含量含量摘 要
与Fe3+可形成稳定的配离子[Fe(C2O4)3]3-,使铬菁R与Fe3+形成的络合物发生配位转换,溶液由蓝色变成红色,从而实现水相中对
离子的裸眼识别,且体系在647 nm处的吸光度降低值ΔA与加入的浓度成正比,而其他常见阴离子则不会引起相应的颜色及光谱变化,由此建立了一种识别与检测的新方法。在实验确定的最佳检测条件下,草酸根浓度在2.0×10-5～1.4×10-4 mol/L内符合郎伯比尔定律,该方法可用于蔬菜中的草酸根测定,测定回收率为93.3%～104.3%,可满足检测需求。
关键词 Fe3+-铬菁
识别;检测;蔬菜
草酸是一种广泛分布于植物、动物及真菌中的二元羧酸[1-2],参与生物体内的代谢过程和能量贮存,具有重要的生理作用[3]。但过高的草酸,会破坏人体的酸碱度,甚至导致人体结石症,在原发性高草酸尿症的诊断和治疗监测中需要对草酸根进行检测[4-8];另外蔬菜、水果、饮料中的草酸含量过高也会降低其营养品质[9-10];因此快速识别检测水溶液中草酸根离子的含量在食品化学和临床分析等各个方面都有着至关重要的作用。
目前,有关
的测定方法主要有高效液相色谱法、离子色谱法[11-14]、荧光法[15-17]、滴定法[18]等。
这些方法虽然可实现水相中
的测定,但不能实现多离子共存时对的选择性识别,而目前有关阴离子识别与传感的报道却多在有机非质子溶液中进行[19-21],这就极大地限制了该研究的应用范围。因而,设计一个可在水相中进行,且能同时达到对离子选择性裸眼识别及准确测定的新体系,将在临床医学、环境监测及食品化学方面有很好的应用价值。因此,本研究在前期工作的基础上[22-25],利用配位转换原理,以Fe3+与铬菁R为显色体系,通过条件优化,建立了一种选择性更好,效果更佳的识别检测水溶液中离子的新方法,该体系可作为检测的化学敏感器。
配制好5×10-4 mol/L Fe3+标准液、5×10-4 mol/L铬菁R标准液、0.15 mol/L表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵溶液, 0.25 mol/L HAc, 0.25 mol/L NaAc溶液,0.02 mol/L各阴离子钠盐溶液,实验所用硫酸铁铵、铬菁R及各阴离子钠盐均为分析纯;溶剂用水均为高纯水。
材料:菠菜和韭菜均来自于蔬菜超市。
日本岛津UV-2600/2700型紫外-可见吸收光谱仪、1 cm石英比色皿、上海雷磁仪器厂;PHS-25型酸度计,赛多丽斯科学仪器(北京)有限公司;BSA124S型电子分析天平,德国赛多利斯公司。
分别在2支比色管中依次加入一定量的5×10-4 mol/L的Fe3+、铬菁R标准液、0.15 mol/L表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵溶液、pH为4.5的HAc-NaAc缓冲溶液,其中1支再加入适量的
另1支不加,最后定容,以蒸馏水为参比,在647 nm处测吸光度,加C2O42-的吸光度记为A,不加的吸光度记为A0,计算吸光度降低值:ΔA= A0-A, 测定系列浓度的ΔA,并以ΔA对的浓度作图,通过得到的标准曲线确定样品中含量。
将新鲜的菠菜样品洗干净并且晾干无水分时,称取剪碎混匀的样品100 g,加入水75 mL,放入榨汁机中成匀浆状,用水25 mL冲洗,将冲洗液加入匀浆液中混匀备用。称取匀浆液2.00 g(换算为1.00 g新鲜蔬菜样品)于小烧杯中,加水至30 mL左右,沸水浴提取20 min,冷却,定容于50 mL容量瓶中,以10 000 r/min转速离心10 min,过滤,用滤液进行实验测定。韭菜按相同的方法进行预处理[26]。
于一系列已编号的10 mL比色管中按1.3实验方法各加入1.00 mL 5×10-4 mol/L的Fe3+标准液、1.00 mL 5×10-4 mol/L的铬菁R标准液、1.00 mL 0.15 mol/L的表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵溶液、3.00 mL pH为4.5的HAc-NaAc缓冲溶液,再分别加入1.00 mL浓度均为0.02 mol/L的
水溶液,定容,摇匀,静置2 h,可以明显看到显色体系在不同阴离子存在时的颜色变化,如图1所示。
按上述同样方法配制一系列显色体系及其与不同阴离子作用的水溶液,室温下静置2 h,以蒸馏水为参比,在400～750 nm内扫描显色体系与不同阴离子作用时吸收光谱的变化,结果见图2。
a-显色液;b-CH3COONa;c-NaNO2;d-NaCl;e-NaNO3;f-Na2CO3;g-NaHCO3;h-Na2C2O4;i-Na2SO3;j-K2SO4;k-KI;l-KBr; m-KClO3;n-KHSO4
