Fe3+-H2O2-剛果紅體系阻抑動力學光度法檢測魚肉中氟含量

熊海濤

1(陜西理工大學，陜西省催化基礎與應用重點實驗室，陜西 漢中，723000)　2(陜西理工大學 化學與環境科學學院，陜西 漢中，723000)

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Fe3+-H2O2-剛果紅體系阻抑動力學光度法檢測魚肉中氟含量

熊海濤1,2*

1(陜西理工大學，陜西省催化基礎與應用重點實驗室，陜西 漢中，723000)2(陜西理工大學 化學與環境科學學院，陜西 漢中，723000)

在酸性介質中，痕量F-對Fe3+催化H2O2化剛果紅褪色反應有顯著的抑制作用，且阻抑褪色的程度與氟離子含量呈良好的線性關系，由此建立了一種新阻抑動力學光度法測定微量氟離子含量的新方法。在最優化的反應條件下，氟含量在8.0×10-7～2.0×10-5mol/L內符合比爾定律，檢出限為2.8×10-7mol/L。該法用于魚肉中氟離子含量的測定，回收率在95.50%～98.00%。

Fe3+；H2O2；剛果紅；阻抑動力學；氟；魚肉

氟是人類生命活動所必需的微量元素之一[1]，其以氟離子的形式廣泛分布于水、土壤和動植物中, 人體攝入適量的氟元素，能夠促進骨骼的發育、牙齒的鈣化，增強骨骼強度。另一方面，如果長期食用高含量氟離子的食品又會引起累積性氟中毒，如導致人體關節疼痛、韌帶鈣化、骨質增生、行動不便等癥狀，嚴重的甚至還會造成脊椎彎曲、癱瘓等[2]。因此，有關氟離子在食品中的含量檢測及安全性分析研究對人類的飲食健康有著重要的指導意義。

目前，檢測氟離子含量的分析方法較多，主要有氟離子選擇電極法[3-5]、離子色譜法[6-8]、高效液相色譜法[9-10]、氣相色譜法[11-12]、極譜法[13-14]、熒光光度法[1, 15-16]及光度分析法[17-19]等，尤其是催化動力學光度法應用較廣[20-21]。其中氟離子選擇電極法盡管操作簡便，但容易受電極質量以及測試液條件等因素影響。而離子色譜法是一種利用色譜柱進行分離測定的分析方法，是目前同時測定多種陰離子的首選方法，但定性能力較差。另外，高效液相色譜法與氣相色譜法雖然分析準確，但設備昂貴且檢出限低，單掃描極譜法則容易帶來二次污染。而熒光光度法盡管能滿足氟離子的高選擇性及靈敏檢測，但是經常需要合成新型的熒光探針，以致使整個過程繁瑣且成本較高。而作為催化動力學光度法的分支之一的阻抑動力學光度法因其具有設備簡單、分析成本低及較高的靈敏度等優點，因此在實際應用中較為廣泛。如劉紅梅[20]等人基于氨基乙酸-HCl緩沖體系中，Fe3+對H2O2氧化2,4-二氨基苯酚(DAP)褪色具有催化作用，F-則會擬制該催化褪色體系，據此建立了一種催化抑制光度法測量微量F-的新方法。然而到目前為止，未見文獻報道利用Fe3+-H2O2-剛果紅催化褪色體系來檢測微量F-。

本研究工作利用在硫酸介質中，Fe3+能催化H2O2氧化剛果紅(Congored，CR)褪色，而當加入少量氟離子后，該催化褪色褪色程度明顯減弱，基于此建立了一種抑制動力學光度法檢測氟離子含量的新方法。該方法操作簡便，具有較高的靈敏度，可用于魚肉中氟含量準確分析。

1　材料與方法

1.1儀器與試劑

722G型紫外可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；HH型數顯恒溫水浴鍋，華普達教學儀器有限公司；EL104電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；WX-4000微波快速消解系統，上海屹堯儀器科技發展有限公司。

2.5×10-4mol/L鐵(III)標準儲備溶液；7.0×10-4mol/L剛果紅(CR)溶液；1.0mol/LH2O2溶液；0.05mol/LH2SO4溶液；1.0×10-2mol/LF-標準儲備溶液：取一定量的NaF放入干燥箱中，烘干后準確稱取0.420 5g于燒杯中溶解，將溶液定容至1 000mL的容量瓶中，儲存于聚乙烯瓶中，使用時再稀釋成所需濃度。

