CTMAB增敏共振瑞利散射法快速測(cè)定面制食品中的Pb

龐向東，江　虹，廖重梅，石文兵，秦　艾

（長(zhǎng)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶市無(wú)機(jī)特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 408100）

CTMAB增敏共振瑞利散射法快速測(cè)定面制食品中的Pb

龐向東，江虹*，廖重梅，石文兵，秦艾

（長(zhǎng)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶市無(wú)機(jī)特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(zhì)存在條件下，鉻天青S與Pb（Ⅱ）結(jié)合，導(dǎo)致共振瑞利散射（resonance Rayleigh scattering，RRS）顯著增強(qiáng)，并產(chǎn)生新的RRS光譜。在最大共振瑞利散射峰369 nm波長(zhǎng)處，Pb（Ⅱ）的質(zhì)量濃度在0.002～0.35 mg/L范圍內(nèi)與體系的共振瑞利散射增強(qiáng)程度（ΔIRRS）呈良好的線性關(guān)系，定量限為0.024 mg/kg。據(jù)此建立了快速、準(zhǔn)確、高靈敏的測(cè)定Pb（Ⅱ）的RRS新方法，并研究了適宜的反應(yīng)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(cè)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(duì)人體有害的金屬元素。面制食品中的Pb主要來(lái)源于食品制造、加工、容器、包裝、貯存和運(yùn)輸?shù)鹊奈廴?。如果常吃受Pb污染的食品，會(huì)因Pb在人體內(nèi)的積累引起慢性中毒，造成神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、造血系統(tǒng)、腎臟和心血管等系統(tǒng)的損傷，導(dǎo)致貧血、腦溢血、骨骼變化和智力下降等病癥。近年，Pb對(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境和人體健康已構(gòu)成較為嚴(yán)重的威脅，因此，研究食品中Pb的檢測(cè)方法有著重要意義。

目前，測(cè)定Pb的方法主要有原子吸收法［1-6］、紫外-可見(jiàn)分光光度法［7-13］、原子發(fā)射法［14-15］、原子熒光法［16-17］、電化學(xué)法［18-24］和毛細(xì)管電泳法［25］等。原子吸收法前處理麻煩、費(fèi)時(shí)，對(duì)鉛含量低的樣品需進(jìn)行預(yù)分離富集處理，所用儀器偏貴，對(duì)試劑要求高。紫外-可見(jiàn)分光光度法雖然簡(jiǎn)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?qū)嶒?yàn)條件苛刻。本實(shí)驗(yàn)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(lái)測(cè)定面制食品中Pb的含量，方法簡(jiǎn)便、快速，有很高的靈敏度（可達(dá)納克級(jí)）和良好的選擇性，方法可用于系列面制食品中Pb的測(cè)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(yáng)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(shí)驗(yàn)用水均為超純水；試劑均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

F-2500型熒光分光光度計(jì) 日本日立公司；pHS-3C精密酸度計(jì) 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(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取一定量的Pb（NO3）2于小燒杯中，加水溶解后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用水稀至刻度，搖勻，配成20.72 mg/L標(biāo)準(zhǔn)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(wú)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(jì)測(cè)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(wú)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(zhì)量稱量法準(zhǔn)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(diào)電爐上低溫加熱，待樣品炭化后，將溫度調(diào)至500 ℃灼燒灰化5 h（去除有機(jī)物和碳水化合物），放冷，取出坩堝，加2.0 mL硝酸（1+1）潤(rùn)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(guò)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(cè)液。

1.3.3RRS強(qiáng)度的測(cè)定

準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jì)上（設(shè)λEx=λEm=220 nm，測(cè)定狹縫10 nm）進(jìn)行同步掃描，得RRS光譜，記錄最大共振瑞利散射波長(zhǎng)處體系的RRS強(qiáng)度（IRRS）及試劑空白的RRS強(qiáng)度（I0），計(jì)算ΔIRRS。

2　結(jié)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(jié)合生成二元絡(luò)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(zhǎng)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(chǔ)上加入表面活性劑CTMAB，則因CTMAB對(duì)CAS有較強(qiáng)的增敏性，促使共振瑞利散射明顯增強(qiáng)（曲線5），其最大共振散射峰位于369 nm波長(zhǎng)處；在曲線5的基礎(chǔ)上，加入不同濃度的Pb（Ⅱ）溶液后，生成的三元絡(luò)合物的RRS強(qiáng)度隨著Pb（Ⅱ）溶液質(zhì)量濃度的增加而不斷增強(qiáng)，在Pb（Ⅱ）的一定質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，RRS強(qiáng)度與Pb（Ⅱ）的質(zhì)量濃度呈良好的線性關(guān)系（曲線6～12）。故方法可用于Pb（Ⅱ）的定量分析。

可能的反應(yīng)機(jī)理：CAS在水溶液中可離解出2～3 個(gè)Na+，使自身帶多個(gè)單位的負(fù)電荷，而CTMAB在溶液中可離解出Br-，使自身帶1 個(gè)單位正電荷，帶負(fù)電荷的CAS可與帶正電荷的陽(yáng)離子活性基團(tuán)作用形成帶負(fù)電荷的締合顆?；蚪j(luò)陰離子，進(jìn)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(luò)合物，體系的摩爾質(zhì)量和體積也顯著增大，從而導(dǎo)致Pb（Ⅱ）-CASCTMAB三元絡(luò)合物的RRS顯著增強(qiáng)。

