江虹丽春红S探针双波长吸收光谱法测定食

丽春红S探针双波长吸收光谱法测定食品中的Cu

江虹*,吴征真,王芳,冉纯民,曾庆瑞,程乙真

(长江师范学院化学化工学院，武陵山片区绿色发展协同创新中心，重庆，)

摘要文中建立了测定食品中Cu的二元双波长可见吸收光谱(DWO-VIS)法。在pH6.86的Tris-盐酸缓冲介质中，丽春红S与Cu(Ⅱ)发生反应，在可见光区生成具有一个明显正吸收峰和一个明显负吸收峰的离子缔合物。最大正吸收波长和最大负吸收波长分别为nm和nm。Cu(Ⅱ)在0.06～1.6mg/L(正吸收，nm)、0.04～1.6mg/L(负吸收，nm)和0.03～1.6mg/L(DWO-VIS，nm+nm)内遵从朗伯-比尔定律，表观摩尔吸光系数(κ)分别为8.70×(正吸收法)、2.04×(负吸收法)和2.92×(DWO-VIS法)L/(mol·cm)，定量限分别为0.62、0.38和0.26mg/g。还探讨了吸收光谱特征、适宜反应条件及共存物质的影响。双波长法用于饼干、面条及奶粉中Cu的测定，加标回收率为97.9%～%，相对标准偏差RSD(n=5)为2.5%～2.8%。

关键词Cu；丽春红S；双波长-可见吸收光谱法

Cu是人们熟知的一种金属元素，广泛存在于日常用品中。人体中的Cu主要来源于日常饮食，如蛋糕、面包、饼干、面条、豆制品以及奶制品等，尤其是婴儿配方奶粉、幼儿配方奶粉及儿童配方奶粉等系列奶制品在加工过程中都补充了一定量的矿物质元素；由于Cu对人体健康有着重要作用，它是人体内多种氧化还原酶的成分，参与人体造血，在造血过程中若缺少Cu，人体内的铁元素就不能合成血红蛋白，造血机能就会受到影响，由此就会出现缺Cu性贫血；除此之外，人体缺Cu，还会引起头晕、眼花、耳鸣、乏力、冠心病、糖尿病等疾病。若人体内Cu过量，则会引起恶心、呕吐、上腹疼痛、肝脏受损等[1]。而食品在生产加工过程中，可能因使用Cu器设备或环境污染而带入一定量Cu。鉴于此，对食品中Cu的研究有着重要意义。

目前，国内外对Cu的检测方法主要有：原子吸收法[2-5]，电化学法[6-9]，荧光法[10-12]，电感耦合等离子体质谱法[13-15]和紫外-可见分光光度法[16-19]等。原子吸收法有较高的准确度，但所用仪器偏贵，分析成本偏高。电化学法、荧光法及电感耦合等离子体质谱法，要么分析成本高不易普及，要么选择性欠佳或条件要求较苛刻等。而分光光度法由于操作简便，仪器价廉，可普及到一般实验室，因此长期以来，这种方法受到人们的喜爱而得到不断的发展。虽然用紫外-可见分光光度法对金属离子的研究较多，而对Cu的研究较多的是采用催化光度法、萃取光度法及三元络合光度法，它们的灵敏度一般较低，如文献[17]的灵敏度(κ)只有7.95×L/(mol·cm)，文献[18]的灵敏度(κ)只有1.29×L/(mol·cm)。鉴于此，本工作以酸性染料丽春红S为探针，在可见光区采用二元反应双波长吸收光谱法来研究饼干、面条与奶粉中Cu含量的定量检测方法，本法比一般紫外-可见分光光度有更高的灵敏度，且操作更简单，所用试剂更少，目前尚未见文献报道。

1材料与方法1.1材料与试剂

丽春红S(99%)，成都贝斯特试剂有限公司；Cu(NO3)2·3H2O(99.9%)，国药集团化学试剂有限公司；三羟甲基氨基甲烷(99.9%)，齐一生物科技(上海)有限公司；HCl(AR)，重庆川东(化工)集团有限公司；HNO3(99%)，成都化夏化学试剂有限公司；三乙醇胺(≥99.5%)，上海麦克林生化科技有限公司；儿童营养饼干(1#)、面条(2#)、幼儿配方奶粉(3#～4#),市售。

