溴甲酚綠探針瑞利光散射技術快速測定奶粉中的鐵

龐向東，張 梅，江 虹*

（長江師范學院化學化工學院，重慶 408100）

溴甲酚綠探針瑞利光散射技術快速測定奶粉中的鐵

龐向東，張 梅，江 虹*

（長江師范學院化學化工學院，重慶 408100）

建立定量測Fe（Ⅲ）的瑞利光散射新方法，并研究適宜的反應條件及瑞利散射光譜特征。結果發現，在pH 3.4～6.8的Tris-鹽酸介質中，Fe（Ⅲ）與溴甲酚綠結合，導致瑞利光散射明顯增強，并產生新的瑞利散射光譜。最大瑞利散射峰位于波長339 nm處，在此波長處，瑞利散射增強程度（ΔIRLS）與Fe（Ⅲ）質量濃度在0.005～0.17 mg/L范圍內呈良好的線性關系，檢出限為0.002 4 mg/L。方法可用于市售奶粉中Fe含量的測定，結果滿意。

溴甲酚綠；鐵；奶粉；瑞利散射

鐵（Fe）是自然界中的一種常見元素，也是人體內含量豐富的礦物質微量元素，它是維持生命、制造血紅素的主要物質，是促進維生素B族代謝的必要物質。人體內的Fe主要來自食物，若人體缺Fe，則會引起貧血。可見，Fe在人的生長發育過程中起著非常重要的作用。牛奶富含營養物質，已被越來越多地應用于食品加工，如補充礦物質Fe等元素的嬰兒配方奶粉、幼兒配方奶粉、兒童配方奶粉等，由于Fe對人體健康尤其是嬰幼兒的成長起著舉足輕重的作用，因此，對這類食品中Fe等礦物質元素含量的監控已日益頻繁。目前，測定食品中Fe的方法主要是原子吸收法[1-10]和紫外-可見分光光度法[11-19]，也有熒光法[20-21]、化學發光法[22]、電化學分析法[23-24]和原子發射法[25]等的報道。原子吸收法雖有較高的準確度，但存在儀器價格較貴、分析成本較高、操作繁瑣、檢測時間較長、對樣品前處理要求較高，還需單獨配備元素燈等不足。分光光度法所需儀器價格低廉，但靈敏度不夠高。熒光法簡便、快速，但檢出限通常比光度法差。化學發光法靈敏度高、線性范圍寬、操作簡便，但選擇性較差。電化學分析法靈敏度高、選擇性好、易于集成化、微型化，但電極與分離通道的準確定位，消除分離電場對檢測的影響等有待進一步研究。原子發射光譜法快速、準確，但設備和操作費用較高。因此，為能更好地對市場中含Fe食品進行質量控制，研究快速、靈敏、準確的測定Fe含量方法有著極為重要的意義。

瑞利散射（Rayleigh scattering，RLS）技術是近年發展起來的一種高靈敏的分析方法，其靈敏度可達納克級，所用儀器只需普通的熒光分光光度計即可。這種方法在藥物分析方面已有較多應用，但溴甲酚綠（bromocresol green，BCG）探針RLS技術用于食品中Fe含量的測定尚未見報道。本實驗研究BCG與Fe（Ⅲ）相互作用的RLS光譜、反應條件及共存物質的影響，建立測定系列奶粉中Fe含量的RLS法。該法所需試劑易得，操作簡單易行，適于批量樣品的測定。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

全脂奶粉（1#）、中老年奶粉（2#）、幼兒配方奶粉（3#～4#）、嬰兒配方奶粉（5#～6#）、兒童配方奶粉（7#～10#）、高鈣高鐵奶粉（11#～12#） 市售；BCG 上海化學試劑三廠；NH4Fe(SO4)2·12H2O 南京化學試劑有限公司；所用試劑均為分析純；實驗用水均為超純水。

1.2 儀器與設備

F-2500型熒光分光光度計 日本日立公司；pHS-3C精密酸度計 上海虹益儀器儀表有限公司。

1.3 方法

1.3.1 溶液配制

Fe（Ⅲ）標準溶液：準確稱取0.241 0 g NH4Fe(SO4)2·12H2O，置于燒杯中，加少量水和2.0 mL 0.10 mol/L硫酸溶液，定量轉移到500 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，即得55.85 mg/L Fe（Ⅲ）標準貯備液，取此液稀釋100 倍，即配成0.558 5 mg/L Fe（Ⅲ）工作液；BCG溶液：稱取適量BCG于小燒杯中，加入適量無水乙醇溶解后，移入1 000 mL容量瓶中，用水稀至刻度，即配成1.0× 10－3mol/L溶液。三羥甲基氨基甲烷（trihydroxymethyl aminomethane，Tris）-鹽酸緩沖溶液：0.10 mol/L鹽酸和0.20 mol/L Tris溶液混合，用酸度計測定，配成pH 3.0、3.4、3.8、4.2、4.8、5.6、6.2、6.8、7.9、8.5緩沖溶液。

