鉻（Ⅵ）；催化動力學(xué)光度法；茜素綠

隨著食品質(zhì)量問題頻頻被媒體曝光，直接導(dǎo)致了食品安全問題成為人們最關(guān)心的熱門話題。食品安全關(guān)系到全人類的生活、生存、延續(xù)，是人類發(fā)展的一個重要課題。鉻既是人體必須的微量元素，又是一種毒性元素。三價鉻是人體必需的有益元素，是“葡萄精耐量因子”的重要成分[1]，對于人體的生長發(fā)育起著促進作用。六價鉻則是一種有毒物質(zhì)，可引起肝、腎病變，長期攝入會引起扁平上皮癌、腺癌、肺癌等[2]，具有致癌并誘發(fā)基因突變的作用，被毒理學(xué)家公認(rèn)為致癌物。近年來，在食品及藥用包材加工過程中，原材料和加工器械對產(chǎn)品的污染機會逐漸增多。因此，對食品、藥用包材及原料中的鉻進行分離富集并進行形態(tài)分析具有重要的意義。

目前常用的六價鉻的測定方法有：分光光度法[3]、原子光譜法[4]、極譜法[5]PBA光纖化學(xué)傳感器[6]等。分光光度法測定鉻的研究主要集中在顯色劑[7]和表面活性劑[8]以及酸堿介質(zhì)的選擇上。催化動力學(xué)光度法是在普通光度法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種具有儀器價廉、靈敏度高、操作簡便、分析成本低等優(yōu)點的分析方法[9]。顯色劑的種類主要有：偶氮類、苯基熒光酮類、二安替比林甲烷類和三苯甲烷類等。本方法基于在酸性條件下[10]，鉻（Ⅵ）對過氧化氫氧化茜素綠褪色的催化作用建立了催化動力學(xué)光度法測定微量鉻的新方法，并用以測定粉絲中的微量鉻。

1 材料與方法

1.1 儀器和材料

1.1.1 儀器

TU-1901紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；KQ3200B型超聲波清洗儀：昆山市超聲儀器有限公司；恒溫水浴鍋：北京醫(yī)療設(shè)備廠；分析天平：賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司。

1.1.2 試劑

1 mg/mL茜素綠溶液（阿拉丁試劑）：上海有限公司；1 mg/mLCr（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液：天津市大茂化學(xué)試劑廠，稱量前至于烘箱中105℃烘干2 h，使用時稀釋為10 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液；pH5.4醋酸-醋酸鈉緩沖溶液；3%過氧化氫溶液所用試劑均為分析純，試驗用水為蒸餾水。

1.1.3 樣品

粉絲：龍口龍須粉絲有限公司，生產(chǎn)批號：GB｜T 19048；河北大學(xué)實驗室自來水。

1.2 操作方法

1.2.1 工作曲線的繪制

分別吸取10 μg/mL的Cr（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)工作溶液0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL 于標(biāo)號 0-6 的 25 mL 具塞比色管中，依次加入5.0 mL醋酸-醋酸鈉緩沖溶液，1.0 mL過氧化氫溶液，2.0 mL茜素綠溶液，再分別加入蒸餾水 7.0、6.9、6.8、6.7、6.6、6.5、6.4 mL，使各體系定容至15 mL，搖勻，置于80℃水浴加熱50 min。在分光光度計上，以蒸餾水為參比，測定各管試劑在波長610 nm處的吸光度值，并記錄數(shù)值A(chǔ)0～A6。分別計算ΔA1=A0-A1，ΔA2=A0-A2，ΔA3=A0-A3，ΔA4=A0-A4，ΔA5=A0-A5，ΔA6=A0-A6。以ΔA～Cr（Ⅵ）用量（mL）繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，求出回歸方程。緩沖液pH，茜素綠用量，過氧化氫用量和反應(yīng)時間及溫度等實驗條件均需經(jīng)試驗優(yōu)化。

1.2.2 樣品預(yù)處理

采用高壓密閉消解法處理粉絲[11]。

1.2.3 樣品測定

粉絲中Cr（Ⅵ）的測定：移取樣品溶液1 mL于25 mL比色管中，用NaOH調(diào)pH至5.4，按照1.2.1的實驗條件測定波長610 nm處的吸光度值，并計算ΔA，根據(jù)工作曲線的線性回歸方程計算粉絲中Cr（Ⅵ）的含量。

實驗室自來水中Cr（Ⅵ）的測定：移取樣品溶液5 mL于25 mL比色管中，按照1.2.1的試驗條件測定波長610 nm處的吸光度值，并計算ΔA，根據(jù)工作曲線的線性回歸方程計算實驗室自來水中Cr（Ⅵ）的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗條件的選擇