丽春红S(ponceauS，简写为POS)溶液：称取适量丽春红S，用水溶解后，配成1.00×10-3mol/L；Cu(Ⅱ)标准溶液：准确称取适量的Cu(NO3)2·3H2O用水溶解后配成63.55mg/L贮备液，取此液稀释10倍即为操作液；缓冲溶液：将0.20mol/LTris(三羟甲基氨基甲烷)溶液与0.10mol/L盐酸混合，搅拌，用酸度计测定，配成pH3.5～9.5的溶液；HNO3溶液(V(HNO3)∶V(水)=1∶1,简称1∶1硝酸)；三乙醇胺溶液(三乙醇胺与水的体积比为1∶2)；水为超纯水。

1.2仪器与设备

U-4型紫外-可见-近红外分光光度计，日本日立公司；pHS-3C精密酸度计，上海虹益仪器仪表有限公司；EL型电子天平，上海精密仪器仪表有限公司。SX-4-10高温炉，苏州江东精密仪器有限公司。

1.3样品处理

用固定质量称量法在电子天平上快速、准确称取已捣碎、混匀、并按四分法缩分的样品(1#～4#)各10.g(允许误差±0.g)，置于各瓷坩埚中，在电炉上低温加热至样品完全炭化，再调温至～℃，灼烧灰化约5h，待冷却后取出坩埚，加2.0mLHNO3溶液润湿灰分，再低温加热蒸干后，调温至～℃，继续灼烧约2h，待冷却后取出坩埚，再加2.0mLHNO3溶液，加水8mL，搅拌，低温加热，待灰分完全溶解后，冷却，过滤，滤液收集于mL容量瓶中，加三乙醇胺溶液(V(三乙醇胺)∶V(水)=1∶2)3.0mL，用超纯水稀至刻度，即为待测液。

1.4实验方法

用移液管准确移取3.50mL1.00×10-3mol/L丽春红S溶液于10mL具塞比色管中，再加入1.00mLpH6.86Tris-盐酸缓冲溶液和适量的6.mg/LCu(Ⅱ)标准溶液(或样液)，用水稀至10mL刻度，摇匀，15min后，在U-4型紫外-可见-近红外分光光度计上，以试剂空白作参比，扫描吸收光谱，以nm作参比波长，nm作测定波长，采用双波长法测定体系的吸光度值A。

2结果与讨论2.1丽春红S-Cu(Ⅱ)的吸收光谱特征

图1是可见光区Cu(Ⅱ)和丽春红S的吸收光谱图。曲线1表明，Cu(Ⅱ)在可见光区几乎无吸收；曲线2则表明丽春红S溶液在可见光区有强吸收，最大吸收波长位于nm；当在丽春红S的弱酸性溶液中加入适量Cu(Ⅱ)溶液后，光谱曲线上出现了1个明显的正吸收峰和1个明显的负吸收峰，最大正吸收波长位于nm，紫移55nm，最大负吸收波长位于nm，红移10nm，在此二波长处，随着Cu(Ⅱ)溶液浓度的增加，正、负吸光度的绝对值不断增大。由于丽春红S在溶液中，其分子结构上的4个Na+可离解，离解后变成含4个磺酸根的阴离子，于是便与Cu(Ⅱ)以静电引力结合生成二元离子缔合物。从波移现象和反应机理可知，丽春红S和Cu(Ⅱ)在弱酸性的Tris-盐酸介质中确实生成了新物质，且Cu(Ⅱ)在一定质量浓度范围内与正吸收和负吸收的吸光度绝对值呈线性关系，服从朗伯-比尔定律。当用双波长法测定时(以nm为参比波长，nm为测定波长)，由于吸光度的加和性，用双波法测定的吸光度与Cu(Ⅱ)的浓度间仍存在线性关系，服从朗伯-比尔定律，且双波长的灵敏度约为单波长的1.4～3.4倍。故单波长正吸收法、负吸收法及双波长法均可用于Cu(Ⅱ)的定量分析。

1.0.mg/LCu(Ⅱ),水作参比;2.2.00×10-5mol/L丽春红S,水作参比;3～7.(0.,0.,0.,1.27,1.59mg/L)Cu(Ⅱ)-3.50×10-4mol/L丽春红S,试剂空白作参比;pH6.86图1吸收光谱Fig.1Theabsorptionspectra

