Cu2＋-鎢酸鹽-羅丹明6G體系共振散射光譜法測定面粉和茶葉中微量銅

邵婭婷，毛智成，王沛霖，陳 瑾，曹秋娥*

（云南大學化學科學與工程學院，教育部自然資源藥物化學重點實驗室，云南 昆明 650091）

Cu2＋-鎢酸鹽-羅丹明6G體系共振散射光譜法測定面粉和茶葉中微量銅

邵婭婷，毛智成，王沛霖，陳 瑾，曹秋娥*

（云南大學化學科學與工程學院，教育部自然資源藥物化學重點實驗室，云南 昆明 650091）

利用Cu2+和鎢酸鹽形成的銅鎢雜多酸陰離子與羅丹明6G陽離子結合生成離子締合物的反應，建立一種測定Cu2+的共振散射光譜法。該反應在聚乙烯醇存在條件下，于589 nm波長處產生的共振散射光強度與Cu2+質量濃度在0.05～1.0 ng/mL范圍內有良好的線性關系，線性回歸方程為ΔI=4.38+77.12c （r=0.997 1），方法的儀器檢出限為0.026 ng/mL。方法簡單、快速、靈敏度高，且大量存在的常見離子對Cu2+的測定不干擾，將其用于面粉和茶葉樣品中銅的測定，相對標準偏差在3.5%以內，回收率在96.7%～104.1%之間。

共振散射光譜法；銅；羅丹明6G；面粉；茶葉

銅是人體健康不可缺少的微量元素之一，對機體的新陳代謝有重要的調節作用。體內銅攝入量不足，可引起頭暈、乏力、耳鳴、眼花、骨質疏松等系列疾病；攝入過量，則會引起惡心、嘔吐、上腹疼痛、急性溶血和腎小管變形等中毒現象[1-2]。由于銅主要從日常飲食中攝入，所以分析測定食品中銅的含量對于保護人體健康具有重要意義。目前用于測定微量銅的方法有原子吸收光度法[3-4]、原子熒光光譜法[5]、電感耦合等離子體發射光譜法[6-7]、電感耦合等離子體質譜法[8-9]、電化學分析法[10-11]、分子熒光光譜法[12-13]、分光光度法[14-15]以及共振散射光譜法[16-19]等，其中共振散射光譜法因為具有儀器和操作簡單、靈敏度高、選擇性好的特點，所以在微量和痕量組分包括銅的分析中具有明顯優勢[20-24]。王盛棉等[16]以DNA酶裂解-納米金體系建立了一個測定痕量Cu2+的共振散射光譜法，該方法的線性范圍為15～1 250 nmol/L，檢出限為8 nmol/L；孫雙姣等[17]基于Cu（Ⅱ）與銅試劑形成的螯合物微粒在320 nm波長處有強共振散射光，建立了一個測定痕量銅的共振散射光譜法，其線性范圍為0.025～1.524 μg/mL，檢出限為0.003 8 μg/mL；溫桂清等[18]基于Cu2+被還原后的Cu+與新銅試劑生成的絡合物對納米金在580 nm波長處的共振散射光有較強的吸收，從而致使納米金在580 nm波長處的共振散射光強度降低，建立測定痕量銅的共振散射光譜法，該方法的線性范圍為0.02～2.54 μg/mL，檢出限為0.001 μg/mL；Long Yunfei等[19]基于他們合成的一個新試劑N,N’-二（2-氨基苯基）乙二酰二胺與Cu2+反應后其散射光強度顯著增強的現象，建立測定Cu2+的共振散射光譜法，其線性范圍為0.9～31.0 μmol/L，檢出限為97.6 nmol/L。但迄今為止，利用Cu2+與鎢酸鹽形成的銅鎢雜多酸陰離子與羅丹明6G陽離子結合生成離子締合物的反應，測定Cu2+的共振散射光譜法未見文獻報道。實驗發現，在聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）存在下，Cu2+與WO42—及羅丹明6G生成的離子締合物在589 nm波長處能產生強烈的共振光散射現象，而且據此建立的測定Cu2+的共振散射光譜法的靈敏度明顯高于很多同類方法的靈敏度[16-19]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉、茶葉 市購。

