介紹一個分析化學研究型教學實驗
——食品中微量鋁含量的測定

賈濤王永鵬張楠馬安潔王英華

(1吉林大學化學學院2006級 吉林長春130012;2吉林大學化學學院 吉林長春130012)

化學實驗

介紹一個分析化學研究型教學實驗
——食品中微量鋁含量的測定

賈濤1王永鵬1張楠1馬安潔2王英華2

(1吉林大學化學學院2006級 吉林長春130012;2吉林大學化學學院 吉林長春130012)

介紹以鉻天青S為顯色劑，在表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨存在下，測試食品中微量鋁的含量。討論了測試體系的酸度、表面活性劑用量對測定結果的影響及樣品預處理技術。推薦該實驗作為低年級本科生的分析化學研究型教學實驗。

為了培養學生實踐能力與創新精神，在基礎分析化學實驗中增設了研究型實驗，并實施開放實驗教學。用分光光度法測定油條、粉條等食品中微量鋁的含量是學生根據自己的興趣自選的實驗題目之一。鋁是地殼中儲量豐富的金屬元素，被廣泛用于日常生活，但在給人們帶來方便的同時，鋁的潛在毒性也給人們健康帶來危害。世界衛生組織和聯合國糧農組織(WHO/ FAO)于1989年正式將鋁確定為食品污染物加以控制，我國也于1994年提出了面制食品中鋁的限量衛生標準［1］。學生在查閱資料［1-4］基礎上，將自己所掌握的分析化學知識和實驗技能用于食品分析和公共健康等領域，通過對最佳實驗條件、實際樣品預處理及實驗方法驗證等方面進行初步的探索與研究而設計了食品中微量鋁的測定這一實驗，該實驗有助于學生了解科學研究的基本步驟和途徑，培養學生科技文獻查閱能力和知識的運用能力以及獨立設計實驗方案并驗證其準確性的能力。通過實驗，學生還可以掌握一些食品樣品預處理技術，提高數據處理能力和科技寫作能力。

1 實驗原理

在適宜pH條件下，鋁與鉻天青S(CAS)及表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)形成三元膠束絡合物［4］(圖1)。其最大吸收波長為624nm，ε=5.9×104L·mol－1·cm－1，具有較高的靈敏度。

圖1 Al3+與CAS、CTMAB形成三元膠束絡合物

2 試劑與儀器

2.1 儀器

UV-1700微量紫外可見分光光度計(日本島津公司)，pHS-3C型精密pH計。

2.2 試劑

1mg/mL鋁標準貯備液(用硫酸配制):準確稱取0.1000g鋁粉(99.99%)于塑料燒杯中，加蒸餾水約10mL，再加5mL NaOH(10%)使其溶解。待鋁粉完全溶解后，加入濃H2SO4溶液1.0mL，充分反應后移入250mL燒杯中，加熱煮沸使溶液澄清，冷卻至室溫，移入100mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，混勻;硫酸溶液(1:1和1%(體積比));CTMAB溶液(0.5g/L);抗壞血酸溶液(10g/L);鉻天青S溶液(1.5g/L);乙酸-乙酸鈉緩沖溶液(pH=5.5);NaOH溶液(0.12mol/L);Al2O3(光譜純);巖石管理樣。

3 實驗方法

分取一定量的樣品溶液于25mL容量瓶中，依次加入1.00mL 1%的硫酸溶液，4.00mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，1.00mL 10g/L抗壞血酸溶液，1.00mL 0.5g/L CTMAB溶液，1.00mL 1.5g/L鉻天青S溶液，用蒸餾水稀至刻度，搖勻。室溫放置20min后，用1cm比色皿在624nm波長下，以試劑空白為參比，測其吸光度值。

4 結果與討論

4.1 CTM AB用量的選擇

取6個25mL容量瓶，分別加入1.00mL 5μg/mL鋁標準溶液，1.00mL 1%的硫酸溶液，4.00mL乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，1.00mL 10g/L抗壞血酸溶液，0.00、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40mL 0.5g/L CTMAB溶液，1.00mL 1.5g/L鉻天青S溶液，用蒸餾水稀至刻度，搖勻。室溫放置20min后，用1cm比色皿，以試劑空白作參比(不加CTMAB和Al3+，其他按實驗方法)，在500～700nm之間掃描。結果表明，隨CTMAB加入，絡合物最大吸收峰紅移了約90nm，靈敏度提高近3倍。當CTMAB加入1.00mL時，絡合物吸光度達到最大值且穩定，此時最大吸收波長為624nm(圖2)，ε=5.9×104L·mol－1·cm－1。當CTMAB加入量大于1.00mL時，顯色體系易出現渾濁，實驗方法選擇CTMAB加入量為1.00mL。