2.1.1 測定波長的選擇

在醋酸-醋酸鈉緩沖體系中，以水為參比，分別對過氧化氫、鉻（Ⅵ）和茜素綠混合溶液以及鉻（Ⅵ）和茜素綠混合溶液進行測定，分別測定在590、600、610、620、630 nm波長處的吸光度值。如表1。

表1 波長的選擇Table 1 Wavelength selection

可見鉻（Ⅵ）對過氧化氫氧化茜素綠褪色反應(yīng)有催化作用，其最佳測定波長是610 nm。

2.1.2 過氧化氫用量選擇

3%過氧化氫溶液用量對吸光度測定結(jié)果的影響。不同過氧化氫溶液用量下體系的吸光度差值見表2。

表2 過氧化氫用量的影響Table 2 Effect of hydrogen peroxide dosage

由表2可以看出，過氧化氫用量在0.5 mL～3 mL范圍內(nèi)效果較明顯，且在過氧化氫用量為1 mL時體系的吸光度差值最大，即褪色能力最強，所以實驗選擇過氧化氫用量為1 mL。

2.1.3 茜素綠用量選擇

考察了茜素綠用量的影響。由實驗結(jié)果表明茜素綠用量范圍在1.5 mL～2.1 mL范圍內(nèi)吸光度差值較大且相對穩(wěn)定，所以實驗確定茜素綠的加入量為2.0 mL。見表3。

表3 茜素綠用量的影響Table 3 Effect of alizarin green dosage

2.1.4 緩沖液pH選擇

不同pH的緩沖溶液對吸光度差值的影響見表4。

表4 緩沖液pH的影響Table 4 Effect of buffer solution pH dosage

可以看出，緩沖液的pH對體系吸光度差值影響十分顯著。體系在pH5.4時吸光度差值最大，所以實驗確定緩沖液的pH為5.4。

2.1.5 反應(yīng)溫度優(yōu)化

分別選用25、50、80℃反應(yīng)進行試驗，測定吸光度值，并計算ΔA?？疾炝朔磻?yīng)溫度對體系的影響。試驗結(jié)果表明，反應(yīng)溫度越高，吸光度差值越大。綜合考慮反應(yīng)效率和安全問題，所以采用80℃反應(yīng)。

2.1.6 反應(yīng)時間優(yōu)化

考察反應(yīng)時間對體系的影響。結(jié)果見圖1。

圖1 反應(yīng)時間的影響Fig.1 Effect of time

由圖1可以看出，隨反應(yīng)時間的增長，體系的吸光度差值逐漸增大，并趨于穩(wěn)定。綜合考慮反應(yīng)體系的整體反應(yīng)時間和反應(yīng)的穩(wěn)定性，確定反應(yīng)時間是50 min。

2.2 工作曲線

按照試驗方法繪制工作曲線，結(jié)果見圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線Fig.2 Working curve

當(dāng)鉻（Ⅵ）含量為 0 μg/15 mL～6 μg/15 mL 時和吸光度差值成正比，線性關(guān)系良好，線性回歸方程為ΔA=0.02789+1.09607V，V 是濃度為 10 μg/mL 的鉻（Ⅵ）的體積。相關(guān)系數(shù)r為0.99713。鉻（Ⅵ）含量計算：m（μg）=V×10 μg/mL。

2.3 干擾離子的影響

在實驗條件下測定2 μg的鉻（Ⅵ），當(dāng)測定的的相對誤差不大于±5%時，以下物質(zhì)不干擾測定（以倍數(shù)計）：K+、Na+、Cl-、NO3-、NO2-（1 000）；Ca2+（500）；Fe3+（20）；Cu2+（10）；Hg2+（5）。

2.4 樣品分析結(jié)果

2.4.1 粉絲樣品分析

2.4.1.1 樣品測定結(jié)果

按照實驗方法測定粉絲樣品中的鉻（Ⅵ），樣品加入量為1 mL。并將結(jié)果與二苯碳酰二肼光度法（國標(biāo)法）進行比較，結(jié)果見表5（平行進行六次測定）。

表5 樣品測定結(jié)果Table 5 Results of sample determination

本方法測得樣品中平均鉻（Ⅵ）含量為1.1337μg/g。方法的相對標(biāo)準(zhǔn)差為0.28%，精密度較高。與國標(biāo)法比較，相對誤差為0.56%，準(zhǔn)確度較高。

2.4.1.2 回收率測定結(jié)果

分別向每一樣品中加入2 mL濃度為10 μg/mL的鉻（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液進行測定，見表6。

