氧化鋁改性硅膠復合材料在飲料中誘惑紅檢測中的應用

李婉君， 張 穎

(太原工業學院化學與化工系，山西 太原 030008)

在飲料生產加工過程中，經常需要加入多種人工色素，人工色素對飲料的保存和美觀具有很大意義，但是如果含量超標就會影響人體健康[1]。所以，檢測飲料中人工色素的含量是非常必要的。然而，由于飲料樣品的基體效應復雜，直接對人工色素進行檢測是困難的。為了提高色素檢測的選擇性和靈敏性，在檢測前對實際樣品進行前處理是有必要的[2]。由于溶劑萃取、樹脂吸附等傳統的前處理方法存在著許多局限[3]，而固相萃取法能合分離和濃縮為一步，且具有技術設備簡單、步驟處理快捷、方法靈活、對環境友好等優點[4]。在固相萃取法中，選擇合適的吸附劑非常重要。目前，作為吸附劑的材料有很許多種，如活性炭[5]、氧化鋁[6]、硅膠[7]及有機聚合物[8-9]等。

γ-Al2O3納米材料是一種多孔無機材料，有著比表面積大、孔隙率高、顆粒尺寸均勻、吸附能力較強和在溶劑中分散性良好等優點[10]。因此，將γ-Al2O3納米粒子修飾硅膠的復合材料作為固相萃取劑，與紫外可見分光光度計聯用檢測飲料樣品中的食品限用色素誘惑紅。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

γ-Al2O3，粒徑20 nm,純度99.99%；誘惑紅色素，純度95%；硅膠，分析純，粒度300目～400目(38 μm～48 μm)；磷酸二氫鈉、鹽酸、氫氧化鈉、氨水、無水乙醇、乙酸,均為分析純。實驗用水均為去離子水。

數字酸度計,pHS-3C,雷磁上海；加熱攪拌器，SZCL-4B，予華鞏義；循環水真空泵，SHZ-DⅢ，予華鞏義；電熱鼓風干燥箱，PHG-90304，精宏上海；超聲波清洗器，KQ-50DB，昆山；雙光束紫外可見分光光度計，TU-1901，普析北京；可見分光光度計，722S，精科上海。

1.2 實驗方法

1.2.1 氧化鋁修飾硅膠復合材料的制備

1) 硅膠的預處理：稱取30 g硅膠，放置于提前配好的1∶1(體積比)的鹽酸溶液中，再將此混合物放置于三口燒瓶中加熱60 ℃，回流6 h，冷卻到室溫，抽濾，加去離子水洗滌至中性，乙醇洗滌1次，去離子水洗滌數次，抽濾。得到的產物加熱至160 ℃活化6 h。

2) 納米氧化鋁修飾硅膠復合材料的制備：將經過預處理的硅膠和γ-Al2O3混合，加入乙醇和乙酸，超聲10 min后放入烘箱加熱120 ℃，反應8 h，用去離子水洗至中性，烘干則得到納米氧化鋁修飾硅膠復合材料。

1.2.2 樣品處理

本實驗所用飲料樣品均隨機購自于當地超市。在優化固相萃取的實驗操作條件中，所用的樣品是未含有目標物質的空白樣品。取10 mL飲料樣品分別用0.02 mol L-1磷酸鹽緩沖溶液(pH=2)稀釋 10倍，超聲脫氣15 min，再用0.45 μm濾膜過濾，保存置于4 ℃冰箱中待用。

1.2.3 固相萃取過程

本實驗采用5 mL注射器空管作為萃取柱載體，注射器底部鋪兩層濾紙，讓其與底部貼合緊密。稱取少量玻璃纖維(質量固定為0.05 g，鋪設的厚度為4 mm)均勻鋪在濾紙上面，起阻擋吸附劑脫落的作用。再將吸附劑納米氧化鋁修飾硅膠復合材料均勻鋪在玻璃纖維上，最上面再放一層玻璃纖維(質量固定為0.01 g，鋪設厚度為1 mm)，防止出現吸附劑在萃取過程中漂浮起來的現象。固相萃取過程包括活化、上樣、淋洗、洗脫，具體過程如圖1所示。

圖1 固相萃取步驟示意圖

1) 活化：用移液器準確移取0.4 mL甲醇，讓其流過萃取柱，再以同樣的方式讓1.0 mL磷酸鹽緩沖溶液(pH=2)過柱，以使吸附材料保持濕潤，能夠更好地吸附目標物質。

2) 上樣：準確移取2.0 mL待測樣品溶液流過固相萃取柱。

3) 淋洗：準確移取1.0 mL磷酸鹽緩沖溶液(pH=2)清洗萃取柱，洗去未被吸附的雜質，以減小對目標物質的干擾。

4) 洗脫：將1.5 mL 3%V(氨水)：V(甲醇)=100∶50的洗脫劑過柱，將目標物質-誘惑紅洗脫下來，收集洗脫液進行后續分析。

2 結果與分析

2.1 固相萃取條件的優化

本實驗采用2.0 μg mL-1的誘惑紅加標的空白樣品溶液對固相萃取操作條件進行優化，包括固相萃取劑的用量、樣品pH值、樣品體積、洗脫劑種類、洗脫劑體積。誘惑紅的最大吸收波長為505 nm。

