共振光散射法測(cè)定堅(jiān)果中鎳含量

李人宇，李詠梅，盧國(guó)儉，周家宏

（1.連云港師范高等專科學(xué)校，江蘇 連云港 222006；2.江蘇海洋大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005；3.南京師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023）

鎳是人體重要的必需微量元素，參與多種酶的構(gòu)成或激活，具有影響核酸和蛋白質(zhì)代謝、調(diào)節(jié)激素分泌、維護(hù)心血管系統(tǒng)、刺激造血機(jī)能、維持細(xì)胞膜功能、提高免疫力、預(yù)防老年癡呆等重要生理功能[1-3]。人體缺鎳會(huì)引發(fā)糖尿病、冠心病、貧血癥、肝硬化和尿毒癥等疾病，而鎳攝入過(guò)量，則會(huì)造成急性、慢性中毒，出現(xiàn)炎癥、神經(jīng)衰弱、系統(tǒng)紊亂、生育能力降低、致畸致突變等癥狀，重者致癌甚至死亡[4-6]。由于環(huán)境污染、食品污染和過(guò)度食用而引起鎳中毒，會(huì)危害人體健康[7]。鎳在食品營(yíng)養(yǎng)與安全領(lǐng)域已引起廣泛關(guān)注。堅(jiān)果是鎳的良好來(lái)源之一，日常食用堅(jiān)果以均衡營(yíng)養(yǎng)[8-9]、提高免疫力、防治病毒感染[10]、保障人體健康。因此，快速準(zhǔn)確地測(cè)定堅(jiān)果中鎳含量具有重要意義。

目前，測(cè)定鎳的方法有原子吸收光譜法[11-12]、質(zhì)譜法[13-14]、電化學(xué)法[15-16]、分光光度法[17-18]和共振光散射法[19]等。原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法和質(zhì)譜法準(zhǔn)確靈敏、精密度高，但儀器昂貴，測(cè)試成本較高，操作嚴(yán)格。電化學(xué)法靈敏度較高，但操作復(fù)雜。分光光度法準(zhǔn)確可靠，但靈敏度較低。共振光散射法操作簡(jiǎn)便、快速靈敏、試劑用量少，應(yīng)用范圍廣。研究發(fā)現(xiàn)，鎳（Ⅱ）在氯化銨-氨水緩沖溶液中能與1，10-菲啰啉和燦爛黃發(fā)生配位顯色反應(yīng)，可使共振光散射強(qiáng)度明顯增大。本文擬采用微波消解處理樣品，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化并確定鎳（Ⅱ）-1，10-菲啰啉-燦爛黃體系測(cè)定條件，建立快速準(zhǔn)確測(cè)定堅(jiān)果中鎳含量的光度分析新方法，為其質(zhì)量控制提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

開(kāi)心果、杏仁、榛子：市售。鎳粉（純度>99.99%）、硝酸（優(yōu)級(jí)純）、雙氧水（優(yōu)級(jí)純）、燦爛黃（brilliant yellow，BY）（分析純）、1，10-菲啰啉（phen）（分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氨水（分析純）、氯化銨（分析純）：南京化學(xué)試劑有限公司。

鎳（Ⅱ）標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1 000 μg/mL）：準(zhǔn)確稱取 1 g（精確至 0.000 1 g）鎳粉，加入 30 mL 硝酸溶液（1∶1，體積比），加熱溶解，移入1 000 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，混勻；鎳（Ⅱ）標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.2 μg/mL）：由鎳（Ⅱ）標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用水逐級(jí)稀釋可得。

1.2 儀器與設(shè)備

970CRT熒光分光光度計(jì)、PHS-3C酸度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；SYC-15C超級(jí)恒溫水浴鍋：南京桑力電子設(shè)備廠；ETHOS E微波消解儀：意大利Milestone公司；GT-20超純水器：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試樣處理