2.2反应的适宜条件

2.2.1溶液pH的选择

室温下，考察了用单波长法(正吸收法和负吸收法)及双波长法测定时，在不同pH值的缓冲溶液中对丽春红S-Cu(Ⅱ)体系吸光度绝对值(│A│)的影响(图2)。

图2pH值对│A│的影响Fig.2EffectofbufferpHon│A│

图2表明，溶液的pH值为6.8时，无论用单波长法测定还是用双波长法测定，均有较高灵敏度，其│A│相对较大；而正吸收法、负吸收法及双波长法比较，又以双波长法的灵敏度为最高。故实验选用双波长法测定，用pH6.86的Tris-盐酸溶液。继而考察了不同用量的pH6.86溶液对丽春红S-Cu(Ⅱ)体系吸光度绝对值(│A│)的影响，结果表明，适宜用量为1.00mL。

2.2.2丽春红S溶液浓度的选择

室温下，考察了用单波长法(正吸收法和负吸收法)及双波长法测定时，在10mL比色管中，丽春红浓度为(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0)×10-4mol/L时对丽春红S-Cu(Ⅱ)体系吸光度绝对值(│A│)的影响(图3所示)。结果表明，丽春红S溶液的浓度为3.50×10-4mol/L时，无论用单波长法还是用双波长法测定，其吸光度绝对值均最大，灵敏度最高；而单波长法和双波长法比较，又以双波长法的灵敏度为最高。故实验选用双波长法测定，用1.00×10-3mol/L丽春红S溶液3.50mL。

图3丽春红S溶液浓度对│A│的影响Fig.3EffectofponceauSconcentrationon│A│

2.2.3试剂加入顺序的选择

室温下，考察了用单波长法(正吸收法和负吸收法)及双波长法测定时，各物质不同加入顺序对丽春红S-Cu(Ⅱ)体系吸光度绝对值(│A│)的影响。结果为：按丽春红S溶液、缓冲溶液、Cu(Ⅱ)溶液顺序加入时，│A│分别为0.(正吸收法)、0.20(负吸收法)和0.29(双波长法)；而按其他顺序加入各试剂时，无论是单波长法还时双波长法其│A│均较前者小；因此，按前述顺序加入各试剂溶液，其灵敏度相对较高，而单波长法和双波长法相比较，又以双波长法测定的灵敏度更大。故实验用双波长法测定，按最佳顺序加入各试剂。

2.2.4反应时间及稳定性

室温下，考察了用单波长法(正吸收法和负吸收法)及双波长法测定时，反应时间对丽春红S-Cu(Ⅱ)体系吸光度绝对值(│A│)的影响，图4所示。结果表明，丽春红S与Cu(Ⅱ)的反应，在15min内即可完全，之后其稳定时间约1.5h。实验选在15min后进行。

图4时间对│A│的影响Fig.4Effectoftimeon│A│

2.3标准曲线及相关参数

按实验方法，在数支比色管中分别加入一定体积的Cu(Ⅱ)标准溶液，使其在10mL比色管中的浓度分别为0.、0.、0.、1.27、1.59mg/L，再加入其他各试剂溶液，扫描Cu(Ⅱ)的标准系列溶液，作单波长正吸收法、负吸收法及双波长法的A-ρ标准曲线，如图5所示。根据检出限及标准曲线，即可求得线性范围。该方法的一元线性回归方程、回归系数、线性范围、表观摩尔吸光系数及定量限等列于表1。

图5Cu(Ⅱ)的标准曲线Fig.5Standardcurveofcopper(Ⅱ)

2.4共存物质的影响

采用双波长法，考察了Cu(Ⅱ)的质量浓度为0.mg/L时，某些常见物质对其测定的影响。结果表明，在相对误差≤±5%时，下列物质不干扰测定：倍的；80倍的；50倍的；10倍的；3倍的Al3+、Fe3+。Al3+、Fe3+的允许量较小，可加入V(三乙醇胺)∶V(水)=1∶2的三乙醇胺溶液1.0mL予以掩蔽，故方法有良好的选择性。

表1标准曲线相关参数

Table1Relatedparametersofstandardcurves

2.5样品分析

取1.3节中制得的待测样液1#～3#各3.00mL，4#2.00mL，按实验方法分别配制溶液并用双波长法测定各样液中Cu(Ⅱ)的含量，最后推至原始样品中所含Cu的量，各平行测定5份。同时做加标回收试验(各水平分别平行测定5份)，以判断该法的准确度。结果见表2。

表2样品分析结果及回收试验(n=5)Table2Analyticalresultsandrecoverytestsofsamples(n=5)

表2表明，本法测定结果与GB/T9.13—(AAS法)基本一致。从回收率(97.9%～%)和相对标准偏差(2.5%～2.8%)看，本方法有较高的准确度和精密度。

3结论

以丽春红S为探针，采用双波长可见吸收光谱法测定Cu的含量，方法简便，试剂用量少，有较高的准确度、精密度及较高的灵敏度，线性范围较宽，方法适于面制品和配方奶粉中Cu含量的快速测定。

参考文献

[1]孔祥瑞.必需微量元素的营养、生理及临床意义[M].合肥:安徽科学技术出版社,：-.

