雙波長共振瑞利散射法快速測定皮蛋中的Cd

江虹,張琴,吳征真,秦艾

(長江師范學院 化學化工學院，武陵山片區綠色發展協同創新中心，重慶，408100)

雙波長共振瑞利散射法快速測定皮蛋中的Cd

江虹*,張琴,吳征真,秦艾

(長江師范學院 化學化工學院，武陵山片區綠色發展協同創新中心，重慶，408100)

建立了快速測定皮蛋中Cd 的雙波長共振瑞利散射法。在pH 5.72 的Tris-鹽酸緩沖介質中，Cd(Ⅱ)與固綠FCF-溴代十六烷基吡啶結合生成三元絡合物，導致體系的雙波長共振瑞利散射(DWO-RRS)光譜顯著增強，最大和次大共振瑞利散射峰分別位于367 nm和469 nm波長處，在此二波長處，Cd(Ⅱ) 的質量濃度在0.004～0.22 mg/L 內與體系的共振瑞利散射(RRS)增強程度△IRRS呈線性關系，檢出限(3σ/S)為 1.3 ng/mL，定量限為 0.012 mg/kg。文中還研究了反應條件和共存物質的影響，反應機理及RRS 增強的原因。結果表明，方法有較高的靈敏度和良好的選擇性，據此，提出了簡便、快速、靈敏、準確測定痕量Cd(Ⅱ)的雙波長光散射新方法，用于皮蛋中Cd的測定，回收率為 97.8%～102%，相對標準偏差(RSD)(n=5)為 2.1%～2.6%。

Cd；溴代十六烷基吡啶；固綠FCF；皮蛋；雙波長；共振瑞利散射

Cd是一種對人體有害的蓄積性毒物，環境中的鎘，經食物鏈富集后對人體的呼吸系統、消化系統及肺、腎等器官造成嚴重損害，并可引發骨痛病、貧血，甚至誘發癌癥。皮蛋具有特殊風味，可促進食欲。而傳統工藝制作的皮蛋，因生產過程中會加入黃丹粉以生成美麗的松花，由此，重金屬不可避免會進入皮蛋中，從而影響產品的品質。現代工藝制作的皮蛋，若使用非食品級的CuSO4，依舊存在重金屬污染問題。若人們長期食用皮蛋，則重金屬將會在體內富集，對人體造成危害。鑒于此，對皮蛋中的痕量Cd進行研究具有重要意義。

目前，測定Cd 的方法主要有：原子吸收法[1-8], X射線熒光光譜法[9-10]，電感耦合等離子體質譜法[11-12]，電化學法[13-14]，分光光度法[15-16]等。原子吸收法有高的靈敏度和選擇性，但所用儀器價格較貴，不易普及。X射線熒光光譜法操作簡單，測試速度快，但條件要求較苛刻。電感耦合等離子體質譜法檢出限低，精密度高，穩定性好，但儀器較貴，運行及維護成本高。電化學法可同時檢測多種重金屬離子，但檢測成本較高。分光光度法操作簡便、快速，分析成本低，但靈敏度不高。共振瑞利散射法是近年新發展起來的一種高靈敏分析技術，已廣泛用于生化、環境、藥物等分析領域，而在食品領域用得較少。本文以酸性三苯甲烷染料固綠FCF 為探針，以溴代十六烷基吡啶(TPB)為增敏劑，利用Cd(Ⅱ)對固綠FCF-TPB- Cd(Ⅱ) 體系共振瑞利散射光的線性增強作用，建立了測定痕量Cd(Ⅱ)的雙波長共振瑞利散射新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

固綠FCF(分析純，上海邁瑞爾化學技術有限公司)，Cd(NO3)2·4H2O(99.99%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司)，溴代十六烷基吡啶(分析純，上海倍卓生物科技有限公司)，三羥甲基氨基甲烷(分析純，上海源葉生物科技有限公司)，HCl、HNO3(分析純，重慶川東化工(集團)有限公司化學試劑廠)，實驗用水為超純水。皮蛋(1#～3#)，購于重慶不同農貿市場。