選取開(kāi)心果、杏仁和榛子樣品，粉碎、混勻。準(zhǔn)確稱取試樣0.5 g，放入消解罐，滴加硝酸7 mL與雙氧水2 mL，輕微搖勻。將消解罐放入消解儀，設(shè)定由室溫25℃升至180℃，保持10 min。冷卻后取出消解罐，在電熱板上于160℃趕酸至1 mL左右。消解罐放冷后，將透明消解液轉(zhuǎn)入燒杯中，用10 mL水洗滌消解罐2次～3次，加1 mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為8，過(guò)濾，濾液通過(guò)巰基棉柱（0.1 mol/L鹽酸溶液預(yù)先浸泡），控制流速10 mL/min，再用3 mL 0.1 mol/L鹽酸溶液分3次洗脫鎳（Ⅱ）[20]，稀釋定容至25 mL容量瓶。同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.3.2 試驗(yàn)方法

于10 mL具塞比色管中，加入一定量鎳（Ⅱ）標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品溶液、pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液1.0 mL、1.0×10-4mol/L 1，10-菲啰啉溶液 1.5 mL 和 2.0×10-5mol/L燦爛黃溶液1.8 mL，用水定容并搖勻，控溫30℃反應(yīng)8 min。設(shè)置熒光分光光度計(jì)的激發(fā)與發(fā)射狹縫寬度為10 nm，靈敏度為4，在激發(fā)波長(zhǎng)λex與發(fā)射波長(zhǎng)λem均為測(cè)定波長(zhǎng)處，測(cè)量配合物體系的共振散射光強(qiáng)度IRLS。不加鎳（Ⅱ），同時(shí)按上述步驟做試劑空白試驗(yàn)，測(cè)其共振散射光強(qiáng)度，計(jì)算共振散射光強(qiáng)度差值 ΔIRLS=IRLS－I°RLS。

1.3.3 測(cè)定波長(zhǎng)與配合物組成確定

按1.3.2方法，在500 nm～700 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，以Δλ=λex－λem=0方式分別同步掃描試劑空白和配合物體系，根據(jù)獲得的共振散射光譜確定測(cè)定波長(zhǎng)。分別采用摩爾比法和等摩爾連續(xù)變化法測(cè)定配合物組成。

1.3.4 測(cè)定條件選擇

考察主要影響因素緩沖液的酸度及用量、1，10-菲啰啉用量、燦爛黃用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間，以共振散射光強(qiáng)度差值為考察指標(biāo)，進(jìn)行單因素試驗(yàn)，按1.3.2方法在1.3.3確定的測(cè)定波長(zhǎng)下測(cè)量共振散射光強(qiáng)度，計(jì)算共振散射光強(qiáng)度差值，選擇最佳測(cè)定條件。

1.3.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在一系列10 mL比色管中，分別準(zhǔn)確加入不同量鎳（Ⅱ）標(biāo)準(zhǔn)溶液，按1.3.2方法在1.3.4條件下測(cè)定。以共振散射光強(qiáng)度差值為縱坐標(biāo)，鎳（Ⅱ）質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.6 共存離子考察

固定鎳（Ⅱ）質(zhì)量濃度為40 μg/L，按1.3.2方法在1.3.4條件下考察共存離子對(duì)測(cè)定的影響。根據(jù)共振散射光強(qiáng)度差值的相對(duì)誤差，判斷共存離子是否干擾鎳（Ⅱ）的測(cè)定。

1.3.7 樣品分析

準(zhǔn)確移取1.00 mL樣品溶液，按1.3.2方法在1.3.4條件下測(cè)定鎳含量。測(cè)定結(jié)果與國(guó)標(biāo)法中原子吸收光譜法[11]比較，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)對(duì)這兩種方法的準(zhǔn)確度和精密度進(jìn)行顯著性差異分析。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行回收試驗(yàn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)結(jié)果采用Origin、Excel分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)定波長(zhǎng)與配合物組成的確定

按1.3.2方法，以Δλ=λex－λem=0方式同步掃描，獲得共振散射光譜，結(jié)果如圖1所示。

圖1 共振散射光譜Fig.1 Resonance scattering spectrum

由圖1可知，試劑空白的共振光散射強(qiáng)度較弱；鎳（Ⅱ）加入其中，與1，10-菲啰啉和燦爛黃反應(yīng)生成配合物，共振散射光強(qiáng)度顯著增大，最大共振光散射峰位于535.9 nm，此波長(zhǎng)下共振光散射強(qiáng)度增幅最大。因此，試驗(yàn)選擇λex=λem=535.9 nm為測(cè)定波長(zhǎng)。