鯉魚：購自漢中市漢臺區水產市場。

所用試劑均為分析純，試劑用水均為高純水。

1.2實驗方法

取2支規格相同的10mL具塞比色管，分別加入一定量的CR、稀H2SO4、H2O2及適量的Fe3+標準儲備溶液，再向其中一支比色管中加入一定量氟標準溶液，作為抑制反應體系，另一支不加氟標準溶液作為非抑制反應體系，均用高純水定容至刻度，搖勻。接著，將2支比色管同時置于數顯恒溫水浴鍋中，于90 ℃沸水浴中加熱10min后取出，放入冰水浴中冷卻至室溫以終止反應。最后，使用1cm的比色皿，在吸收波長為500nm處，以蒸餾水作參比，分別測定抑制體系的吸光度(A1)和非抑制體系的吸光度(A2)，計算ΔΑ=A1-A2。

2　結果與討論

2.1不同反應體系吸收光譜

按照1.2實驗方法配制不同體系溶液，在波長400～600nm范圍內分別對4個不同體系進行波長掃描，并繪制吸收曲線。圖1結果表明：4個體系均在500nm處有最大吸收峰，但是在稀H2SO4介質中，曲線2要比曲線1的吸收峰值低，這說明H2O2會氧化CR，而適量Fe3+的加入則能顯著催化H2O2氧化CR褪色(曲線4)。但是當少量F-存在時，H2O2-CR體系的褪色有明顯的抑制，這可能是基于加入的F-能與反應體系中Fe3+優先結合生成[FeF6]3-，從而致使H2O2-CR體系的褪色程度有所減弱。因此，本研究選擇測定波長為500nm。

1-H2SO4(2.0×10-3 mol/L)+CR(1.0×10-5 mol/L)；2-H2SO4(2.0×10-3 mol/L)+H2O2(2.0×10-2 mol/L)+ CR(1.0×10-5 mol/L)；3-H2SO4(2.0×10-3 mol/L)+ H2O2(2.0×10-2 mol/L)+ CR(1.0×10-5 mol/L)+ Fe3+(2.0×10-5 mol/L)+F-(2.0×10-6mol/L)； 4-H2SO4(2.0×10-3 mol/L)+H2O2 (2.0×10-2 mol/L)+ CR(1.0×10-5 mol/L)+Fe3+(2.0×10-5 mol/L)圖1　吸收光譜圖Fig.1　Absorption spectra

2.2硫酸濃度對阻擬褪色體系的影響

初步研究表明，在稀H2SO4介質中，少量F-對褪色反應體系(Fe3++H2O2+CR)的阻擬作用最為明顯。進一步考查了硫酸濃度對褪色反應體系的影響。從圖2上可以看到，H2SO4濃度為310-3mol/L時，吸光度差值ΔΑ最大。因此，本文選擇硫酸濃度為310-3mol/L。

2.3反應溫度的影響

反應溫度是影響少量F-對褪色反應體系阻擬作用的重要因素之一。實驗考察了水浴在40～100 ℃范圍內，反應溫度對阻擬催化褪色反應程度的影響(見圖3)。結果表明，在較低的反應溫度下，隨著溫度的升高，體系的吸光度差值ΔΑ逐漸增大，但是當反應溫度達到80 ℃時，ΔΑ較大且在更高的反應溫度下基本保持不變。故本研究選擇反應溫度為80 ℃。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[H2O2]=2.0×10-2 mol/L；C[CR]=2.0×10-5 mol/L；C[Fe3+]=2.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應時間：8 min圖3　反應溫度影響Fig.3　Effect of reaction temperature on the relative absorbance

2.4反應時間的影響

在選定的硫酸濃度及反應溫度下，實驗探討了反應時間對阻擬褪色程度的影響。圖4表明，在4～10min內，ΔΑ隨反應時間的增加而增大，超過10min后ΔΑ值基本不再變化。因此，選擇10min作為隨后研究的反應時間。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[H2O2]=2.0×10-2 mol/L；C[CR]=2.0×10-5 mol/L；C[Fe3+]=2.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應溫度：80 ℃圖4　反應時間影響Fig.4　Effect of reaction time on the relative absorbance

2.5剛果紅濃度的影響

CR作為反應體系的唯一顯色劑，其濃度對阻擬褪色程度有較大影響。從圖5可以明顯看出：CR濃度在1.010-5～1.010-4mol/L范圍內，吸光度差值ΔΑ隨濃度呈現出先增大后減小的趨勢，僅當其濃度為6.0×10-5mol/L時ΔΑ有最大值。因此，實驗選擇6.0×10-5mol/L為CR的最佳濃度。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[H2O2]=2.0×10-2 mol/L；C[Fe3+]=2.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應溫度：80 ℃；反應時間：10 min圖5　剛果紅濃度影響Fig.5　Effect of CR concentration on the relative absorbance

