β-環糊精增敏橙黃IV分光光度法測定亞硝酸根離子*

陳小燕，李和平，李　冰，劉萬毅

(寧夏大學化學化工學院，寧夏　銀川　750021)

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分析測試

β-環糊精增敏橙黃IV分光光度法測定亞硝酸根離子*

陳小燕，李和平，李冰，劉萬毅

(寧夏大學化學化工學院，寧夏銀川750021)

β-CD；橙黃IV；紫外-可見光譜法；增敏；亞硝酸根離子

亞硝酸鹽常被用作食品著色劑和防腐劑，還用于織物的染色、漂白等[1]。但飲用水和食物中亞硝酸鹽超過一定含量就會對人體有害，它會與胺類反應生成致癌的亞硝基化合物。所以美國公共衛生協會規定亞硝酸鹽的飲用水限量為60 μg·L-1，可接受的每日攝入量小于0.07 mg·kg-1[2]。因此，在環境監測和食品加工中要對亞硝酸根離子進行嚴格地控制和監測。目前有許多關于測定亞硝酸鹽的方法，如分光光度法[3-4]，熒光光譜法[5-6]，電化學法[7-8]，色譜法[9]等。天然水和食品中亞硝酸根離子的測定主要用分光光度法，較經典方法是基于重氮化偶聯反應和亞硝化反應。β-CD獨有的“內疏水，外親水”的中空斜截錐形的結構可與有機分子形成主客體包合物[10]。本研究在橙黃IV與微量亞硝酸根離子發生亞硝化反應[11]的基礎上，加入β-CD與亞硝化產物通過氫鍵作用和疏水作用形成超分子包合物，使其明顯提高體系的吸光度，達到增敏的效果。以期建立測定亞硝酸根離子的新的分析測試方法。

1　實驗部分

1.1儀器與試劑

TU-1810SPC型紫外-可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司；HH-6型恒溫水浴鍋，北京長源實驗設備廠；KQ5200DE型超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；101A-1B型鼓風干燥箱，上海實驗儀器廠有限公司；BSA224S型電子分析天平，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司。

NaNO2標準溶液：用干燥過的NaNO2(分析純)和蒸餾水配制0.2 g·L-1的儲備液，100 mL溶液中加入氯仿0.4 mL以抑制細菌生長，避光冷存，使用時稀釋為4 mg·L-1的工作液；橙黃IV(分析純)，分別用蒸餾水配制0.2 g·L-1和1.0×10-4mol·L-1的溶液；β-CD(化學純)，重結晶兩次后配制0.01 mol·L-1的水溶液；HCl(分析純)，配制0.5 mol·L-1的水溶液； pH=1的KCl/HCl緩沖溶液：100 mL 0.2 mol·L-1KCl水溶液和194 mL 0.2 mol·L-1HCl溶液混合均勻。實驗用水為蒸餾水。

1.2實驗方法

1.2.1β-CD與橙黃IV包合物的形成

準確移取1.0×10-4mol·L-1橙黃IV溶液1.00 mL于10 mL的比色管中，加入1.00 mL的β-CD(0.01 mol·L-1)溶液，再加入pH=1的KCl/HCl緩沖溶液2.00 mL，加蒸餾水至刻度，混勻，超聲5 min，室溫靜置30 min。另分別移取1×10-4mol·L-1的橙黃IV溶液1.00 mL和β-CD溶液1.00 mL于10 mL比色管中，按照相同步驟處理。以蒸餾水為參比，分別測定橙黃IV+β-CD、橙黃IV和β-CD三種溶液體系的吸光度。

1.2.2不同溫度下橙黃IV和β-CD包合常數Ka的測定

移取1.0×10-4mol·L-1的橙黃IV溶液各1.00 mL于8支10 mL比色管中，依次加入0.01 mol·L-1的β-CD溶液0 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL、6.00 mL，再加入pH=1的KCl/HCl緩沖溶液2.00 mL，用蒸餾水稀釋至刻度并搖勻，超聲5 min，于恒溫水浴中分別在298 K、308 K、318 K、328 K、338 K下靜置30 min，根據不同溫度下測定的溶液吸光度值與不加β-CD的吸光度值之差，再結合Hildebrand-Benesi方程[12-13]，得出在不同溫度下的穩定常數Ka列于表1中。