4.2 pH的影響

取8個25mL容量瓶，分別加入1.00mL 5μg/mL鋁標準溶液，1.00mL 1%的硫酸溶液，0.12mol/L的NaOH溶液1.00、3.80、4.10、4.15、4.20、4.22、4.25、4.30mL，再加入1.00mL抗壞血酸、1.00mL CTMAB、1.00mL鉻天青S溶液，用蒸餾水稀至刻度，搖勻。上述8份溶液的pH分別為:2.37、3.86、4.87、5.32、5.91、6.81、7.11、7.70。室溫放置20min后，用1cm比色皿在624nm波長下，以試劑空白為參比，測其吸光度值。實驗結果表明，pH為5.2～6.8是體系最適宜的酸度范圍(圖3)。

4.3 工作曲線及線性范圍

移取0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50mL 5μg/mL的鋁標準溶液，分別置于7個25mL容量瓶中，以下同實驗方法，得到濃度分別為0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70μg/mL的溶液。以鋁的濃度為橫坐標，吸光度A為縱坐標，繪制工作曲線。實驗結果表明鋁濃度在0.10～0.40μg/mL范圍內有良好的線性關系，其回歸方程為y=1.15x+0.0135，相關系數r=0.998。

圖2 CTMAB用量的選擇

圖3 pH選擇

4.4 樣品預處理及樣品分析

稱取一定量油條、粉條樣品于蒸發皿中(n=5，每個樣品平行做5份)，置于煤氣燈上碳化、灰化完全，放入馬弗爐中，600℃灼燒2h。取出冷卻，將樣品轉移至石墨坩堝中，加入0.6g KOH，混勻。將石墨坩堝置于馬弗爐中，由室溫升至200℃，保持10min，待樣品熔融后，將溫度升至400℃，灼燒20min。取出冷卻，加少量蒸餾水，逐滴加入0.6mL 1:1的硫酸并不斷攪拌，補加8～9滴1%的硫酸溶液。過濾，濾液用250mL容量瓶盛接，定容，搖勻。適量移取上述試液于25mL容量瓶中，以下同實驗方法，結果見表1。所測試樣品中w(Al3+)均超過國家標準(0.0100%)。

4.5 驗證實驗

油條等食品經灼燒后，其中的鋁應為Al2O3，在樣品處理過程中，將Al2O3完全轉變為Al3+是關鍵步驟。為此本文做了驗證實驗，稱取Al2O3基準物0.2500g(n=3，平行做3份)，按4.4中的樣品預處理及實驗方法進行分析測試。分析結果平均值ˉw(Al2O3)=100.1%，與基準物質的理論值相比，相對誤差為0.1%，實驗結果表明樣品預處理方法是可行的。為驗證方法的可靠性，用巖石管理樣品做驗證實驗。稱取0.5000g試樣(n=3，平行做3份)于石墨坩堝中，以下同4.4中的樣品預處理和實驗方法。測得巖石樣品中ˉw(Al2O3)=15.81%，與參考值ˉw (Al2O3)=16.41%相比，相對誤差為－3.6%，結果偏低，這可能是由于此巖石樣品基體復雜，Al2O3含量較高，屬于常量分析范圍，采用光度法(方法本身誤差為2% ～5%)測量造成了較大誤差。盡管如此，對于食品中微量鋁含量的測定，該法是完全適用的。

表1 油條、粉條中Al3+含量分析結果

5 教學效果討論

本文介紹了一個將分析化學理論和實驗技術與食品分析相結合的研究性實驗。實驗中學生自由組合，協同合作，發揮集體的智慧，成為實驗的主人。教師和講義不再是學生獲取知識的主要來源，他們可以利用學校圖書館、校園網絡查閱參考書，汲取自己所需要的知識和收集參考資料。學生在廣泛查閱資料的基礎上，運用所學過的理論知識和實驗技能，完成實驗方案的設計，經歷了知識轉化為能力的過程，運用知識能力得到提高。學生帶著自己設計的實驗方案，走進實驗室進行實驗，對于實驗中遇到問題可以相互討論、互相啟發。這一過程培養了學生解決問題的能力，可使他們體會到創新的樂趣，對學習化學更有自信。

此實驗在吉林大學經兩年基礎分析化學實驗教學實踐，有良好的教學效果。

［1］ 中華人民共和國國家標準.GB 15202-94.面制食品中鋁限量衛生標準.北京:中國標準出版社，1997

［2］ 武漢大學.分析化學實驗.第4版.北京:高等教育出版社，1999

［3］ 王林，蘇德昭，王永芳，等.中國食品衛生雜志，1996，8(2):1

［4］ 劉凡，張元勤.樂山師范學院學報，2006，21(12):45