2.6Fe3+濃度的影響

研究考查了Fe3+濃度在1.0×10-5～4.0×10-5mol/L范圍內其對阻擬褪色程度的影響(如圖6所示)。我們發現：當反應體系中加入的Fe3+濃度為2.5×10-5mol/L時，擬制體系與非擬制體系的吸光度差值ΔΑ最大。因此，本文選擇2.5×10-5mol/L的Fe3+為接下來研究工作的反應濃度。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[H2O2]=2.0×10-2 mol/L；C[CR]=6.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應溫度：80 ℃；反應時間：10 min圖6　Fe3+濃度影響Fig.6　Effect of Fe3+ concentration on the relative absorbance

2.7H2O2濃度的影響

在固定上述各選定的實驗條件下，考察了H2O2濃度對反應體系阻擬褪色程度的影響。圖7顯示：2個反應體系的吸光度差值ΔΑ隨著H2O2濃度先增大后減小，僅在濃度為0.06mol/L時ΔΑ獲得最大值。因此，選擇H2O2的最佳濃度為0.06mol/L。

C[H2SO4]=3.0×10-3 mol/L; C[Fe3+]=2.5×10-5 mol/L；C[CR]=6.0×10-5 mol/L；C[F-]=1.0×10-5 mol/L；反應溫度：80 ℃；反應時間：10 min圖7　H2O2濃度影響Fig.7　Effect of H2O2 concentration on the relative absorbance

2.8方法線性范圍、標準曲線及檢出限

在以上優化的實驗條件下，測定不同F-濃度下的阻抑體系與非阻抑體系的吸光值，以ΔΑ為縱坐標、F-濃度為橫坐標繪制工作曲線(見圖8)。在8.010-72.010-5mol/L濃度范圍內，體系吸光度ΔΑ與F-濃度呈良好的線性關系，其線性回歸方程為ΔΑ=0.003 6C(mol/L)+0.104 8，相關系數r=0.992 3。按照IUPAC建議，計算出方法的檢出限為2.810-7mol/L。對2.010-6mol/L的F-標準溶液平行測定8次，相對標準偏差為4.9%。

圖8　標準工作曲線Fig.8　　Standard curve

2.9共存離子的影響

可在酸性溶液中通過陽離子交換樹脂分離除去。

2.10樣品分析

2.10.1樣品制備

取適量魚肉樣品于粉碎機中粉碎成泥狀并混勻，準確稱取0.200 8g于聚四氟乙烯消解罐中，同時加入5mL濃HNO3和1mL雙氧水，放置12h。然后，分3步進行密閉微波消解約20min(從100 ℃升至180 ℃)，消解結束后冷卻至室溫并放置在控溫板上加熱趕盡殘酸，之后將其轉移到10mL的容量瓶中，以高純水定容至刻度線，搖勻待用。

2.10.2樣品測定結果及加標回收率

按照實驗方法1.2對魚肉中氟離子含量進行測定，并以標準加入法檢驗方法的準確性。由表1可知，加標回收率為95.50%～98.00%，故此法能準確的測定魚肉中氟含量。

表1　樣品回收率的測定結果(n=3)

3　結論

本文基于酸性介質中，少量F-能阻擬Fe3+-H2O2-剛果紅褪色體系而建立了一種測定微量F-的新光度分析法。該法試劑廉價、操作簡單且具有較高的靈敏度。使用本文建議的光度法測得鯉魚中F-的平均含量為20.32g/g，略低于國標中氟含量(21μg/g)且回收率結果較理想。因此，本研究所建立起的新阻擬褪色光度法不僅能檢測魚類F-含量，還有望用于其他生物樣品中F-含量的靈敏檢測，更能為食品監督部門提供一定的數據參考。

[1]LILong,JIYu-zhuo,TANGXin-jing.Quaternaryammoniumpromotedultraselectiveandsensitivefluorescencedetectionoffluorideioninwaterandlivingcells[J].AnalyticalChemistry, 2014, 86(20):10 006-10 009.

[2]中國營養學會編著. 中國居民膳食營養素參考攝入量. 北京：中國輕工業出版社，2006:210.

[3]石生勛，石一均，成永強，等. 硝酸消化直接測定蔬菜中微量氟的離子選擇性電極法[J]. 河北大學學報：自然科學版，2011, 31(1):48-51.

[4]盛曉風，郭瑩瑩，尚德榮，等. 離子選擇電極法測定高氟樣品中氟的方法改進[J]. 食品工業科技，2013, 34(9):285-289.

[5]蔣明，王重華，田森林，等. 氟離子選擇電極測定黃磷尾氣中氣態氟含量[J]. 分析科學學報，2014, 30(2):244-246.

[6]楊志國, 呂牧羊. 在線超濾-離子色譜法測定牙膏中的游離氟[J]. 中國衛生檢驗雜志, 2010, 32(12):3 212-3 213.

[7]張紅漫, 陳敬文. 二氧化鈦光催化氧化-離子色譜法測定液晶材料中的氟含量[J]. 分析化學, 2010, 38(11):1 639-1 642.