[2]李加兴,傅伟昌,曾雪峰,等.螺旋藻预富集-FAAS测定干制品浸出液中的痕量铜[J].食品与发酵工业,,34(9):-.

[3]CENNETK,DERYAK.Dispersiveliquid-liquidmicroextractionbasedonsolidificationoffloatingorganicdropforpreconcentrationanddeterminationoftraceamountsofcopperbyflameatomicabsorptionspectrometry[J].FoodChemistry,6,:-.

[4]VANESSACDP,JORGELR.Ultrasound-assistedextractionforthedeterminationofCu,Mn,Ca,andMginalternativeoilseedcropsusingflameatomicabsorptionspectrometry[J].FoodChemistry,6,:-.

[5]梁艺馨,刘康书,蔡秋,等.连续光源火焰原子吸收法同时测定薏苡中铜、铁、钙和锰的不确定度评价[J].食品科学,6,37(12):-.

[6]AYWENURB,HILALE,FATIHC,etal.Rapiddeterminationoftracelevelcopperinteainfusionsamplesbysolidcontactionselectiveelectrode[J].JournalofFoodandDrugAnalysis,6,24(3):-.

[7]DOMINIKAJ,PAWELP,MAJAW.Determinationofthetotalcadmium,copper,leadandzincconcentrationsandtheirlabilespeciesfractioninapplebeveragesbyflow-throughanodicstrippingchronopotentiometry[J].FoodChemistry,7,:-.

[8]YASSERS,FARHADA,FARNOOSHF.VoltammetricdeterminationofPb,Cd,Zn,CuandSeinmilkanddairyproductscollectedfromIran:Anemphasisonpermissiblelimitsandriskassessmentofexposuretoheavymetals[J].FoodChemistry,6,:-.

[9]BHUSHANG,PIAD,EVGENIAD,etal.ExploringamidelinkageinapolyviologenderivativetowardssimultaneousvoltammetricdeterminationofPb(II),Cu(II)andHg(II)ions[J].ElectrochimicaActa,6,:-.

[10]白延涛,高楼军,李环,等.Cu(Ⅱ)-桑色素-十六烷基三甲基溴化铵荧光体系测定微量Cu(Ⅱ)的研究[J].分析科学学报,5,31(2):-.

[11]NANQian,RONGPu,JIANGYunbao,etal.Newhighlyselectiveturn-onfluorescencereceptorforthedetectionofcopper(II)[J].SpectrochimicaActaPartA:MolecularandBiomolecularSpectroscopy,7,:-.

[12]CHENLinfeng,TIANXike,YANGChao,etal.Highlyselectiveandsensitivedeterminationofcopperionbasedonavisualfluorescencemethod[J].SensorsandActuatorsB:Chemical,7,:66-75.

[13]黄子敬,陈孟君,邓华阳,等.微波消解—ICP-MS混合模式测定动植物源食品中11种金属元素[J].分析试验室,7,36(1):24-28.

[14]邢博,张霁,李杰庆,等.ICP-MS法测定云南省8种野生牛肝菌中矿质元素含量[J].食品科学,6,37(12):89-94.

[15]聂西度,符靓,唐莉娟,等.电感耦合等离子体质谱法测定黑小麦中多种元素[J].食品科学,5,36(12):-.

[16]赵丽杰,赵丽萍,常勇,等.邻菲啰啉活化催化褪色光度法测定食品中痕量Cu2+[J].食品科学,,30(10):-.

[17]林瑜,韦小玲,唐明森.Cu2+-甲状腺素络合物的光谱特征及其分析应用[J].分析试验室,6,35(1):17-20.

[18]ZOLAIKHAR,ZEINABEH,RAOUFG.ApplicationofanewversionofGA-RBFneuralnetworkforsimultaneousspectrophotometricdeterminationofZn(II),Fe(II),Co(II)andCu(II)inrealsamples:Anexploratorystudyoftheir







































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