鎳（Ⅱ）與1，10-菲啰啉組成比、鎳（Ⅱ）與燦爛黃組成比對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響見(jiàn)圖2～圖5。

圖2 摩爾比法測(cè)定鎳（Ⅱ）與1，10-菲啰啉組成比Fig.2 Determination of composition ratio of and nickel（Ⅱ）1，10-phenanthroline by molar ratio method

圖3 等摩爾連續(xù)變化法測(cè)定鎳（Ⅱ）與1，10-菲啰啉組成比Fig.3 Determination of composition ratio of nickel（Ⅱ）and 1，10-phenanthroline by isomolar continuous change method

圖4 摩爾比法測(cè)定鎳（Ⅱ）與燦爛黃組成比Fig.4 Determination of composition ratio of nickel（Ⅱ）and brilliant yellow by molar ratio method

圖5 等摩爾連續(xù)變化法測(cè)定鎳（Ⅱ）與燦爛黃組成比Fig.5 Determination of composition ratio of nickel（Ⅱ）and brilliant yellow by isomolar continuous change method

由圖 2～圖 5 可知，配合物組成為 nNi(Ⅱ)∶nphen∶nBY=1∶2∶1，推斷生成的配合物化學(xué)式為Ni（phen）2BY。

2.2 測(cè)定條件的選擇

2.2.1 酸度

不同酸度的緩沖液對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響見(jiàn)圖6。

圖6 酸度對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響Fig.6 Effect of acidity on intensity difference of resonance scattered light

在乙酸-乙酸鈉酸性和氯化銨-氨水堿性緩沖液中，當(dāng)酸度為pH 5.7與pH 10.5時(shí)，共振散射光強(qiáng)度差值雖大，但含鎳（Ⅱ）體系不穩(wěn)定，測(cè)定精密度降低；在pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液中，反應(yīng)完全且穩(wěn)定，共振散射光強(qiáng)度差值較大。綜合考慮共振散射光強(qiáng)度差值和配合物體系穩(wěn)定性，選用pH9.5氯化銨-氨水緩沖液。

pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液用量對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響見(jiàn)圖7。

圖7 緩沖液用量對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響Fig.7 Effect of buffer solution dosage on intensity difference of resonance scattered light

由圖7可知，pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液最佳用量為1.0 mL。試驗(yàn)以pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液1.0 mL來(lái)控制體系的酸度。

2.2.2 1，10-菲啰啉用量

1，10-菲啰啉溶液用量對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響見(jiàn)圖8。

由圖8可知，當(dāng)1，10-菲啰啉溶液用量在0.5 mL～2.0 mL范圍內(nèi)增大時(shí)，共振散射光強(qiáng)度差值先明顯增大后明顯減小，最佳用量為1.5 mL。若1，10-菲啰啉用量過(guò)小，鎳（Ⅱ）不能完全反應(yīng)生成足量的Ni（phen）22+配陽(yáng)離子，進(jìn)而與燦爛黃生成的配合物產(chǎn)量較少，共振散射光強(qiáng)度差值較小，影響測(cè)定的準(zhǔn)確性；若1，10-菲啰啉用量過(guò)大，容易生成Ni（phen）32+[21]競(jìng)爭(zhēng)配位反應(yīng)，使Ni（phen）22+與燦爛黃的配位能力降低，共振散射光強(qiáng)度差值減小。因此選擇加入1，10-菲啰啉溶液1.5 mL。

圖8 1，10-菲啰啉用量對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響Fig.8 Effect of 1，10-phenanthroline dosage on intensity difference of resonance scattered light

2.2.3 燦爛黃用量

燦爛黃溶液的用量對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響見(jiàn)圖9。

圖9 燦爛黃用量對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響Fig.9 Effect of brilliant yellow dosage on intensity difference of resonance scattered light

