氧化鋁改性硅膠復(fù)合材料在飲料中誘惑紅檢測中的應(yīng)用

李婉君， 張 穎

(太原工業(yè)學(xué)院化學(xué)與化工系，山西 太原 030008)

在飲料生產(chǎn)加工過程中，經(jīng)常需要加入多種人工色素，人工色素對飲料的保存和美觀具有很大意義，但是如果含量超標就會影響人體健康[1]。所以，檢測飲料中人工色素的含量是非常必要的。然而，由于飲料樣品的基體效應(yīng)復(fù)雜，直接對人工色素進行檢測是困難的。為了提高色素檢測的選擇性和靈敏性，在檢測前對實際樣品進行前處理是有必要的[2]。由于溶劑萃取、樹脂吸附等傳統(tǒng)的前處理方法存在著許多局限[3]，而固相萃取法能合分離和濃縮為一步，且具有技術(shù)設(shè)備簡單、步驟處理快捷、方法靈活、對環(huán)境友好等優(yōu)點[4]。在固相萃取法中，選擇合適的吸附劑非常重要。目前，作為吸附劑的材料有很許多種，如活性炭[5]、氧化鋁[6]、硅膠[7]及有機聚合物[8-9]等。

γ-Al2O3納米材料是一種多孔無機材料，有著比表面積大、孔隙率高、顆粒尺寸均勻、吸附能力較強和在溶劑中分散性良好等優(yōu)點[10]。因此，將γ-Al2O3納米粒子修飾硅膠的復(fù)合材料作為固相萃取劑，與紫外可見分光光度計聯(lián)用檢測飲料樣品中的食品限用色素誘惑紅。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

γ-Al2O3，粒徑20 nm,純度99.99%；誘惑紅色素，純度95%；硅膠，分析純，粒度300目～400目(38 μm～48 μm)；磷酸二氫鈉、鹽酸、氫氧化鈉、氨水、無水乙醇、乙酸,均為分析純。實驗用水均為去離子水。

數(shù)字酸度計,pHS-3C,雷磁上海；加熱攪拌器，SZCL-4B，予華鞏義；循環(huán)水真空泵，SHZ-DⅢ，予華鞏義；電熱鼓風干燥箱，PHG-90304，精宏上海；超聲波清洗器，KQ-50DB，昆山；雙光束紫外可見分光光度計，TU-1901，普析北京；可見分光光度計，722S，精科上海。

1.2 實驗方法

1.2.1 氧化鋁修飾硅膠復(fù)合材料的制備

1) 硅膠的預(yù)處理：稱取30 g硅膠，放置于提前配好的1∶1(體積比)的鹽酸溶液中，再將此混合物放置于三口燒瓶中加熱60 ℃，回流6 h，冷卻到室溫，抽濾，加去離子水洗滌至中性，乙醇洗滌1次，去離子水洗滌數(shù)次，抽濾。得到的產(chǎn)物加熱至160 ℃活化6 h。

2) 納米氧化鋁修飾硅膠復(fù)合材料的制備：將經(jīng)過預(yù)處理的硅膠和γ-Al2O3混合，加入乙醇和乙酸，超聲10 min后放入烘箱加熱120 ℃，反應(yīng)8 h，用去離子水洗至中性，烘干則得到納米氧化鋁修飾硅膠復(fù)合材料。

1.2.2 樣品處理

本實驗所用飲料樣品均隨機購自于當?shù)爻?。在?yōu)化固相萃取的實驗操作條件中，所用的樣品是未含有目標物質(zhì)的空白樣品。取10 mL飲料樣品分別用0.02 mol L-1磷酸鹽緩沖溶液(pH=2)稀釋 10倍，超聲脫氣15 min，再用0.45 μm濾膜過濾，保存置于4 ℃冰箱中待用。

1.2.3 固相萃取過程

本實驗采用5 mL注射器空管作為萃取柱載體，注射器底部鋪兩層濾紙，讓其與底部貼合緊密。稱取少量玻璃纖維(質(zhì)量固定為0.05 g，鋪設(shè)的厚度為4 mm)均勻鋪在濾紙上面，起阻擋吸附劑脫落的作用。再將吸附劑納米氧化鋁修飾硅膠復(fù)合材料均勻鋪在玻璃纖維上，最上面再放一層玻璃纖維(質(zhì)量固定為0.01 g，鋪設(shè)厚度為1 mm)，防止出現(xiàn)吸附劑在萃取過程中漂浮起來的現(xiàn)象。固相萃取過程包括活化、上樣、淋洗、洗脫，具體過程如圖1所示。

圖1 固相萃取步驟示意圖

1) 活化：用移液器準確移取0.4 mL甲醇，讓其流過萃取柱，再以同樣的方式讓1.0 mL磷酸鹽緩沖溶液(pH=2)過柱，以使吸附材料保持濕潤，能夠更好地吸附目標物質(zhì)。

2) 上樣：準確移取2.0 mL待測樣品溶液流過固相萃取柱。

3) 淋洗：準確移取1.0 mL磷酸鹽緩沖溶液(pH=2)清洗萃取柱，洗去未被吸附的雜質(zhì)，以減小對目標物質(zhì)的干擾。

4) 洗脫：將1.5 mL 3%V(氨水)：V(甲醇)=100∶50的洗脫劑過柱，將目標物質(zhì)-誘惑紅洗脫下來，收集洗脫液進行后續(xù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 固相萃取條件的優(yōu)化