計算平均回收率為99.9%。

表6 回收率測定結(jié)果Table 6 Results of recovery determination

由樣品分析結(jié)果表5和表6可知，測定的相對誤差在±5%以內(nèi)，回收率為99.9%，方法操作簡便，具有較好的準(zhǔn)確性，精密性和選擇性，是測定粉絲樣品中鉻（Ⅵ）的一種切實可行的方法。

2.4.2 實驗室自來水樣品分析

2.4.2.1 樣品測定結(jié)果

按照實驗方法測定實驗室自來水樣品中的鉻（Ⅵ），樣品加入量為5 mL。并將結(jié)果與二苯碳酰二肼光度法（國標(biāo)法）進行比較，結(jié)果見表7（平行進行六次測定）。

表7 樣品測定結(jié)果Table 7 Results of sample determination

本方法測得樣品中平均鉻（Ⅵ）含量為0.031 22 μg/mL。方法的相對標(biāo)準(zhǔn)差為0.12%，精密度較高。與國標(biāo)法比較，相對誤差為0.978%，準(zhǔn)確度較高。

2.4.2.2 回收率測定結(jié)果

分別向每一樣品中加入適量的鉻（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液進行測定，計算回收率，結(jié)果見表8。

表8 回收率測定結(jié)果Table 8 Results of recovery determination

由樣品的測定結(jié)果可知，回收率為99%，方法具有較好的準(zhǔn)確性。能夠滿足測定要求，可用于水中微量鉻的測定。

3 結(jié)論

本方法采用高壓密閉消解法處理粉絲粉絲，通過大量試驗及分析，確立了測定微量鉻的催化動力學(xué)新方法。同時，與國標(biāo)法（二苯碳酰二肼法）作比較，比較了國標(biāo)法和本方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線，國標(biāo)法線性測定范圍為 0.012 μg/mL～1.0 μg/mL，標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率為0.007 04，相關(guān)系數(shù)r為0.999 6；本方法線性測定范圍為 0.01 μg/mL～0.60 μg/mL，標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率為1.096 07，相關(guān)系數(shù)r為0.997 13。以斜率比較方法的靈敏度，本方法高于國標(biāo)法。該方法具有靈敏度高、選擇性好，設(shè)備簡單、操作簡便的特點。方法的可操作性強，靈敏度和準(zhǔn)確度均能滿足食品和日常飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法的要求?？捎糜诙喾N食品中鉻（Ⅵ）含量的測定，有較高的應(yīng)用價值和廣泛地應(yīng)用前景。

經(jīng)本方法測定的粉絲樣品（龍口龍須粉絲有限公司 生產(chǎn)批號：GB｜T19048）鉻（Ⅵ）含量為 1.133 7 mg/kg，高出國家規(guī)定食品中鉻限量指標(biāo)（糧食≤1.0 mg/kg，豆類≤1.0 mg/kg）0.133 7 mg/kg，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)。實驗室自來水中鉻（Ⅵ）含量為0.031 22 mg/L，低于國家規(guī)定城市飲用水中鉻限量指標(biāo)（0.05 mg/L），符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

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Catalytic Kinetic Spectrophotometric Method for Determination of Trace Chromium（Ⅵ）in Vermicelli

YANG Hui1，LIU Jun-hua1，DING Liang1，LI Jing-bin1，HAO Tian-yun2
（1.College of Basic Medical Sciences，Hebei University ，Baoding 071000，Hebei，China；2.College of Traditional Chinese Medicine，Hebei University，Baoding 071000，Hebei，China）

Abstract：A new catalytic spectrophotometric method for the determination of trace Cr （Ⅵ）was developed.It is based on the fact that Cr （Ⅵ）can catalyze the fading reaction of alizarin green with catalytic oxidation in acetic acid-sodium acetate buffer.We investigated acidity， the reaction temperature， dosage of alizarin green，hydrogen peroxide dosage and concentration， and reaction time on the influence of the reaction system in detail，determined the best catalytic bleaching conditions.Best fading wavelength was 610 nm.The detection limit for Cr（Ⅵ） was 1.41×10-2μg/mL.The linear range of the determination was 0.01 μg/mL-0.60 μg/mL.The method was applied to the determination of Cr （Ⅵ） in vermicelli （preprocessed by high-pressure closed digestion）and tap water.The results were closed to that determined by 1，5-diphenylcarbazidc spectrophothmetry.The average recovery rate were 99.8%and 98.94%，with satisfactory result.

Key words：ChromiumVI； catalytic kinetic spectrophotometry； alizarin green

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.06.021

本課題受保定市科技指導(dǎo)項目（11ZF011）；河北大學(xué)自然科學(xué)研究計劃（課題號：2008Q073）資助

楊慧（1975—），女（漢），講師，碩士研究生，主要從事中草藥中有效成分及微量元素的分離與提取研究。

2013-11-27