Cu2+標準溶液：準確稱取0.100 0 g的電解銅用HCl和H2O2加熱溶解完全后，繼續加熱除去過量的H2O2。待溶液冷卻到室溫后，用水定容于1 000 mL的容量瓶中，得到0.100 mg/mL的Cu2+儲備液；Cu2+工作溶液（10.0 ng/mL）由儲備液用水稀釋得到。Na2WO4溶液：0.5 g/L；羅丹明6G溶液：0.05 g/L；PVA溶液：20.0 g/L；H2SO4溶液：6.0 mol/L。實驗所用試劑均為分析純，水為高純水。

1.2 儀器與設備

F-4500型熒光分光光度計 日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品溶液的制備

準確稱取5.0 g左右干燥后的樣品，先在300 ℃條件下炭化，然后放入650 ℃的馬弗爐中灼燒4 h。取出冷卻后，加入2.0 mL濃H2SO4溶解殘渣，轉入燒杯中，加過量濃NH3?H2O沉淀Fe3+和Al3+等離子，過濾，濾液加熱除NH3。最后將濾液轉入100 mL的容量瓶中，并用水稀釋至刻度，搖勻。

比如，外資辦百貨商店、超級市場，涉及外資零售權、百貨進口權、國內商品采購出口權、外匯調劑權、減征關稅和所得稅。又比如，建設保稅區，涉及區內免關稅、免許可證；國內外企業可以在區內設立國際貿易機構；區內企業不僅可做一般的進出口貿易，還可做國際轉口貿易，可從事生產資料交易中心業務；作為境內關外的地區，外匯全額留成，各國貨幣可以流通。

1.3.2 原理

本方法是利用Cu2+先與鎢酸鹽形成銅鎢雜多酸，然后銅鎢雜多酸陰離子再與酸性介質中的羅丹明6G陽離子結合生成離子締合物，該離子締合物在有分散劑PVA存在的水溶液中于589 nm波長處能產生強烈的共振光散射信號，從而實現對Cu2+的檢測。

1.3.3 測定方法

移取適量Cu2+標準溶液或樣品溶液（Cu2+含量不高于25.0 ng）于25 mL比色管中，加入2.5 mL 0.5 g/L的Na2WO4溶液，用水稀釋至10.0 mL刻度后，放置10 min。然后依次加入3.0 mL 6.0 mol/L的H2SO4溶液，2.5 mL 20.0 g/L的PVA溶液，2.0 mL 0.05 g/L的羅丹明6G溶液，用水稀至刻度，搖勻。設置熒光光譜儀的激發和發射狹縫寬度均為5.0 nm，于250～700 nm范圍內進行同步波長掃描（Δ λ= 0），獲得共振散射光譜，或在589 nm波長處分別測定締合物體系及試劑空白的光散射強度I及I0，計算ΔI = I—I0。

2 結果與分析

2.1 共振散射光譜及波長的選擇

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

離子締合物體系與試劑空白的共振散射光譜見圖1，在試劑空白中加入一定量的Cu2+以后，體系的最大共振散射波長由551 nm紅移到了589 nm處，說明Cu2+與WO42—及羅丹明6G之間發生了明顯的締合反應，形成了離子締合物。由于離子締合物體系與試劑空白在589 nm波長處的散射光強度差值ΔI最大，并與Cu2+的加入量在一定的質量濃度范圍內有良好的線性關系，因此，實驗選擇589 nm作為測定波長。