1.2.3β-CD對橙黃IV與亞硝酸根反應的影響

在25 mL比色管中，加入5 mL NaNO2標準溶液，0.2 g·L-1橙黃IV溶液2.00 mL，加水至10 mL，再加入0.5 mol·L-1HCl溶液2.0 mL，加入一定量的β-CD溶液，用蒸餾水定容至刻度并搖勻，靜置15 min。以試劑空白為參比，用1 cm比色皿，在348 nm和526 nm波長處測定溶液吸光度(分別記為A348，A526)。以雙波長疊加法計算吸光度A=A348+A526，通過吸光度確定加入β-CD的用量。

2　結果與討論

2.1包合物的形成

在客體分子被包合后，最大吸收波長會紅移或藍移，而且吸光度會發生變化[12]。圖1分別為橙黃IV(1.0×10-5mol·L-1)+β-CD(1.0×10-3mol·L-1)、橙黃IV(1.0×10-5mol·L-1)和β-CD(1.0×10-3mol·L-1)三種溶液的吸收曲線，可看出β-CD幾乎沒有吸收，而橙黃IV在加入β-CD后，最大吸收波長從529 nm 藍移至448 nm。說明橙黃IV與β-CD形成了包合物。β-CD的內腔是疏水性的，所以極性大的化合物和帶電的離子均不易進入β-CD的空腔[13]。由于橙黃IV分子的一端為疏水性的苯環，另一端的苯環上連有—SO3Na基團(見圖2)，所以極有可能橙黃IV疏水端的苯環被β-CD包合，包合反應式如圖2。

圖1　三種溶液的吸收曲線圖

圖2　橙黃IV和β-CD的包合反應方程式

2.2溫度對橙黃IV和β-CD包合常數Ka的影響

運用紫外-可見分光光度法研究不同溫度下的包合常數，測定最大吸收波長λmax=529 nm，假設橙黃IV和β-CD形成1:1的包合物，根據Hildebrand-Benesi方程及相應的數據處理，可得到1/ΔA～1/[CD]0的線性方程及包合常數(見表1)。

表1　不同溫度下的包合常數

由表1可知，隨著溫度升高，包合常數呈減小趨勢，說明升高溫度不利于包合反應的進行。而且，由Hildebrand-Benesi方程得出橙黃IV和β-CD都形成了包合比為1:1的包合物。

2.3β-CD增敏橙黃IV測定亞硝酸根離子

2.3.1β-CD用量對吸光度的影響

在室溫下，按1.2.3步驟加入其他試劑后，依次加入表2中不同量的β-CD溶液，由吸光度A，確定β-CD的最佳用量。

表2　加入不同量β-CD的溶液吸光度變化

由表2看出，隨著β-CD加入量的增加，溶液的吸光度逐漸增大，這可能因為一部分橙黃IV先與NaNO2進行亞硝化反應，生成的-NO基團與已包合橙黃IV的β-CD的伯羥基形成氫鍵(圖3)，促使包合反應的進行，并使體系的吸光度增大。當β-CD加入量大于0.40 mL時，多余的β-CD不會產生吸收峰，吸光度趨于穩定，所以β-CD的最佳用量為0.40 mL，此時吸光度比不加β-CD增加0.228。

圖3　β-CD與橙黃IV的亞硝化產物形成的氫鍵示意圖

2.3.2橙黃IV用量的影響

按照步驟1.2.3的實驗方法，考察不同橙黃IV用量對吸光度的影響，結果表明當0.2 g·L-1橙黃IV溶液用量為2.00 mL時，吸光度值最大，本實驗選用0.2 g·L-1橙黃IV 2.00 mL(見表3)。

表3　橙黃IV用量的影響

2.3.3顯色時間的影響

吸光度隨顯色時間的變化如圖4所示，結果表明，當顯色時間在10 min后，吸光度達到最大且比較穩定。故本實驗顯色時間在15 min。

圖4　顯色時間的影響

2.3.4工作曲線

2.3.5共存離子的影響

2.3.6樣品回收率的測定

標準加入法測定回收率結果見表4。

表4　樣品回收率的測定

3　結　論

[1]郭世珺，曾常春，李麗君. 亞硝酸鈉化高鐵血紅蛋白的拉曼光譜量化檢測研究[J]. 光譜學與光譜分析，2013，33(7)：1805-1809.