由圖9可知，當(dāng)燦爛黃用量在0.5 mL～2.5 mL范圍內(nèi)增大時(shí)，共振散射光強(qiáng)度差值先增大后減小，最佳用量為1.8 mL。若燦爛黃用量過(guò)小，Ni（phen）22+與燦爛黃反應(yīng)不完全，配合物產(chǎn)量較少，共振散射光強(qiáng)度差值較?。蝗魻N爛黃用量過(guò)大，空白值增大，共振散射光強(qiáng)度差值減小。因此選擇加入燦爛黃溶液1.8 mL。

2.2.4 反應(yīng)溫度

反應(yīng)溫度對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響見(jiàn)圖10。

由圖10可知，當(dāng)溫度在10℃～30℃范圍內(nèi)升高時(shí)，反應(yīng)速度加快，共振散射光強(qiáng)度差值增大；當(dāng)溫度在30℃時(shí)，共振散射光強(qiáng)度差值達(dá)到最大且恒定；當(dāng)溫度在30℃～100℃范圍內(nèi)升高時(shí)，共振散射光強(qiáng)度差值先減小后變化不大，這是由于高溫時(shí)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，破壞配合物的形成。因此選擇控溫30℃。

圖10 反應(yīng)溫度對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響Fig.10 Effect of reaction temperature on intensity difference of resonance scattered light

2.2.5 反應(yīng)時(shí)間

反應(yīng)時(shí)間對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響見(jiàn)圖11。

圖11 反應(yīng)時(shí)間對(duì)共振散射光強(qiáng)度差值的影響Fig.11 Effect of reaction time on intensity difference of resonance scattered light

由圖11可知，反應(yīng)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而更加完全，共振散射光強(qiáng)度差值增大；反應(yīng)完全需8 min，共振散射光強(qiáng)度差值最大；繼續(xù)反應(yīng)，共振散射光強(qiáng)度差值逐漸下降。因此選擇反應(yīng)8 min。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

鎳（Ⅱ）標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖12所示。

圖12 標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.12 Standard curve

由圖12可知，共振光散射強(qiáng)度差值與鎳（Ⅱ）質(zhì)量濃度在0～60 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，線性回歸方程為ΔIRLS=16.672ρ-8.064，相關(guān)系數(shù)r=0.999 4。根據(jù)平行測(cè)定試劑空白所得標(biāo)準(zhǔn)偏差Sb=0.32（n=11），計(jì)算出方法檢出限（3Sb/K）為 0.06 μg/L。

2.4 共存離子的影響

在測(cè)定相對(duì)誤差δ≤±5%時(shí)，下列共存離子的允許倍量為Na+、K+、NH4+、Mg2+、Cl-、NO3-（2500），Ca2+、Ba2+、F-、Br-（1250），Zn2+、Cd2+、I-、HCO3-（250），Ag+、Fe2+、Cu2+、Co2+、Al3+、Cr3+、MnO4-、Cr2O72-、VO3-（25），Hg2+、Pb2+（5）。方法選擇性良好，對(duì)于Fe2+、Cu2+等含量較高的樣品，可用巰基棉分離去除Fe2+、Cu2+等干擾。

2.5 樣品分析

樣品中鎳含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 樣品中鎳含量測(cè)定結(jié)果（n=5）Table 1 Results for the determination of nickel in samples（n=5）

由表1可知，經(jīng)F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)，F(xiàn)

加標(biāo)回收試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 加標(biāo)回收試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果（n=5）Table 2 Results for spiked recovery test（n=5）

由表2可知，平均回收率為98.6%～102.0%，表明該方法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)優(yōu)化并確定了鎳（Ⅱ）-1，10-菲啰啉-燦爛黃體系的最佳測(cè)定條件，采用微波消解、巰基棉分離方法處理樣品，建立了共振光散射法測(cè)定堅(jiān)果中的鎳含量，方法靈敏準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便快速、精密度高、選擇性好、測(cè)試成本低，滿足堅(jiān)果中鎳含量測(cè)定要求。