熒光分光光度法測定學生作業用紙中熒光增白劑的含量

劉 娜 唐曉丹 陳秀麗 司諾論 支蒙蒙 王耀文

（鄭州師范學院化學化工學院，河南鄭州，450044）

熒光增白劑是一類結構復雜的有機熒光染料，它能夠吸收340～400 nm 波長的不可見紫外光，同時發射出肉眼可見的藍光或藍紫光。利用藍色和黃色是互補色的原理，消除紙漿的黃色達到增強白度和亮度的目的，被廣泛用于造紙、紡織和合成洗滌劑等多個領域[1-3]。熒光增白劑種類繁多，根據其化學結構不同大致可分為香豆素類、二苯乙烯類、苯并氧氮類、吡唑啉類和萘二甲酰亞胺類等5 大類別[4]。其中，雙三嗪氨基二苯乙烯類熒光增白劑是我國產量最大、造紙行業最常用的一類熒光增白劑[5]。大量的臨床醫學研究表明，長期使用添加了大量熒光增白劑的作業本會影響學生的視力[6-8]；同時熒光增白劑與人體的蛋白結合后，難以通過正常的代謝過程排出體外，此外它還削弱人體的免疫力和傷口的愈合能力，一旦在體內沉積，不但會增加肝臟的負擔，還會誘發細胞癌變，同時造成環境污染[9-10]。因此，研發一種快速準確檢測紙制品中熒光增白劑含量的分析方法，對紙制品的熒光增白劑檢測有一定的意義。

目前文獻報道的測定熒光增白劑含量的方法有白度法[11]、紫外分光光度法[12-13]、熒光分光光度法[14-15]和高效液相色譜法[16]。白度法受人為和設備的影響較大且判斷指標不統一；高效液相色譜法雖然靈敏度高，重現性好，但存在成本較高、易受雜質干擾等缺點。紫外分光光度法和熒光分光光度法多被使用，兩者檢測的對象都是遷移到萃取劑中的熒光增白劑，后者的靈敏度遠遠高于前者。由于熒光分光光度法靈敏度高，且能實現對熒光增白劑總量的測定，因此，本研究采用萃取和熒光分光光度法對從超市購買的幾種學生作業用紙中熒光增白劑的含量進行測定，以期為相關部門的檢測提供技術支持。

1 實 驗

1.1 材料與試劑

熒光增白劑VBL，產品編號：F832543，上海麥克林生化科技有限公司；無水乙醇、濃鹽酸，天津市博迪化工有限公司；實驗用水為超純水；16 開學生作業用紙，超市采購。

1.2 實驗儀器

FA114 電子分析天平，上海海康電子儀器廠；960CRT 熒光分光光度計，上海天美公司；KMH1 超聲波清洗儀，河南信諾儀器設備有限公司；FW-100高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；100 mL具塞錐形瓶。

1.3 熒光分光光度計的參數設置

通過對相關文獻查閱可知[17]，熒光增白劑VBL的最大激發波長為350 nm，最大發射波長為430 nm。設置熒光分光光度計的參數：激發波長為350 nm，發射波長為360～600 nm，激發和發射狹縫的寬度分別設置為5 nm和10 nm。

1.4 標準溶液的配制

準確稱取0.01 g 熒光增白劑VBL 置于250 mL 潔凈的燒杯中，加入200 mL 超純水攪拌溶解，隨后轉移并定容于500 mL 棕色容量瓶中，定容搖勻配制成濃度為20 μg/mL 的VBL 溶液。分別移取1.0、2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 mL溶液于250 mL棕色容量瓶中，用超純水定容配制成濃度依次為0.08、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 μg/mL 的標準溶液。隨后轉移到棕色試劑瓶中備用，避光保存。

1.5 學生作業用紙中熒光增白劑的萃取

將紙樣（學生作業用紙）用高速萬能粉碎機進行粉碎，在電子分析天平上準確稱取0.1 g 紙樣，置于100 mL 具塞錐形瓶中，加入一定體積的乙醇溶液后塞上塞子，采用萃取的方式，利用超聲儀超聲波輔助萃取一定時間。萃取結束后，將萃取液用0.45 μm 濾膜過濾，濾液轉移至250 mL 棕色容量瓶中并用超純水定容。隨后取一定體積的濾液進行熒光強度的測定，根據得到的標準曲線方程計算出紙樣品中熒光增白劑的濃度。