本實驗采用2.0 μg mL-1的誘惑紅加標的空白樣品溶液對固相萃取操作條件進行優(yōu)化，包括固相萃取劑的用量、樣品pH值、樣品體積、洗脫劑種類、洗脫劑體積。誘惑紅的最大吸收波長為505 nm。

2.1.1 吸附劑用量

吸附劑用量是否合適是影響萃取效率的一個重要因素，吸附劑用量太多會造成浪費，而吸附劑用量太少則會使吸附不完全，造成色素的流失，降低實驗的準確性。本實驗將其他因素固定，考察吸附劑在0.08 g～0.23 g范圍內(nèi)的吸附能力。結(jié)果表明，0.18 g 是最合適的吸附劑用量。

2.1.2 樣品pH值

圖2為樣品pH值對萃取效率的影響。從圖2中看出，吸光度隨著pH值的增加先增大后減小，在pH=2處吸光度達到最大值，說明pH=2時萃取效率達到最高。這可能是因為，誘惑紅與萃取劑之間存在的作用力有關(guān)，其作用力包括靜電斥力和氫鍵。當pH值太小時，由于誘惑紅與γ-Al2O3中的羥基均會質(zhì)子化使得靜電斥力增大，使得吸附不完全。而當pH太大時，誘惑紅中的酚羥基和γ-Al2O3的羥基均會形成氫鍵，減弱吸附作用，從而使吸光度下降。故本實驗采用的樣品pH值為2。

圖2 樣品pH值對萃取效率的影響

2.1.3 樣品體積

為了考察樣品體積對萃取效率的影響，本實驗將其他條件固定，樣品體積在0.5 mL～4.0 mL的范圍內(nèi)進行考察。從第17頁圖3中可以觀察出，吸光度先隨樣品體積的增加而增大，當樣品體積增加到2.0 mL時，吸光度達到最大值，而當體積在2.0 mL～4.0 mL范圍內(nèi)時，吸光度的變化趨于平緩，說明2.0 mL的樣品體積為0.18 g吸附劑最大的吸附量。故本實驗最佳的樣品體積為2.0 mL。

2.1.4 洗脫劑體積

本實驗考察了洗脫劑體積對萃取效率的影響。如第17頁圖4所示，吸光度隨著洗脫劑體積的增加而增加，在1.5 mL處達到最大，這是因為，洗脫劑體積過小會使洗脫不完全，體積越大，洗脫下來的色素越多，吸光度則越大。洗脫劑體積大于1.5 mL時，吸光度值反而下降，這是因為1.5 mL洗脫劑已經(jīng)足夠?qū)⑽降纳叵疵撓聛?，再增加洗脫劑的用量只會稀釋洗脫液，使得吸光度下降。故本實驗中?.5 mL 3%V(氨水)：V(甲醇)=100∶50作為洗脫劑體積。

圖3 樣品體積對萃取效率的影響

圖4 洗脫劑體積對萃取效率的影響

2.2 固相萃取方法評價

在最優(yōu)化的實驗條件下，本文做了一系列實驗來對該固相萃取方法進行評價。在誘惑紅色素的質(zhì)量濃度范圍為0.2 μg·mL-1～50 μg·mL-1條件下，得到的標準曲線的相關(guān)性系數(shù)為0.998 4，以3倍及10倍信噪比計算出的檢出限(LOD)及定量限(LOQ)分別為0.047 μg mL-1及0.16 μg mL-1，日內(nèi)及日間精密度分別為3.67% 和 5.39%(n=7)。由已富集與未富集的標準曲線的斜率比計算得到的富集倍數(shù)為4.56。說明本實驗方法對富集誘惑紅色素有良好的靈敏性及重現(xiàn)性。

2.3 實際樣品分析

在最優(yōu)化的條件下，將該固相萃取方法用于測定6種飲料樣品的誘惑紅色素(3種果汁飲料和3種碳酸飲料)。在這6種飲料樣品中分別加入兩種水平的誘惑紅標準品溶液(水平1為1 μg·mL-1，水平2為2 μg·mL-1)，計算其加標回收率。而且未加標的實際飲料樣品也被檢測。所得結(jié)果如表1所示，飲料樣品中誘惑紅色素的回收率范圍為89.8%～108.3%，表明本方法可以用來測定飲料樣品中誘惑紅色素的含量。

表1 實際飲料中誘惑紅色素的含量測定

3 結(jié)論

本實驗利用γ-Al2O3納米粒子修飾的硅膠復(fù)合材料作為固相萃取裝置，與紫外-可見分光光度計聯(lián)用，分離富集飲料中的食品限用色素誘惑紅。優(yōu)化了影響萃取效率的重要操作參數(shù)，包括吸附劑用量、樣品pH值、樣品體積、洗脫液體積。在最優(yōu)化的固相萃取條件下，評價了該方法的線性范圍、LOD及LOQ和回收率，結(jié)果表明該方法令人滿意。本工作是首次將γ-Al2O3納米粒子修飾硅膠復(fù)合材料作為固相萃取裝置應(yīng)用于分離富集飲料樣品中的色素。