2.1.1 吸附劑用量

吸附劑用量是否合適是影響萃取效率的一個重要因素，吸附劑用量太多會造成浪費，而吸附劑用量太少則會使吸附不完全，造成色素的流失，降低實驗的準確性。本實驗將其他因素固定，考察吸附劑在0.08 g～0.23 g范圍內的吸附能力。結果表明，0.18 g 是最合適的吸附劑用量。

2.1.2 樣品pH值

圖2為樣品pH值對萃取效率的影響。從圖2中看出，吸光度隨著pH值的增加先增大后減小，在pH=2處吸光度達到最大值，說明pH=2時萃取效率達到最高。這可能是因為，誘惑紅與萃取劑之間存在的作用力有關，其作用力包括靜電斥力和氫鍵。當pH值太小時，由于誘惑紅與γ-Al2O3中的羥基均會質子化使得靜電斥力增大，使得吸附不完全。而當pH太大時，誘惑紅中的酚羥基和γ-Al2O3的羥基均會形成氫鍵，減弱吸附作用，從而使吸光度下降。故本實驗采用的樣品pH值為2。

圖2 樣品pH值對萃取效率的影響

2.1.3 樣品體積

為了考察樣品體積對萃取效率的影響，本實驗將其他條件固定，樣品體積在0.5 mL～4.0 mL的范圍內進行考察。從第17頁圖3中可以觀察出，吸光度先隨樣品體積的增加而增大，當樣品體積增加到2.0 mL時，吸光度達到最大值，而當體積在2.0 mL～4.0 mL范圍內時，吸光度的變化趨于平緩，說明2.0 mL的樣品體積為0.18 g吸附劑最大的吸附量。故本實驗最佳的樣品體積為2.0 mL。

2.1.4 洗脫劑體積

本實驗考察了洗脫劑體積對萃取效率的影響。如第17頁圖4所示，吸光度隨著洗脫劑體積的增加而增加，在1.5 mL處達到最大，這是因為，洗脫劑體積過小會使洗脫不完全，體積越大，洗脫下來的色素越多，吸光度則越大。洗脫劑體積大于1.5 mL時，吸光度值反而下降，這是因為1.5 mL洗脫劑已經足夠將吸附的色素洗脫下來，再增加洗脫劑的用量只會稀釋洗脫液，使得吸光度下降。故本實驗中將1.5 mL 3%V(氨水)：V(甲醇)=100∶50作為洗脫劑體積。

圖3 樣品體積對萃取效率的影響

圖4 洗脫劑體積對萃取效率的影響

2.2 固相萃取方法評價

在最優化的實驗條件下，本文做了一系列實驗來對該固相萃取方法進行評價。在誘惑紅色素的質量濃度范圍為0.2 μg·mL-1～50 μg·mL-1條件下，得到的標準曲線的相關性系數為0.998 4，以3倍及10倍信噪比計算出的檢出限(LOD)及定量限(LOQ)分別為0.047 μg mL-1及0.16 μg mL-1，日內及日間精密度分別為3.67% 和 5.39%(n=7)。由已富集與未富集的標準曲線的斜率比計算得到的富集倍數為4.56。說明本實驗方法對富集誘惑紅色素有良好的靈敏性及重現性。

2.3 實際樣品分析

在最優化的條件下，將該固相萃取方法用于測定6種飲料樣品的誘惑紅色素(3種果汁飲料和3種碳酸飲料)。在這6種飲料樣品中分別加入兩種水平的誘惑紅標準品溶液(水平1為1 μg·mL-1，水平2為2 μg·mL-1)，計算其加標回收率。而且未加標的實際飲料樣品也被檢測。所得結果如表1所示，飲料樣品中誘惑紅色素的回收率范圍為89.8%～108.3%，表明本方法可以用來測定飲料樣品中誘惑紅色素的含量。

表1 實際飲料中誘惑紅色素的含量測定

3 結論

本實驗利用γ-Al2O3納米粒子修飾的硅膠復合材料作為固相萃取裝置，與紫外-可見分光光度計聯用，分離富集飲料中的食品限用色素誘惑紅。優化了影響萃取效率的重要操作參數，包括吸附劑用量、樣品pH值、樣品體積、洗脫液體積。在最優化的固相萃取條件下，評價了該方法的線性范圍、LOD及LOQ和回收率，結果表明該方法令人滿意。本工作是首次將γ-Al2O3納米粒子修飾硅膠復合材料作為固相萃取裝置應用于分離富集飲料樣品中的色素。