1.6 熒光增白劑VBL最佳萃取條件的探究

影響紙樣中熒光增白劑濃度測定的主要因素有：萃取溫度、乙醇濃度及其用量、超聲時間和萃取次數，因此改變萃取溫度（30、40、50、60、70、80℃）、乙醇濃度（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%） 及其用量（25、30、40、50、60、70 mL）、超聲時間（30、60、90、120、150、180 min）和萃取次數（1、2、3、4次），探究熒光增白劑最佳萃取條件。

2 結果與分析

2.1 標準曲線的繪制

將配制好的濃度為0.08、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 μg/mL 的熒光增白劑VBL 標準溶液，在儀器最佳測定條件下檢測熒光強度。根據獲得的實驗數據，以熒光增白劑的濃度x對測定得到的熒光強度F進行線性回歸繪制標準曲線。熒光增白劑VBL標準曲線如圖1 所示。從圖1 可以看出，在VBL 濃度0～1.0 μg/mL內，線性響應良好，線性方程為F=448.96x+8.4649，相關系數R2=0.9986。

圖1 熒光增白劑VBL熒光強度與其濃度的標準曲線圖Fig.1 Standard curve of VBL fluorescence intensity and concentration

2.2 學生作業用紙中熒光增白劑VBL 最佳萃取條件的探究

2.2.1 溫度對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響

稱取6組0.1 g紙樣于具塞錐形瓶中，加入25 mL超純水作為萃取劑后塞上塞子，分別在30、40、50、60、70、80℃水浴中使用超聲儀萃取30 min，經過濾和定容后，利用熒光分光光度計測定各組溶液的熒光強度。溫度對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響如圖2 所示。從圖2 可以看出，隨著萃取溫度的升高，濾液中熒光增白劑的濃度逐漸增大，當溫度超過60℃時，濾液中熒光增白劑的濃度隨溫度升高而降低。溫度升高有利于熒光增白劑從紙樣中游離出來，但溫度過高不利于熒光增白劑熒光性能的穩定。

圖2 溫度對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響Fig.2 Effect of temperature on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtrate

2.2.2 乙醇濃度對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響

稱取10 組0.1 g 紙樣于具塞錐形瓶，加入25 mL不同濃度（0～100%）的乙醇溶液作為萃取劑，于60℃水浴中使用超聲儀萃取30 min，經過濾定容后，利用熒光分光光度計測定各組濾液的熒光強度，乙醇濃度對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響如圖3 所示。從圖3可以看出，隨著乙醇濃度的升高，濾液中熒光增白劑的濃度逐漸升高。當乙醇濃度高于50%時，隨著乙醇濃度的升高，由于萃取劑的極性降低，熒光增白劑在萃取劑中的溶解度降低，因此濾液中溶解的熒光增白劑的濃度降低，測定的熒光強度也隨之降低。

2.2.3 萃取劑用量對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響

稱取6組0.1 g紙樣于具塞錐形瓶，分別加入25、30、40、50、60、70 mL 的50%乙醇，于60℃水浴中使用超聲儀萃取30 min，經過濾定容后，測定各組濾液的熒光強度，萃取劑用量對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響如圖4 所示。從圖4 可以看出，增加萃取劑的用量，萃取液中熒光增白劑的濃度先升高后降低，當萃取劑用量為30 mL，即萃取劑用量與紙樣品質量比為300∶1(mL∶g)，濾液的熒光強度最大，萃取效果最好。

圖3 乙醇濃度對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響Fig.3 Effect of ethanol concentration on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtrate

圖4 萃取劑用量對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響Fig.4 Effect of extractant dosage on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtrate

2.2.4 超聲時間對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響

稱取5組0.1 g紙樣于具塞錐形瓶，分別加入30 mL 50%乙醇，在60℃水浴中使用超聲儀分別萃取30、60、90、120、150、180 min，萃取濾液經過濾定容后，測定各組濾液的熒光強度，超聲時間對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響如圖5 所示。從圖5 可以看出，隨著超聲時間的增加，濾液中熒光增白劑濃度逐漸增加，當超聲時間超過60 min時，濾液中的熒光強度隨超聲時間的增加而降低。結果表明，適當增加超聲時間，有利于熒光增白劑從紙樣中游離到萃取劑中。因此，超聲時間為60 min時萃取效果最佳，此時濾液中熒光增白劑的濃度最高。

圖5 超聲時間對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響Fig.5 Effect of ultrasonic time on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtrate

2.2.5 萃取次數對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響

稱取4組0.1 g紙樣于具塞錐形瓶中，分別加入30 mL 50%乙醇，于60℃水浴中放入超聲儀萃取60 min，第1 組紙樣經過濾定容后直接測定，第2 組紙樣在相同條件下萃取2 次，將2 次的萃取液合并、過濾定容后，測定所得濾液的熒光強度。第3 組和第4 組分別萃取3 次和4 次，分別將多次萃取的濾液合并，過濾定容后分別測定濾液的熒光強度，萃取次數對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響如圖6 所示。從圖6 可以看出，隨著萃取次數的增加，濾液中熒光增白劑的濃度增加，萃取2次以后，濾液中熒光增白劑的濃度隨萃取次數的增加無明顯的變化。因此，選擇萃取2次為最佳萃取次數。

根據研究結果可知，最佳萃取條件：萃取溫度60℃，萃取劑為50%乙醇，萃取劑與紙樣質量比為300∶1(mL∶g)，超聲時間60 min，萃取次數為2 次，此時從紙樣中萃取的熒光增白劑的濃度最高。

2.3 精密度和回收率實驗

圖6 萃取次數對萃取濾液中熒光增白劑濃度的影響Fig.6 Effect of extraction times on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtracte

在2 份紙樣中分別加入30 mL 濃度為0.4、1.0 μg/mL 的VBL 標準溶液，按照上述最佳萃取條件進行實驗，計算出各紙樣的加標回收率，結果如表1所示。從表1 可以看出，紙樣的加標回收率在98.53%～98.70% 之 間， 相 對 標 準 偏 差(RSD) 為0.36%～1.03%，具有較好的準確性和重現性。

表1 紙樣的精密度和回收率實驗數據Table 1 Experimental data on precision and recovery of paper samples

2.4 市售學生作業用紙中熒光增白劑含量的測定

選用超市中采購的學生作業用紙按照上述熒光增白劑的最佳萃取條件進行萃取，并測定紙樣的熒光增白劑的含量，結果列于表2 中。從表2 可以看出，市售學生作業用紙中紙樣2 中的熒光增白劑含量最低，紙樣3 和紙樣5 的熒光增白劑的含量比較高，紙樣1和紙樣4中熒光增白劑的含量處于中等水平。

表2 5種不同品牌學生作業用紙中熒光增白劑的含量的測定Table 2 Detection of fluorescent whitening agents in five different brand students'notebook

3 結 論

本研究采用熒光分光光度法，以熒光增白劑VBL為標準物質，建立了快速檢測市售學生作業用紙中熒光增白劑含量的定量分析方法。其次，對學生作業用紙中熒光增白劑的萃取工藝進行篩選和優化，確定了學生作業用紙中熒光增白劑的最佳萃取條件。

3.1 VBL 濃度在0～1.0 μg/mL 范圍內與熒光強度呈線性關系，線性方程為F=448.96x+8.4649，相關系數R2=0.9986。

3.2 最佳萃取條件為：萃取溫度為60℃，萃取劑為50%乙醇，萃取劑與紙樣質量比為300∶1 (mL∶g)，超聲時間60 min，萃取次數為2次。

3.3 通過該萃取方法和熒光分光光度法對幾種學生作業用紙中的熒光增白劑進行萃取和定量分析，該方法具有簡便、靈敏和準確的特點，能夠滿足檢測需求。