图1 显色体系与不同阴离子的显色效果
Fig.1 Color changes for the chromogenic system in water upon the addition various anions
图2 显色体系与不同阴离子反应的吸收光谱图
Fig.2 UV-Vis absorption of the chromogenic system in the presence of various anions
从图1可以清楚地看到,当pH=4.5,且有表面活性剂存在的条件下,可夺取Fe(Ⅲ)-铬菁R络合物中的Fe3+形成稳定的配离子[Fe(C2O4)3]3-,溶液颜色由蓝色变为红色,使得Fe(Ⅲ)-铬菁R显色体系对表现出明显的选择性识别,而等量其他常见阴离子的加入并未引起显色液颜色变化。从图2显色体系与不同阴离子反应的吸收光谱图也可以看出,当向显色体系中加入时,因为发生配位转换,与Fe3+形成更稳定配合物而释放出铬菁R,使得原配合物在647 nm处的最大吸收峰显著降低,在508 nm处铬菁R自身产生的吸收则明显加强,而等量的其他阴离子则没有使显色体系产生明显的光谱变化,所以说Fe(Ⅲ)-铬菁R显色体系可在水溶液中对实现选择性裸眼识别。
2.2.1 酸度对显色效果的影响
在系列已编号的25 mL比色管中按1.3中的实验方法保持其他条件不变,利用0.1 mol/L的HCl溶液、0.1 mol/L的NaOH溶液及HAc-NaAc缓冲溶液依次调节体系的pH分别为3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、5.8,在647 nm处测吸光度,计算不同pH下的吸光度降低值ΔA,测试酸度对显色效果的影响,结果见图3。在溶液pH为4.5时,吸光度差值ΔA最大,反应最灵敏,所以实验选取pH为4.5的HAc-NaAc缓冲溶液。
2.2.2 缓冲溶液用量对显色效果的影响
保证其他条件及pH为上述所确定的最佳值4.5不变,改变缓冲溶液用量分别为1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50、4.00 mL,按1.3实验方法测定试液吸光度降低值,测试缓冲溶液用量对显色效果的影响,结果见图4,当pH=4.5的HAc-NaAc缓冲溶液用量为3.00 mL时,ΔA最大,所以实验选取缓冲溶液的最佳用量为3.00 mL。
图3 酸度对显色效果的影响
Fig.3 The effects of acidity on the chromogenic reaction
图4 缓冲溶液用量对显色效果的影响
Fig.4 The effects of the buffer solution addition on the chromogenic reaction
2.2.3 十二烷基三甲基溴化铵表面活性剂用量对显色效果的影响
由于离子缔合物具有疏水性,为使其稳定地存在于水溶液中,通常加入表面活性剂,固定其他条件为上述讨论的最佳量不变,改变0.15 mol/L的表面活性剂加入量分别为0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00 mL,测试十二烷基三甲基溴化铵的用量对显色效果的影响,结果见图5。当0.15 mol/L十二烷基三甲基溴化铵表面活性剂加入量为1.00 mL时,显色液和空白液之间的吸光度差值ΔA最大,反应最为灵敏,所以表面活性剂的最佳用量确定为1.00 mL。
图5 表面活性剂用量对显色效果的影响
Fig.5 The effects of the surfactantaddition on the chromogenic reaction
2.2.4 时间对显色效果的影响
在上述讨论的最佳条件下,按照1.3实验方法,分别测定显色液及空白液在0.5、1、2、4、6、8 h时在647 nm处的吸光度,计算ΔA, 测试时间对显色效果的影响,结果见图6。当显色时间小于2 h时,反应不完全,显色液和空白液之间的吸光度差值ΔA随时间呈增大趋势,到2 h时达最大,之后虽略有降低,但不明显,因此确定最佳测量时间为显色后2～6 h内完成,时间过长则会引起较大误差。
图6 时间对显色效果的影响
Fig.6 The effects of chromogenic time on the chromogenic reactio
