甲基藍(lán)探針瑞利光散射測定奶制品中Cu(Ⅱ)

江 虹, 吳征真, 王 瑜, 冉純民, 曾慶瑞, 程乙真

(長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，武陵山片區(qū)綠色發(fā)展協(xié)調(diào)同創(chuàng)新中心，重慶 408100)

銅是維持人體正常新陳代謝必需的微量元素之一，也是體內(nèi)多種氧化還原酶的成分，若人體缺銅，會引起貧血、冠心病、糖尿病及生長停滯等疾??；體內(nèi)過多的銅會引起對肝臟的損害。牛奶富含營養(yǎng)物質(zhì)，已被越來越多地用于食品加工，而嬰兒配方奶粉、幼兒配方奶粉及兒童配方奶粉等系列奶制品中都補(bǔ)充了一定的礦物質(zhì)元素。因此對奶制品中銅含量進(jìn)行研究具有十分重要的意義。目前，測定Cu(Ⅱ)的方法主要有原子吸收法[1 - 4]、電化學(xué)法[5 - 6]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[7]、熒光法[8]和分光光度法[9 - 12]等。原子吸收法所需儀器較貴、操作較繁瑣、分析成本較高。分光光度法雖儀器價(jià)廉、操作簡便、分析成本低，但靈敏度一般不高。其它方法或分析成本較高或靈敏度較低或條件要求較苛刻。

本工作以甲基藍(lán)(MEB)作探針，溴化十六烷基三甲基銨(CTMAB)作增敏劑，采用近年新發(fā)展起來的具有高靈敏度的瑞利散射(RLS)法來研究奶制品中Cu(Ⅱ)的測定方法，尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。該方法操作簡便、分析成本低，有高的靈敏度，適于系列奶制品中Cu(Ⅱ)的測定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

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)。

Cu(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取適量的Cu(NO3)2·3H2O(99.9%，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)于小燒杯中，用水溶解后配成6.355 mg/L貯備液，操作液濃度為0.6355 mg/L。甲基藍(lán)(MEB，中國醫(yī)藥(集團(tuán))上?；瘜W(xué)試劑公司)溶液：準(zhǔn)確稱取適量MEB，用水溶解后配成1.0×10-4mol/L。十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，≥99.0%)溶液：稱取適量CTMAB，用少量無水乙醇溶解后加水配成400 mg/L。三羥甲基氨基甲烷(Tris)-HCl緩沖溶液：0.10 mol/L HCl與0.20 mol/L Tris溶液混合，用酸度計(jì)測定，配成系列緩沖溶液。HNO3(重慶川東化工(集團(tuán))有限公司化學(xué)試劑廠)。試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

樣品：嬰兒配方奶粉(1#、2#)，幼兒配方奶粉(3#、4#)，市售。

1.2 樣品處理

準(zhǔn)確稱取1#～4#奶粉樣品26.7856、28.3348、27.6783和27.9821 g，分別置于瓷坩堝中，在可控電爐上低溫加熱至樣品完全炭化，再調(diào)至500～550 ℃灼燒灰化約6 h，取出冷卻，加HNO3(1+1) 3.0 mL潤濕灰分，低溫加熱蒸干，再在500～550 ℃灼燒2 h，取出冷卻，再加HNO3(1+1) 2.0 mL，水5 mL，攪拌，低溫加熱使灰分完全溶解，冷卻，過濾，濾液置于100 mL 容量瓶中，再加體積比為1∶2 三乙醇胺溶液3.0 mL，再用水稀至刻度，即得待測液。

圖1 不同體系的RLS光譜Fig.1 RLS spectra of different systems1.0.0635 mg/L Cu(Ⅱ);2.3.5×10-5 mol/L MEB;3.3.5×10-5 mol/L MEB,pH=5.5;4.0.0635 mg/L Cu(Ⅱ)-3.5×10-5 mol/L MEB,pH=5.5.5-10.0.0,0.0318,0.0508,0.0636,0.0826,0.0953 mg/L Cu(Ⅱ)-3.5×10-5 mol/L MEB-12.0 mg/L CTMAB,pH=5.5.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

移取適量的Cu(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣液于10 mL具塞比色管中，依次加入1.0 mL pH=5.5 Tris-HCl緩沖溶液，3.5 mL 1.0×10-4mol/L MEB溶液和0.3 mL 400 mg/L CTMAB 溶液，用水稀至10 mL刻度，搖勻，10 min后，以λex=λem=220 nm，測定狹縫5.0 nm，在熒光光度計(jì)上同步掃描RLS光譜，求出348 nm波長處體系的瑞利光散射強(qiáng)度IRLS及試劑空白的瑞利光散射強(qiáng)度I0，計(jì)算ΔIRLS=IRLS-I0。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB體系的RLS光譜

圖1是各溶液的RLS光譜。Cu(Ⅱ)和MEB溶液自身RLS十分微弱(曲線1，2)，Cu(Ⅱ)-MEB的酸性溶液及MEB的酸性溶液的RLS也十分微弱(曲線3，4)。當(dāng)在MEB的酸性溶液中加入CTMAB后，其RLS信號明顯增強(qiáng)(曲線5)，由此說明CTMAB可以增敏MEB。當(dāng)在MEB-CTMAB的酸性溶液中，加入不同質(zhì)量濃度的Cu(Ⅱ)時，隨著Cu(Ⅱ)濃度的逐漸增大，RLS信號逐漸減弱(曲線6～10)，在最大散射波長348 nm處，Cu(Ⅱ)的質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)與Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB的RLS猝滅呈線性關(guān)系。故此法可用于Cu(Ⅱ)的定量分析。