1.3.2 樣品處理

分別準確稱取1#～12#奶粉各10.000 0 g于瓷坩堝中，在電爐上低溫加熱，樣品炭化后，將溫度調至500～550 ℃灼燒灰化，直至殘灰成白色或淺灰色，冷卻后，加入2.0 mL濃硝酸溶液，溶解（使Fe以Fe（Ⅲ）離子形式存在），蒸干，再加適量蒸餾水，攪勻后過濾，濾液用水定容至1 000 mL，即得待測液。

1.3.3 RLS測定

在10 mL具塞比色管中，準確加入適量的0.558 5 mg/L Fe（Ⅲ）標準溶液或樣液、1.00 mL pH 6.2 Tris-鹽酸緩沖溶液和1.50 mL 1.0×10－3mol/L BCG溶液，用超純水稀釋至10 mL，搖勻，5 min后在熒光分光光度計上以λEx=λEm=220 nm，測定狹縫10 nm，進行同步掃描，得RLS光譜，在最大RLS波長處測定體系的RLS強度（IRLS）和試劑空白的RLS強度（I0），計算ΔIRLS。

2 結果與分析

2.1 RLS光譜

圖1 BCG與Fe（Ⅲ）的RLS光譜Fig.1 RLS spectra of Fe(Ⅲ) and bromocresol green

從圖1可知，Fe（Ⅲ）和BCG自身的RLS光譜較弱（曲線1和曲線2），單獨的BCG溶液的最大散射波長位于304 nm處，當在Fe（Ⅲ）的酸性溶液中加入BCG溶液后，結合物的RLS明顯增強，并產生具有3 個散射峰的新RLS光譜（曲線8），其最大RLS峰位于波長339 nm處，紅移波長35 nm，次大散射峰位于波長452 nm處，紅移波長148 nm，最小峰位于波長270 nm，紫移波長34 nm，波的移動說明確實生成了新物質，但只有在波長339 nm處，Fe（Ⅲ）在一定質量濃度范圍內，隨著Fe（Ⅲ）質量濃度的增加，IRLS呈線性增強（曲線3～8），故波長為339 nm時，可用于Fe（Ⅲ）的定量測定。

2.2 反應條件的選擇

2.2.1 pH值

圖2 pH值的影響Fig.2 Effect of buffer pH on ΔIRLS

在Fe（Ⅲ）質量濃度為0.0558 mg/L，BCG溶液濃度為1.5×10－4mol/L條件下考察不同pH值的Tris-鹽酸緩沖溶液對體系ΔIRLS強度的影響（圖2）。結果表明，當pH值在3.4～6.8范圍內，體系的ΔIRLS較大，實驗用pH 6.2的Tris-鹽酸緩沖溶液，適宜用量為1.0 mL。

2.2.2 BCG溶液濃度

在Fe（Ⅲ）質量濃度為0.055 8 mg/L，pH 6.2條件下考察不同濃度的BCG溶液對體系ΔIRLS的影響（圖3）。結果表明：BCG溶液的濃度在1.2×10－4～1.8×10－4mol/L時，體系的ΔIRLS相對較大，靈敏度較高。實驗用1.0× 10－3mol/L BCG溶液1.5 mL。

圖3 BCG溶液濃度的影響Fig.3 Effect of bromocresol green concentration on ΔIRLS

2.2.3 試劑加入順序

考察BCG溶液、Fe（Ⅲ）溶液及Tris-鹽酸溶液在不同加入順序時對體系ΔIRLS的影響。結果表明：各種不同加入順序對體系的ΔIRLS無影響，故以任何順序加入試劑均可。

圖4 反應時間的影響Fig.4 Effect of reaction time on ΔIRLS

2.2.4 反應時間及穩定性考察不同反應時間對體系ΔIRLS的影響（圖4）。結果表明：室溫條件下，體系在5 min內即可反應完全，反應產物的ΔIRLS值至少可穩定1 h，故實驗選在5 min后測定。