2.2 反應條件的優化結果

2.2.1 酸的種類及其用量的選擇

考察2.0 mL濃度為6.0 mol/L的H2SO4溶液以及體積比均為1∶1的HCl、HNO3與HClO4溶液對試劑空白及離子締合物體系散射光強度的影響。結果表明，締合物體系在6.0 mol/L的H2SO4介質中靈敏度最高，而且在6.0 mol/L的H2SO4溶液中，試劑空白小。進一步考察6.0 mol/L的H2SO4溶液用量對測定的影響。結果發現，隨著H2SO4溶液用量的增加，試劑空白的散射光強度變化不大，但離子締合物體系的散射光強度則先逐漸增加，然后H2SO4溶液用量在2.5～4.0 mL之間時達到最大值并基本穩定，隨后又稍有下降。這可能是因為隨H2SO4濃度的增加，體系中H+濃度增加，從而有利于羅丹明6G的質子化和離子締合物的形成；但當H2SO4濃度過高時，SO42—可能會與銅鎢雜多酸陰離子競爭結合質子化的羅丹明6G陽離子，從而不利于銅鎢雜多酸與羅丹明6G形成離子締合物。實驗選擇以3.0 mL 6.0 mol/L的H2SO4溶液來控制體系的酸度。

2.2.2 分散劑種類及其用量的選擇

Cu2+與WO42—及羅丹明6G生成的離子締合物難溶于水，所以實驗采用分散劑進行増溶。考察體積分數為2.0%的Tween-20、Tween-80、OP以及質量體積分數為20.0 g/L的PVA和阿拉伯膠對體系散射光強度及離子締合物溶解能力的影響。結果表明，上述分散劑都能增溶締合物，但以PVA的增敏效果最好。因此，實驗選擇PVA作為分散劑。

在0.5～5.0 mL范圍內考察20.0 g/L PVA的用量對檢測靈敏度的影響。結果表明，離子締合物體系和試劑空白的散射光強度都隨PVA溶液加入量的增加而增加，但締合物體系與試劑空白的散射光強度差值ΔI在PVA溶液的加入量2.0～3.5 mL時具有最大并基本穩定的值，故實驗選擇PVA溶液的用量為2.5 mL。

2.2.3 Na2WO4溶液用量的選擇

Na2WO4溶液的質量濃度對試劑空白和離子締合物體系的散射光強度都有強烈的影響。在0.5～5.0 mL范圍內，隨著0.5 g/L Na2WO4溶液用量的增加，試劑空白的散射光強度不斷增加，而離子締合物體系的散射光強度則先增加后減弱。這可能是因為在Na2WO4質量濃度不高時，隨Na2WO4溶液用量的增加，一方面WO42—與羅丹明6G陽離子之間的結合能力增加，另一方面，WO42—與Cu2+形成銅鎢雜多酸陰離子并進一步與羅丹明6G形成離子締合物的能力也在增加，導致試劑空白和離子締合物體系的散射光強度都增加。但是，當體系中的Cu2+與WO42—反應完后，進一步增大Na2WO4的質量濃度，WO42—與羅丹明6G之間的結合能力繼續增加，這不僅會使試劑空白的散射光強度繼續增加，也會導致銅鎢雜多酸與羅丹明6G之間的締合能力下降和離子締合物體系的散射光強度下降。當Na2WO4溶液的用量為2.0～3.0 mL時，離子締合物體系和試劑空白的散射光強度差值ΔI達到了最大并基本穩定。實驗選用0.5 g/L Na2WO4溶液的用量為2.5 mL。

2.2.4 羅丹明6G用量的選擇

質量濃度為0.05 g/L的羅丹明6G溶液的加入量對試劑空白的散射光強度影響很小，但隨著其用量的增加，離子締合物體系的散射光強度先增加，然后基本穩定在其用量達到1.5 mL以后。因此，實驗選用0.05 g/L羅丹明6G溶液的用量為2.0 mL。

2.2.5 反應時間和穩定性

Cu2+與WO42—形成雜多酸需要5 min以上，而雜多酸可以與羅丹明6G迅速反應形成離子締合物。因此，本實驗在加入Na2WO4以后，放置10 min再加入其他試劑。離子締合物一旦形成，其散射光強度在24 h以內基本不變。