可能的反應(yīng)機(jī)理：CTMAB在溶液中帶1個單位正電荷，MEB分子上除3個磺酸根離子外，還有3個具有孤對電子的氨基氮，而Cu(Ⅱ)有空軌道。因此，MEB與CTMAB及Cu(Ⅱ)之間存在競爭反應(yīng)?？赡芊磻?yīng)為：MEB先與CTMAB以靜電引力作用生成帶負(fù)電荷的締合顆粒，再與Cu(Ⅱ)作用生成三元復(fù)合物；或MEB先與Cu(Ⅱ)以靜電作用生成帶負(fù)電荷的締合顆粒或發(fā)生配位反應(yīng)生成絡(luò)陰離子，進(jìn)而與CTMAB結(jié)合生成三元復(fù)合物。無論以哪種方式結(jié)合，生成的三元復(fù)合物均使體系的RLS發(fā)生猝滅作用。

2.2 反應(yīng)條件的選擇

2.2.1pH值考察了室溫條件下Tris-HCl緩沖溶液的pH對Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB體系|ΔIRLS|的影響(圖2)。結(jié)果表明，適宜pH為5.0～6.0，此范圍內(nèi)體系|ΔIRLS|較大，靈敏度較高；此范圍外，體系的靈敏度均有不同程度的降低。故實(shí)驗(yàn)選用pH=5.50的Tris-HCl緩沖溶液。適宜用量為1.0 mL。

2.2.2MEB溶液的濃度考察了室溫條件下MEB溶液濃度對Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB體系|ΔIRLS|的影響(圖3)。結(jié)果表明，MEB的適宜濃度范圍為2.5×10-5～3.8×10-5mol/L，此范圍內(nèi)體系|ΔIRLS|較大，靈敏度較高；而此范圍外體系|ΔIRLS|均有不同程度的降低，原因是當(dāng)MEB濃度小于2.5×10-5mol/L時，因反應(yīng)不完全而使體系的|ΔIRLS|減弱，當(dāng)MEB濃度>3.5×10-5mol/L時，因MEB自身的聚集作用使散射強(qiáng)度減弱，從而使體系的|ΔIRLS|降低。實(shí)驗(yàn)用1.0×10-4mol/L MEB溶液3.5 mL。

2.2.3表面活性劑考察了室溫條件下乳化劑OP、Triton X-100、Tween-20、十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、CTMAB及溴代十六烷基吡啶等對Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB體系|ΔIRLS|的影響。結(jié)果表明：只有CTMAB增敏效果最好，其|ΔIRLS|最大。故實(shí)驗(yàn)用400 mg/L CTMAB作增敏劑，適宜用量為0.30 mL。

2.2.4試劑加入順序考察了室溫條件下各試劑在不同加入順序時對Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB體系|ΔIRLS| 的影響。結(jié)果表明：按Cu(Ⅱ)、Tris-HCl、MEB、CTMAB順序加入，體系|ΔIRLS|相對較大，靈敏度較高，故實(shí)驗(yàn)按此順序加入各試劑。

圖2 pH值對|ΔIRLS|的影響Fig.2 Effect of buffer pH on |ΔIRLS|

圖3 MEB溶液濃度對|ΔIRLS|的影響Fig.3 Effect of methyl blue concentration on |ΔIRLS|

2.2.5反應(yīng)時間及穩(wěn)定性考察了室溫條件下反應(yīng)時間對Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB體系|ΔIRLS|的影響。結(jié)果表明：10 min內(nèi)反應(yīng)即可完全，之后隨著時間的增加，體系|ΔIRLS|基本處于同一平臺上，穩(wěn)定時間至少約2 h。故實(shí)驗(yàn)選在10 min后測定。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

按實(shí)驗(yàn)方法配制Cu(Ⅱ)標(biāo)準(zhǔn)系列溶液并掃描RLS光譜。作ΔIRLS-c標(biāo)準(zhǔn)曲線。方法的一元線性回歸方程為：ΔIRLS=15.35-9120c(mg/L)，相關(guān)系數(shù)r=-0.9986，線性范圍為0.007～0.13 mg/L，檢出限為0.0058 mg/L，定量限為0.069 mg/100g。

2.4 共存物質(zhì)的影響

2.5 樣品分析

取1.2節(jié)中的待測樣液1#～3#各0.50 mL，4#1.0 mL分別置于10 mL比色管中，按實(shí)驗(yàn)方法操作，并掃描RLS光譜，各平行測定6份。再由回歸方程求得待測液及原始樣品中Cu(Ⅱ)的含量，并與原子吸收法(AAS)(GB/T 5009.13-2003)對照。同時作加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 樣品分析結(jié)果及回收試驗(yàn)(n=6)

3 結(jié)論

本法測定奶制品中銅有高的靈敏度和良好的選擇性，準(zhǔn)確度和精密度能滿足痕量分析要求。操作簡便，試劑價(jià)廉易得，分析成本低，用普通熒光光度計(jì)即可完成檢測工作，測定結(jié)果與國標(biāo)法基本一致。方法可用于系列奶制品中銅的測定。