2.3 標準曲線

圖5 標準曲線Fig.5 Standard curves

在優化的實驗條件下，測定了Fe（Ⅲ）標準溶液在不同質量濃度時體系的ΔIRLS，并以ΔIRLS為縱坐標，Fe（Ⅲ）質量濃度（ρ，mg/L）為橫坐標作標準曲線（圖5），其一元線性回歸方程為ΔIRLS=2.514＋3 738ρ，相關系數為0.999 4，線性范圍為0.005～0.17 mg/L，方法的檢出限為0.002 4 mg/L。

2.4 方法的選擇性

表1 共存物質的影響Table1 Effect of coexisting substances

在優化條件下，考察一些常見物質對測定0.055 8 mg/L Fe（Ⅲ）的RLS性能的影響，結果列于表1。糖類、氨基酸及常見陰、陽離子均不干擾測定，方法有較高的選擇性。

2.5 樣品分析

表2 樣品分析結果及回收實驗（n =6）Table2 Analytical results of samples and recovery tests ( n= 6)

取1.3.2節待測樣液1.0 mL于10 mL比色管中，按1.3.3節方法加入其他試劑溶液，掃描RLS光譜，各平行測定6 份，并與原子吸收法[1]對照，同時作加標回收實驗（n=6），結果見表2。本法的測定結果與原子吸收法基本一致，加標回收率為98.7%～101.6%，相對標準偏差為0.8%～1.3%。結果顯示，該方法有較高的準確度和精密度。

3 結 論

用BCG作探針，采用RLS技術測定鐵含量，方法簡便、快速、靈敏，有較高的準確度、精密度和選擇性，可用于市售系列奶粉中Fe的測定，不足之處為線性范圍較窄。

參考文獻：

[1] 衛生部. GB/T 5009.90—2003 食品中鐵、鎂、錳的測定[S]. 北京:中國標準出版社, 2003.

[2] 林建原, 徐亞平, 徐金煒, 等. 懸浮液進樣-火焰原子吸收光譜法測定海產品中銅、鐵、鋅[J]. 食品科學, 2008, 29(3): 396-399.

[3] 唐文華, 蔣天智, 譚甫成, 等. 原生態從江香禾糯中Fe、Cu含量的測定[J]. 安徽農業科學, 2011, 39(1): 81-82.

[4] 唐開紅, 馬艷君. 微波消解-火焰原子吸收法測定黑色食品中微量元素[J]. 中國衛生工程學, 2012, 11(6): 507-509.

[5] 潘建芳. 火焰原子吸收光譜法測定奶類食品中銅鋅鐵錳[J]. 理化檢驗: 化學分冊, 2007, 43(3): 209-210.

[6] 邱棋偉, 張海霞. 原子吸收光譜法測定嬰幼兒配方食品和乳粉中鈣、鐵、鋅[J]. 醫學動物防制, 2008, 24(5): 339-340.

[7] WANG Zhihua, CAI Min, WANG Shujun. Determination of iron in layered crystal sodium disilicate and sodium silicate by fl ame atomic absorption spectrometry with boric acid as a matrix modifier[J]. Chinese Chemical Letters, 2006, 17(6): 809-812.

[8] QIAN Shahua, HUANG Ganquan, XUE Aifang, et al. Determination of trace iron in high purity sodium fl uoride by graphite furnace atomic absorption spectrometry[J]. Wuhan University Journal of Natural Sciences, 2000, 5(1): 106-108.

[9] REN Yulan, ZHENG Wei, YING Zhiwei, et al. Determination of Fe, Ca, Mn, Cr, Ni and Cu in Allium macrostemon by AAS[J]. Medicinal Plant, 2012, 3(10): 87-88; 91.

[10] CUI Xiaoli, WANG Yijun, SHE Xilin. Determination of Ca, K, Mg and Fe in four fi sh species by FAAS[J]. Journal of Ocean University of China, 2010, 9(3): 235-238.

[11] PENG Yuanzhen, YUAN Dongxing, HUANG Yongming, et al. Membrane preconcentration of iron in seawater samples and on-site determination in spectrophotometry[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2012, 30(2): 315-320.

[12] JI Hongwei, XU Jian, XIN Huizhen, et al. A kinetic spectrophotometric method for the determination of iron (Ⅲ) in water samples[J]. Journal of Ocean University of China, 2008, 7(2): 161-165.