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。SX-4-10高溫爐，蘇州江東精密儀器有限公司。

1.3 溶液的配制

固綠FCF(fast green FCF，簡寫為 FAG)溶液：1.0×10-4mol/L。Cd(Ⅱ)標準溶液：稱取適量Cd(NO3)2·4H2O 于小燒杯中，用水溶解后配成 11.24 mg/L 貯備液，取此液稀釋10倍，即得操作液。溴代十六烷基吡啶(簡寫為TPB)：稱取適量TPB，用少量無水乙醇溶解后加水配成400 mg/L。三羥甲基氨基甲烷(Tris)-鹽酸緩沖溶液：0.20 mol/L Tris溶液與0.10 mol/L鹽酸混合，用酸度計測定，配成pH 3.0～9.5的系列緩沖溶液。HNO3溶液：取25.0 mL 濃HNO3，加25.0 mL 水，配成體積比為1∶1 的溶液。

1.4 樣品處理

取1#～3# 皮蛋各3個，去殼后將其切碎, 研勻，準確稱取1# 皮蛋28.832 5 g，2# 皮蛋29.566 3 g，3# 皮蛋28.976 2 g，分別置于瓷坩堝中，在可控電爐上低溫加熱至樣品完全炭化，再將溫度調至500～550 ℃ 灼燒灰化約6 h，取出冷卻后，加3.0 mL 1∶1 HNO3潤濕灰分，低溫加熱蒸干，再在500～550 ℃ 灼燒2 h，放冷，取出坩堝，加入2.0 mL 1∶1 HNO3溶液和5 mL 水，攪拌，低溫加熱至灰分完全溶解，冷卻后過濾，用水定容至25 mL，即得待測液。

1.5 實驗方法

準確移取適量的1.12 mg/L Cd(Ⅱ) 標準溶液或樣液于10 mL 比色管中，再依次加入1.0 mL pH 5.72 Tris-鹽酸緩沖溶液，3.0 mL 1.0×10-4mol/L FAG 溶液及0.10 mL 400 mg/L TPB 溶液，用水定容，搖勻，15 min 后，在熒光光度計上(設λex=λem=220 nm，測定狹縫5.0 nm)進行同步掃描，記錄RRS光譜，并在367 nm 和469 nm 處分別測定體系和試劑空白的RRS強度IRRS(367 nm)、IRRS(469 nm)及I0(367 nm)、I0(469 nm)，計算△IRRS=IRRS-I0，△IRRS(367+469)=IRRS(367+469)-I0(367+469)。

2 結果與討論

2.1 RRS光譜特征

1. Cd(Ⅱ)(0.112 mg/L); 2. FAG(3.0×10-5 mol/L); 3. TPB(4.0 mg/L); 4. FAG(3.0×10-5 mol/L), pH 5.72; 5. TPB(4.0 mg/L), pH 5.72; 6～10. Cd(Ⅱ)(0.000、0.0562、0.112、0.169、0.225 mg/L)-FAG(3.0×10-5 mol/L)-TPB(4.0 mg/L), pH 5.72圖1 RRS光譜Fig.1 RRS spectra

從圖1可知，單獨的Cd(Ⅱ)、FAG、TPB 溶液的RRS 均十分微弱(曲線1～3)，FAG 及TPB 的酸性溶液的RRS 也十分微弱(曲線4～5)。當在FAG 的酸性溶液中加入陽離子表面活性劑TPB 后，其RRS 顯著增強(曲線6)，說明TPB 可以增敏FAG，最大和次大共振瑞利散射峰分別位于 367 nm 和469 nm。在此二波長處，隨著Cd(Ⅱ) 質量濃度的增加，體系的RRS 強度隨之增大(曲線7～10)，Cd(Ⅱ) 在一定濃度范圍內，其質量濃度與體系的RRS 增強強度(△IRRS)呈線性關系。根據散射強度的加和性，當用雙波長疊加法測定時，體系的RRS 增強強度△IRRS與一定濃度范圍的Cd(Ⅱ) 的質量濃度仍呈線性關系，而靈敏度卻比用單波長法測定約高1倍，故可采用雙波長-共振瑞利散射(DWO-RRS)法定量測定Cd(Ⅱ)的含量。

可能的反應機理：TPB 是一種陽離子表面活性劑，在溶液中可離解出Br-，變成帶1個單位正電荷的陽離子活性基團，而FAG 是一種三苯甲烷類的酸性染料，在溶液中可離解出2個Na+，使自身帶2個單位的負電荷。帶正電荷的TPB 活性基團可與帶負電荷的酸性染料FAG 以靜電引力結合生成帶負電荷的締合顆粒，進而與Cd(Ⅱ) 結合生成三元絡合物，使體系摩爾質量和體積均顯著增大，故RRS光譜顯著增強。