综上实验,Fe(Ⅲ)-铬菁R显色体系对C2O42-的最佳检测条件为:pH=4.5的HAc-NaAc缓冲溶液用量3.00 mL, 0.15 mol/L十二烷基三甲基溴化铵表面活性剂用量为1.00 mL, 最佳测定时间为显色后2～6 h。常见的阳离子如K+、Na+、Ca2+、NH4+等均不会对测定产生干扰,但高浓度的Al3+、Zn2+、Ni2+因为会与C2O42-发生配位而产生一定影响,当测定对象中含有较多这几种离子时,可在酸性溶液中通过阳子交换树脂分离除去,或在强碱性溶液中使其生成沉淀并过滤来达到掩蔽目的。
按实验确定的最佳条件在25 mL比色管中分别加入1.00 mL 5×10-4mol/L的Fe3+、1.00 mL 5×10-4 mol/L的铬菁R、3.00 mL pH=4.5的缓冲溶液和1.00 mL 0.15 mol/L表面活性剂,再依次加入相应体积的1.0×10-3 mol/L的标准溶液,定容后使各比色管中的
浓度分别为2.0×10-5～1.6×10-4 mol/L,室温显色2 h,以蒸馏水做参比在647 nm处测吸光度,计算ΔA,绘制工作曲线如图7,草酸根离子浓度为2.0×10-5～1.4×10-4 mol/L范围内呈线性关系,回归方程:y=0.037 82x-0.020 86, 相关系数r=0.998 1,方法的检出限为1.5×10-5 mol/L。同时,对加入4.0×10-5 mol/L 标准溶液的试液进行11次平行测定,其相对标准偏差为2.7%。
图7 标准曲线
Fig.7 Standard curve for the detection of 
按照1.4样品处理的方法对蔬菜进行处理,分别移取2.00 mL的菠菜处理液及5.00 mL的韭菜处理液于25 mL比色管中,在最佳实验条件下按1.2实验方法进行测定,为了检验该方法的准确度,同时也采用容量法进行对比测定,并做加标回收率试验,结果如表1所示,测定值与容量法检测结果基本一致,所测回收率为93.3%～104.3%。
表1样品及回收率数据
Table 1 The recovery data
样品测定值/(mg·g-1)本方法容量法测定浓度1/(mol·L-1)加标量/(mol·L-1)测定浓度2/(mol·L-1)回收率/%菠菜3.063.355.46×10-54.0×10-59.19×10-593.3%韭菜0.700.593.11×10-54.0×10-57.28×10-5104.3%
有强配位性的能使Fe3+和铬菁R形成的蓝色络合物发生配位转换,从而引起溶液颜色和吸收光谱的显著变化,而等量其他常见阴离子的加入则不会引起Fe3+-铬菁R显色体系发生类似响应,因此可以实现对离子的裸眼识别。且体系在647 nm处的吸光度降低值ΔA与加入的浓度成正比,由此建立了一种简单、灵敏、准确的识别检测水溶液中草酸根的新方法。
该方法的优点为:(1)实现了在水相中对的目视比色识别,使之应用不受溶剂影响,同时可进行定量检测;对水溶液中比之前文献报道的显色效果更明显,选择性更突出;(2)相对于其他显色体系,Fe3+-铬菁R显色体系对的选择性更高,12种常见阴离子对其均不产生影响;(3)该新方法廉价易得,简单易操作,且体系稳定性好。
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ABSTRACT 
and Fe3+ can form stable complex [Fe (C2O4) 3]3- that makes the complex of chrome cyanine R and Fe3+decompose, the color of the solution becomes red from blue, the recognition of 
in the range from 2.0×10-5 mol/L to 1.4×10-4 mol/L, the method could apply to detect the content of in vegetables with the recoveries of 93.3%-104.3%.
Key words Fe3+-chromium cyanine R; 
identification; detection; vegetables
引用格式：庞海霞,李煜,姜敏,等.褪色光度法测定菠菜及韭菜中的含量[J].食品与发酵工业,2023,49(12):264-268.PANG Haixia,LI Yu,JIANG Min, et al.Determination of in spinach and chives by discoloration spectrophotometry[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(12):264-268.