[2]Yu-Xian Guo, Qing-Feng Zhang, Xincheng Shangguang, et al. Spectrofluorimetric determination of trace nitrite with o-phenylenediamine enhanced by hydroxypropyl-β-cyclodextrin [J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2013, 221 (101): 107-111.

[3]唐清華，陳玉靜. 雙波長催化光度法測定痕量亞硝酸根[J]. 分析科學學報，2010，26(3)：370-372.

[4]董彥，呂春玲. 基于亞硝化反應分光光度法測定亞硝酸根[J]. 光譜學與光譜分析，2001，21(5)：710-712.

[5]劉奇，魏靜娟，王愛軍. β-環糊精增敏中性紅熒光猝滅法測定痕量亞硝酸根[J]. 分析試驗室，2011，30(7)：6-9.

[6]Feng Gao, Li Zhang, Lun Wang, et al. Ultrasensitive and selective determination of trace amounts of nitrite ion with a novel fluorescence probe mono[6-N(2-carboxy-phenyl)]-β-cyclodextrin[J]. Analytica Chimica Acta, 2005, 533 (1): 25-29.

[7]劉趙榮，王玉春，弓巧娟. 電化學摻銅(Ⅱ)類普魯士藍膜修飾電極的制備及其對亞硝酸根的測定[J]. 分析化學，2010，38(7)：1040-1043.

[8]汪雪，李輝，吳敏，等. 石墨烯-殼聚糖/金納米粒子修飾電極同時測定亞硫酸根和亞硝酸根[J]. 分析化學，2013，41(8)：1232-1237.

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[10]陳鴻雁，陳善全，宋偉，等. β-環糊精與肉桂醇包結物的制備及包結性能的研究[J]. 化學研究與應用，2014，26 (4): 566-571.

[11]徐紅，劉紹璞，羅紅群. 橙黃IV分光光度法測定微量亞硝酸根[J]. 理化檢驗(化學分冊)，2006，42(11)：949-950.

[12]Abdulilah Dawoud Bani-Yaseen, Abeer Mo’ala. Spectral, thermal, and molecular modeling studies on the encapsulation of selected sulfonamide drugs in β-cyclodextrin nano-cavity[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2014, 131: 424-431.

[13]童林薈. 環糊精化學—基礎與應用[M]. 北京：科學出版社，2001.

Determination of Nitrite Ion by β-cyclodextrin Sensitizing Orange IV with UV-vis Spectroscopy*

CHEN Xiao-yan, LI He-ping, LI Bing, LIU Wan-yi

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Ningxia University, Ningxia Yinchuan 750021, China)

A new method was developed for the determination of nitrite ion by β-cyclodextrin (β-CD) sensitizing orange IV being supramolecular inclusion of β-CD and orange IV. The result showed that 1:1(orange IV:β-CD) inclusion complexes were formed, higher temperature did not favor the inclusion reaction concluded from the binding constants at different temperatures. The inclusion of β-CD and nitrosation product from orange IV enhanced obsorbance, thus increased the sensitivity of the determination. Beer’s law was obeyed over the range of 0～0.82 μg·mL-1for nitrite ion.

β-CD; orange IV; UV-Vis spectroscopy; sensitization; nitrite ion

國家自然科學基金資助項目(21266025)。

陳小燕(1978-)，女，高級實驗師，主要從事有機合成及分析方面的研究。

O657.3

A

1001-9677(2016)01-0109-03