2.2 反應條件的選擇

2.2.1 pH 值

室溫下，考察了367 nm 處pH 5.0 的NaAc-HAc、Tris-鹽酸及Britton-Robison(簡寫為BR)等緩沖溶液對三元體系△IRRS的影響。結果表明，使用Tris-鹽酸時，體系的△IRRS相對較大，故選擇Tris-鹽酸作反應介質。繼而考察了不同pH 值的Tris-鹽酸緩沖溶液對三元體系△IRRS的影響(圖2)。

圖2 pH值對△IRRS的影響Fig.2 Effect of buffer pH on △IRRS

結果表明，溶液的pH 在 5.0～6.8 內，體系△IRRS較大，靈敏度較高。當用DWO-RRS法測定時，由于散射強度的疊加使其靈敏度更高。故實驗用pH 5.72 的Tris-鹽酸緩沖溶液。繼而固定Cd(Ⅱ) 及固綠FCF 的濃度及用量不變，改變pH 5.72 的Tris-鹽酸緩沖溶液的用量，按1.5 節的實驗方法掃描 RRS 光譜，從光譜曲線得知，當緩沖溶液用量為1.0 mL 時，體系的△IRRS最大，靈敏度最高，故實驗選用pH 5.72的緩沖溶液1.0 mL。

2.2.2 FAG 溶液的濃度

室溫下，考察了367 nm 處不同濃度的FAG 溶液對三元體系△IRRS的影響(圖3)。結果表明，FAG 溶液濃度在(2.7～3.8)×10-5mol/L 內，體系的△IRRS較大，靈敏度較高。此范圍外，當FAG 的濃度小于2.7×10-5mol/L時，Cd(Ⅱ) 與FAG-TPB 未充分結合，致使△IRRS降低；當FAG 的濃度大于3.8×10-5mol/L 時，由于FAG 分子自身的聚集作用致使體系的△IRRS降低。當用DWO-RRS 法測定時，由于散射強度的疊加使其靈敏度更高。故實驗選用1.0×10-4mol/L FAG 溶液3.0 mL。

圖3 FAG 溶液濃度對△IRRS的影響Fig.3 Effect of fast green FCF concentration on ΔIRRS

2.2.3 表面活性劑

室溫下，考察了367 nm 處陽離子表面活性劑溴化十六烷基三甲基銨和溴代十六烷基吡啶，陰離子表面活性劑十二烷基磺酸鈉和十二烷基硫酸鈉，非離子表面活性劑Triton X-100、Tween-20等對三元體系△IRRS的影響。結果表明,只有陽離子表面活性劑對該體系有增敏作用，其中又以TPB 為最佳。繼而在固定其他條件不變的情況下，試驗了不同濃度的 TPB 溶液對體系 △IRRS的影響，結果表明，適宜的TPB 溶液濃度為 4.0 mg/L，此時體系的△IRRS最大，靈敏度最高。實驗表明，TPB 與FAG在酸性溶液中能以靜電引力結合形成離子締合物，當用DWO-RRS法測定時，由于散射強度的疊加使其靈敏度更高。故實驗用400 mg/L TPB 溶液0.10 mL 作增敏劑。

2.2.4 試劑加入順序

室溫下，考察了367 nm 處，各試劑在不同加入順序時對三元體系△IRRS的影響。結果表明，按1.5節的加入順序為最佳，此時體系△IRRS最大，靈敏度最高。而用雙波長法測定時，因散射強度的疊加使其靈敏度更高。故實驗按此順序進行。

2.2.5 反應時間及穩定性

室溫下，考察了不同放置時間對三元反應△IRRS的影響(圖4)。結果表明，反應在15 min 內可進行完全，15 min后，體系的 △IRRS基本處于一個平臺上，穩定時間約2 h。實驗選在15 min 后測定。

圖4 時間對ΔIRRS的影響Fig.4 Effect of time on ΔIRRS

2.3 標準曲線

在最佳條件下配制Cd(Ⅱ) 的標準系列溶液，即按1.5節的方法，固定其它條件不變，加入1.124 mg/L Cd(Ⅱ) 標準溶液0.0、0.5、1.0、1.5、2.0 mL，按實驗方法配制溶液并同步掃描RRS 光譜，用DWO-RRS法測定不同濃度的Cd(Ⅱ) 與FAG-TPB 形成的三元絡合物的△IRRS(367+469)，并作△IRRS(367+469)-ρ標準曲線(圖5)。該方法的一元線性回歸方程為△IRRS(367+469)=-7.831 6 + 4 830 ρ，相關系數為r=0.999 8，檢出限為 1.3 ng/mL，定量限為0.012 mg/kg，在確定了檢出限、定量限后，根據標準曲線可以確定出線性范圍為0.004～0.22 mg/L。