2.3 方法的線性范圍、靈敏度及精密度

在選定的實驗條件下研究了用Cu2+-鎢酸鹽-羅丹明6G體系測定Cu2+的工作曲線。結果表明，締合體系相對于空白的散射光強度ΔI與Cu2+的質量濃度在0.05～1.0 ng/mL范圍內具有良好的線性關系，其線性回歸方程為ΔI=4.38+77.12c，相關系數r=0.997 1。對試劑空白進行7 次平行測定，其標準偏差s為0.67，按3s/K（K為工作曲線的斜率）計算得到該方法的儀器檢出限為0.087 ng/mL。對質量濃度為0.25 ng/mL的Cu2+標準溶液平行測定7 次，相對標準偏差為2.3%。

2.4 方法的應用性研究

2.4.1 共存離子的影響

考察20多種常見共存離子對方法的影響結果表明，當允許相對誤差在±5%以內時，各共存離子在下列存在量（ng/mL）不干擾0.25 ng/mL Cu2+的測定：Ca2+、Mg2+、Zn2+、Co2+、Mn2+、F—、I—、Br—（200）；Ag+、Pb2+、Hg2+（50）；V（V）、Cr（VI）（25）；Cd2+、Sn2+、As（Ⅴ）（15）；Bi3+、Al3+、Se（Ⅳ）、Mo（Ⅵ）（10）；Fe3+、Ni2+（5）；Au（Ⅲ）、Pt（Ⅳ）、Pd（Ⅱ）（2.5）。可見，方法具有較好的選擇性。

2.4.2 樣品分析

將樣品溶液經適當稀釋后，按實驗方法和GB/T 5009.13—2003《食品中銅的測定》中的火焰原子吸收光譜（flame atomic absorption spectrometry，FAAS）法進行測定，并對樣品溶液進行加標回收實驗。樣品測定結果和加標回收率測定結果見表1。可見，用本方法測定得到的結果與標準值或用FAAS法測定得到的結果基本一致，而且本方法測定結果的相對標準偏差在3.5%以內，加標回收率在96.7%～104.1%間。

表1 食品樣品中銅分析結果（n=5）Table1 Results for the determination of copper in food samples (n = 5) = 5)

3 結 論

本實驗基于Cu2+和鎢酸鹽形成的銅鎢雜多酸陰離子與羅丹明6G陽離子結合生成離子締合物的反應，建立了測定Cu2+的共振散射光譜法。該方法不僅操作簡單、方便，而且與部分文獻報道的測定銅的共振散射光譜法[16-19]相比，具有更高的靈敏度和更好的選擇性。

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Determination of Copper in Flour and Tea by Resonance Light-Scattering Technique with Cu2+-Tungstate-Rhodamine 6G System

SHAO Yating, MAO Zhicheng, WANG Peilin, CHEN Jin, CAO Qiu’e*
(Key Laboratory of Medicinal Chemistry for Nature Resource, Ministry of Education, School of Chemical Science and Technology, Yunnan University, Kunming 650091, China)

Objective: To develop a method for the determination of copper in food samples. Methods: Resonance lightscattering technique was used. Results: The resonance light-scattering signal at 589 nm was observed when a ion-associated complex was formed among Cu2+, tungstate and rhodamine 6G in the presence of polyvinyl alcohol (PVA). The lightscattering intensity increased linearly with increasing concentration of Cu2+in the range of 0.05–1.0 ng/mL. The linear regression equation was ΔI = 4.38 + 77.12c (r = 0.997 1), and the detection limit was 0.026 ng/mL. The relative standard deviations and recovery rates of the proposed method for the determination of copper in flour and tea were less than 3.5% and in the range of 96.7%–104.1%, respectively, suggesting that this method was free from the interference of significant amounts of other common ions. Conclusion: The proposed method possesses the advantages of simple operation, rapid determination, excellent reproducibility, high sensitivity and good selectivity so that it can be used for the determination of copper in food samples.

resonance light-scattering technique; copper; rhodamine 6G; flour; tea

TS207.3

A

1002-6630（2015）04-0110-04

10.7506/spkx1002-6630-201504021

2014-03-28

教育部博士點專項基金項目（20125301110005）

邵婭婷（1990—），女，碩士研究生，研究方向為光譜分析。E-mail：yatingshao@126.com

*通信作者：曹秋娥（1967—），女，教授，博士，研究方向為分離科學與光譜分析。E-mail：qecao@ynu.edu.cn