2.2反應(yīng)條件的選擇

2.2.1pH值對(duì)Δ IRRS的影響

考察了Tris-HCl緩沖溶液在不同pH值時(shí)對(duì)三元體系Δ IRRS的影響（圖2）。結(jié)果表明：當(dāng)pH值小于5.2時(shí)，體系的共振瑞利散射強(qiáng)度較弱，在pH 5.8～6.8范圍內(nèi)，體系有較強(qiáng)的共振瑞利散射強(qiáng)度，且Δ IRRS較大，表明靈敏度較高。實(shí)驗(yàn)用pH 6.59的Tris-HCl緩沖溶液，適宜用量為1.50 mL。

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

2.2.2CAS溶液濃度對(duì)Δ IRRS的影響

圖3　CAS溶液濃度對(duì)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(shí)對(duì)三元體系ΔIRRS的影響（圖3）。結(jié)果表明：體系的共振瑞利散射強(qiáng)度先隨CAS溶液濃度的增大而逐漸增強(qiáng)，當(dāng)CAS濃度達(dá)一定值時(shí)，體系的RRS強(qiáng)度基本保持不變，之后又逐漸減弱。實(shí)驗(yàn)表明，CAS在2.00×10-5～2.80×10-5mol/L范圍內(nèi)，體系有較大的ΔIRRS，此時(shí)靈敏度較高。實(shí)驗(yàn)選用1.00×10-4mol/L CAS溶液2.50 mL。

考察了多種陽(yáng)離子、陰離子及非離子表面活性劑對(duì)三元體系ΔIRRS的影響。結(jié)果表明：只有陽(yáng)離子表面活性劑對(duì)體系有增敏性，尤以CTMAB效果最好。實(shí)驗(yàn)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?qū)Ζ?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(shí)對(duì)三元體系ΔIRRS的影響。結(jié)果表明：按1.3.3節(jié)中的加入順序?yàn)樽罴选?shí)驗(yàn)按此順序進(jìn)行。

2.2.5反應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定性對(duì)Δ IRRS的影響

考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)三元體系Δ IRRS的影響（圖4）。結(jié)果表明：室溫條件下，8 min內(nèi)反應(yīng)即可進(jìn)行完全，反應(yīng)產(chǎn)物的Δ IRRS至少可穩(wěn)定2 h。實(shí)驗(yàn)選在8 min后測(cè)定。

圖4　反應(yīng)時(shí)間對(duì)ΔIRRS的影響Fig.4　Effect of reaction time on Δ IRRS

2.3標(biāo)準(zhǔn)曲線

按1.3.3節(jié)的方法配制并掃描Pb（Ⅱ）的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。以ΔIRRS為縱坐標(biāo)，Pb（Ⅱ）溶液的質(zhì)量濃度ρ（mg/L）為橫坐標(biāo)作標(biāo)準(zhǔn)曲線，其一元線性回歸方程為ΔIRRS=-7.358 1+4 366ρ，相關(guān)系數(shù)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(zhì)的影響Table1　Effect of coexistent substances

考察了某些常見(jiàn)物對(duì)測(cè)定0.207 mg/L Pb（Ⅱ）的RRS的影響（表1）。結(jié)果表明：絕大多數(shù)常見(jiàn)陰、陽(yáng)離子不干擾測(cè)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(jiàn)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(nèi)鏡下診斷為非炎癥性腸病大腸潰瘍患者,并且經(jīng)臨床綜合檢查診斷確認(rèn)。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(jié)果

取1.3.2節(jié)中各待測(cè)樣液4.00 mL，按1.3.3節(jié)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(guó)標(biāo)法［1］（原子吸收光譜（atomicabsorption spectroscopy，AAS）法）對(duì)照，同時(shí)作加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)（n=5），結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　樣品分析結(jié)果及回收實(shí)驗(yàn)（n=5）Table2　Analytical results of samples and results of recovery tests （ = 5）

由表2可知，本法的測(cè)定結(jié)果與原子吸收法基本一致，回收率為97.5%～102%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.5%～2.4%，表明該方法有較高的準(zhǔn)確度和精密度。

3　結(jié) 論

本方法與國(guó)標(biāo)法［1］相比，具有簡(jiǎn)便、快速、靈敏度高、線性范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，并有較高準(zhǔn)確度、精密度及選擇性，試劑價(jià)廉易得，樣品處理安全，適于批量面制食品中Pb的快速測(cè)定。

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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(cè)定面制食品中的Pb［J］. 食品科學(xué), 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(xiàng)目（KJ1401226）；長(zhǎng)江師范學(xué)院科技基金項(xiàng)目（2015CXX079）；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（21275021）

龐向東（1962—），男，副教授，學(xué)士，研究方向?yàn)榉肿庸庾V分析。E-mail：cspxdfxsch123456@163.com

江虹（1956—），女，教授，學(xué)士，研究方向?yàn)榉肿庸庾V分析。E-mail：jianghongch@163.com