圖5 Cd(Ⅱ)的DWO-RRS法標準曲線Fig.5 DWO-RRS standard curve of cadmium (Ⅱ)

2.4 共存物質的影響

室溫下，考察了某些常見物質對測定0.112 mg/L Cd(Ⅱ) 的影響。結果表明，當相對誤差不大于±5% 時，以下物質不干擾測定：100倍的K+、Na+、Sr2+、Fe2+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Ba2+、NH4+、S2O32-、SO42-、SO32-、NO3-、C2O42-、I-、Cl-；20倍的Fe3+、Al3+、Pb2+、Hg2+。可見，方法有很好的選擇性。

2.5 樣品分析

取1.4 節各待測液3.0 mL 按實驗方法分析，各平行測定5份。同時做加標回收試驗(n=5)：用固定質量稱量法分別準確稱取3份 1# 皮蛋28.832 5 g，3份 2# 皮蛋29.566 3 g，3份 3# 皮蛋28.976 2 g，稱量的允許誤差均為±0.000 1 g，根據表1中的加標量分別加入Cd(Ⅱ) 標準溶液，然后按1.4 節的方法制成各待測液，最后按1.5 節的方法掃描各溶液的RRS 光譜。根據DWO-RRS 法標準曲線或回歸方程，求出各待測液中Cd(Ⅱ)的含量，從而求得原始樣品中Cd 的含量，并與國標法(石墨爐原子吸收法，AAS)比較。同時求出各回收率及相對標準偏差。結果見表1。

表1 樣品分析結果及回收試驗(n=5)

3 結論

本法操作簡便，試劑價廉易得，樣品處理安全，不需分離富集，有較高的靈敏度和良好的選擇性，準確度和精密度能滿足痕量分析要求，測定結果與國標法接近，皮蛋含量符合國家限量要求。方法適于批量皮蛋中Cd 的快速測定。

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Fast determination of cadmium in preserved eggs by dual-wavelength resonance Rayleigh scattering method

JIANG Hong*,ZHANG Qin,WU Zheng-zhen,QIN Ai

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Collaborative Innovation Center for Green Development in Wuling Mountain Areas,Yangtze Normal University, Chongqing 408100,China)

A new and fast dual-wavelength overlapping resonance Rayleigh scattering(DWO-RRS) method was developed to detect cadmium in preserved eggs. In a Tris-hydrochloric acid buffer medium at pH 5.72, cadmium (Ⅱ) can be bound with fast green FCF-hexadecylpyridinium bromide to form a ternary complex. As a result, the new spectra of DWO-RRS appeared and its intensities was enhanced greatly. The largest and the second largest resonance Rayleigh scattering peak were located at 367 nm and 469 nm respectively. Under these two wavelengths, resonance Rayleigh scattering (RRS) intensity (△IRRS) was directly proportional to the cadmium (Ⅱ) mass concentration in a range of 0.004-0.22 mg/L. The methods had high sensitivity with the detection limit (3σ/S) of 1.3 ng /mL and quantitation limit of 0.012 mg/kg. The optimal conditions and the effects of coexistent substances of RRS method were investigated．In addition，the reasons for RRS enhancement and reaction mechanism of ternary complex were discussed．Results indicated that this assay had a high sensitivity and good selectivity. This simple, rapid, highly sensitive, accurate and new dual-wavelength scattering method had been proposed to determine trace cadmium(Ⅱ)．The method was applied to determine the content of cadmium in a series of preserved eggs, the values of recovery and relative standard deviation (RSD) (n=5) were found in the ranges of 97.8%-102% and 2.1%-2.6% respectively.

cadmium; hexadecylpyridinium bromide; fast green FCF; preserved eggs; dual-wavelength; resonance Rayleigh scattering

學士,教授(本文通訊作者,E-mail: jianghongch@163.com)。

重慶市教委科技基金資助項目(KJ1401226);長江師范學院科技基金資助項目(2015CXX079)

2016-11-30，改回日期：2016-12-27

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201706045