[13] SAJID H G, JIN Qinhan. Simple, selective, and sensitive spectrophotometric method for determination of trace mounts of nickel (Ⅱ), copper (Ⅱ), cobalt (Ⅱ), and iron (Ⅲ) with a novel reagent 2-pyridine carboxaldehyde isonicotinyl hydrazone[J]. Chemical Research in Chinese Universities, 2008, 24(2): 143-147.

[14] 吳蘭菊, 陳建榮, 吳小華, 等. 1-(2-噻唑偶氮)-2-萘酚-OP體系吸光光度法測定食品中鐵的含量[J]. 浙江師范大學學報: 自然科學版, 2007, 30(3): 319-321.

[15] 魏新軍, 魏倩倩, 南海娟, 等. 過氧化氫-溴甲酚紫催化光度法測定微量鐵[J]. 食品科學, 2007, 28(9): 490-492.

[16] 劉飛, 周煥英, 劉忠文, 等. 功能食品中鐵含量現場快速檢測方法的建立[J]. 食品研究與開發, 2011, 32(1): 102-105.

[17] 李富蘭, 顏杰, 郭金全, 等. 味精中微量鐵的測定[J]. 中國調味品, 2010, 35(8): 99-101.

[18] 李衛華, 古玲, 關翠林, 等. 催化動力學光度法測定食品中鐵的研究進展[J]. 山西大同大學學報: 自然科學版, 2012, 28(5): 35-38.

[19] 涂建平. 膠束增溶光度法測定味精中微量鐵[J]. 食品科學, 2007, 28(9): 155-158.

[20] 于京華, 李波, 葛慎光, 等. 新型若丹寧試劑應用于催化熒光法測定痕量鐵的研究[J]. 分析化學, 2008, 36(6): 866.

[21] 馬紅燕, 孫雪花, 田銳, 等. 基于酪氨酸熒光猝滅的熒光光度法測定水樣和奶粉中痕量鐵[J]. 理化檢驗: 化學分冊, 2009, 45(5): 575-577.

[22] 謝成根, 牛春敏, 容濤, 等. 流動注射化學發光增強法測定奶粉中鐵[J].食品科學, 2005, 26(5): 208-210.

[23] DANIELE M, ANTONELLA P, CARLO D. An analytical method for Fe(Ⅱ) and Fe(Ⅲ) determination in pharmaceutical grade iron sucrose complex and sodium ferric gluconate complex[J]. Journal of Pharmaceutical Analysis, 2012, 2(6): 450-453.

[24] 王月榮, 倪永年. 微分脈沖溶出伏安法同時測定食品中的鋅鐵錳[J].南昌大學學報: 理科版, 2003, 27(2): 148-152.

[25] 鄧澤英, 應月青. 應用電感耦合等離子體發射光譜法測定食品中的鈣鐵鋅[J]. 糧油食品科技, 2011, 19(3): 49-51.

Fast Determination of Iron in Milk Powder by Rayleigh Light Scattering Technique with Bromocresol Green as Probe

PANG Xiangdong, ZHANG Mei, JIANG Hong*
(School of Chemistry and Chemical Engineering, Yangtze Normal University, Chongqing 408100, China)

A new Rayleigh light scattering (RLS) method for quantifying Fe(Ⅲ) was developed. In Tris-HCl buffer medium at pH 3.4-6.8, Fe(Ⅲ) could be bound to bromocresol green to form a new product, leading to a distinctly enhanced RLS and the appearance of a new RLS. The maximum Rayleigh scattering peak was located at 339 nm. The RLS intensity (ΔIRLS)was directly proportional to Fe(Ⅲ) concentration in the range of 0.005 to 0.17 mg/L with the limit of detection being 0.002 4 mg/L. Therefore, a new and accurate Rayleigh light scattering method for quantifying Fe(Ⅲ) was developed. The optimal reaction conditions and Rayleigh scattering spectral characteristics were investigated. The method has been applied to the determination of iron in milk powder with satisfactory results.

bromocresol green; iron; milk powder; Rayleigh scattering

O657.3

A

1002-6630（2015）20-0148-04

10.7506/spkx1002-6630-201520028

2015-01-27

重慶市教委科技基 金資助項目（KJ1401226）

龐向東（1962—），男，副教授，本科，研究方向為分子光譜分析。E-mail：cspxdfxsch123456@163.com

*通信作者：江虹（1956—），女，教授，本科，研究方向為分子光譜分析。E-mail：jianghongch@163.com