[8]JEYAKUMARS,RAUTVV,RAMAKUMARKL.Simultaneousdeterminationoftraceamountsofborate,chlorideandfluorideinnuclearfuelsemployingionchromatographyaftertheirextractionbypyrohydrolysis[J].Talanta, 2008, 76 (5):1 246-1 251.

[9]ANETTAZIOA-FRANKOWSKA,MARCINFRANKOWSKI,JERZYSIEPAK,etal.Developmentofanewanalyticalmethodforonlinesimultaneousqualitativedeterminationofaluminium(freealuminiumion,aluminium-fluoridecomplexes)byHPLC-FAAS[J].Talanta, 2009, 78 (2):623-630.

[10] 李華斌, 徐向榮, 彭安. 高效液相色譜法測定茶葉和土壤中的氟[J]. 環境科學, 2008, 19(3):78-79.

[11]PAGLIANOE,MEIJAJ,DINGJ,etal.Novelethyl-derivatizationapproachforthedeterminationoffluoridebyheadspacegaschromatography/massspectrometry[J].AnalyticalChemistry, 2013, 85(2):877-881.

[12]KWONSM,SHINHS.Simpledeterminationoffluorideinbiologicalsamplesbyheadspacesolid-phasemicroextractionandgaschromatography-tandemmassspectrometry[J].JournalofChromatographyA, 2015, 1407 (1):216-221.

[13]陳文, 汪模輝, 李錫坤, 等. 單掃描極譜法測定土壤、蔬菜、水樣中痕量氟[J]. 分析化學, 2007, 35(5):663-666.

[14]陳文, 李東升, 范長利, 等. 氟的單掃描極譜測定改進體系研究及分析應用[J]. 分析試驗室, 2009, 28(5):11-15.

[15]MSY,HONGJI.Chromogenicandkifluorescentchemodosimeterfordetectionoffluorideinaqueoussolution[J].OrganicLetters,2007, 9(16):3 109-3 112.

[16]SUIB,KIMB,ZHANGY,etal.Organicletters,highlyselectivefluorescenceturn-onsensorforfluoridedetection[J].AppliedMaterials&Interfaces，2013, 5(8):2 920-2 923.

[17]PILLAAB,VARGHESEB,MADHUSOODANANKN.Designanddevelopmentofnovelsensorsforthedeterminationoffluorideinwater[J].EnvironmentalScience&Technology, 2012, 46(1):404-409.

[18]SARAVANANC,EASWARAMOORTHIS,WANGL.Colorimetricdetectionoffluorideionby5-arylidenebarbituricacids:dualinteractionmodeforfluorideionwithsinglereceptor[J].DaltonTransactions, 2014, 43(13): 5 151-5 157.

[19]BOKENJ,THATAIS,KHURANAP,SurendraPrasad,DineshKumar.Highlyselectivevisualmonitoringofhazardousfluorideioninaqueousmediausingthiobarbituric-cappedgoldnanoparticles[J].Talanta, 2015, 132(2):278-284.

[20]劉紅梅, 侯文龍, 魯勖琳. 阻抑動力學光度法測定桑葉中的微量氟[J]. 食品科技, 2010, 38(7):219-221.

[21]普學偉, 蔣永金, 崔慶雄, 等. 過氧化氫-鈦(Ⅳ)-氟化物體系褪色光度法測定熔鹽中氟[J]. 冶金分析, 2013, 33(2):42-46.

DetectionoffluorideioninfreshbynewinhibitionkineticspectrophotometryusingFe3+-hydrogenperoxide-congoredsystem

XIONGHai-tao1,2*

1(ShaanxiProvinceKeyLaboratoryofCatalyticFoundationandApplication,ShaanxiSCI-TECHUniversity,Hanzhong723000,China)2(SchoolofChemical&EnvironmentalSciences,ShaanxiSCI-TECHUniversity,Hanzhong723000,China)

Intheacidiccondition,tracefluorineioncouldobviouslyinhibitthefadingreactionbetweencongoredandH2O2catalyzedbyFe3+.Inaddition,theinhibitionde-colorationdegreewaslineartothecontentoffluorineion.Basedonthisfinding,anewinhibitionkineticspectrophotometrymethodforthedetectionoftracefluorineionwasproposed.Undertheoptimumconditions,thelinearrangeforfluorineionwas8.0×10-7～2.0×10-5mol/Lwithadetectionlimitof2.8×10-7mol/L.Theproposedmethodhasbeenappliedtoassayoffluorineioninfreshandtherecoverywasbetween95.50%and98.00%.

ironion(Ⅲ);hydrogenperoxide;congored;inhibitionkinetic;fluorideion;fresh

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201608033

碩士,講師(本文通訊作者，E-mail：xionght@snut.edu.cn)。

陜西省教育廳專項科研基金項目( 16JK1131)

2015-12-29，改回日期：2016-02-16