共振光散射法測定堅果中鎳含量

李人宇，李詠梅，盧國儉，周家宏

（1.連云港師范高等專科學校，江蘇 連云港 222006；2.江蘇海洋大學 環境與化學工程學院，江蘇 連云港 222005；3.南京師范大學 生命科學學院，江蘇 南京 210023）

鎳是人體重要的必需微量元素，參與多種酶的構成或激活，具有影響核酸和蛋白質代謝、調節激素分泌、維護心血管系統、刺激造血機能、維持細胞膜功能、提高免疫力、預防老年癡呆等重要生理功能[1-3]。人體缺鎳會引發糖尿病、冠心病、貧血癥、肝硬化和尿毒癥等疾病，而鎳攝入過量，則會造成急性、慢性中毒，出現炎癥、神經衰弱、系統紊亂、生育能力降低、致畸致突變等癥狀，重者致癌甚至死亡[4-6]。由于環境污染、食品污染和過度食用而引起鎳中毒，會危害人體健康[7]。鎳在食品營養與安全領域已引起廣泛關注。堅果是鎳的良好來源之一，日常食用堅果以均衡營養[8-9]、提高免疫力、防治病毒感染[10]、保障人體健康。因此，快速準確地測定堅果中鎳含量具有重要意義。

目前，測定鎳的方法有原子吸收光譜法[11-12]、質譜法[13-14]、電化學法[15-16]、分光光度法[17-18]和共振光散射法[19]等。原子吸收光譜法、原子發射光譜法和質譜法準確靈敏、精密度高，但儀器昂貴，測試成本較高，操作嚴格。電化學法靈敏度較高，但操作復雜。分光光度法準確可靠，但靈敏度較低。共振光散射法操作簡便、快速靈敏、試劑用量少，應用范圍廣。研究發現，鎳（Ⅱ）在氯化銨-氨水緩沖溶液中能與1，10-菲啰啉和燦爛黃發生配位顯色反應，可使共振光散射強度明顯增大。本文擬采用微波消解處理樣品，通過試驗優化并確定鎳（Ⅱ）-1，10-菲啰啉-燦爛黃體系測定條件，建立快速準確測定堅果中鎳含量的光度分析新方法，為其質量控制提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

開心果、杏仁、榛子：市售。鎳粉（純度>99.99%）、硝酸（優級純）、雙氧水（優級純）、燦爛黃（brilliant yellow，BY）（分析純）、1，10-菲啰啉（phen）（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；氨水（分析純）、氯化銨（分析純）：南京化學試劑有限公司。

鎳（Ⅱ）標準儲備液（1 000 μg/mL）：準確稱取 1 g（精確至 0.000 1 g）鎳粉，加入 30 mL 硝酸溶液（1∶1，體積比），加熱溶解，移入1 000 mL容量瓶中，加水稀釋至刻度，混勻；鎳（Ⅱ）標準溶液（0.2 μg/mL）：由鎳（Ⅱ）標準儲備液用水逐級稀釋可得。

1.2 儀器與設備

970CRT熒光分光光度計、PHS-3C酸度計：上海精密科學儀器有限公司；SYC-15C超級恒溫水浴鍋：南京桑力電子設備廠；ETHOS E微波消解儀：意大利Milestone公司；GT-20超純水器：上海儀電科學儀器股份有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試樣處理

選取開心果、杏仁和榛子樣品，粉碎、混勻。準確稱取試樣0.5 g，放入消解罐，滴加硝酸7 mL與雙氧水2 mL，輕微搖勻。將消解罐放入消解儀，設定由室溫25℃升至180℃，保持10 min。冷卻后取出消解罐，在電熱板上于160℃趕酸至1 mL左右。消解罐放冷后，將透明消解液轉入燒杯中，用10 mL水洗滌消解罐2次～3次，加1 mol/L氫氧化鈉溶液調節pH值為8，過濾，濾液通過巰基棉柱（0.1 mol/L鹽酸溶液預先浸泡），控制流速10 mL/min，再用3 mL 0.1 mol/L鹽酸溶液分3次洗脫鎳（Ⅱ）[20]，稀釋定容至25 mL容量瓶。同時做試劑空白試驗。

1.3.2 試驗方法

于10 mL具塞比色管中，加入一定量鎳（Ⅱ）標準溶液或樣品溶液、pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液1.0 mL、1.0×10-4mol/L 1，10-菲啰啉溶液 1.5 mL 和 2.0×10-5mol/L燦爛黃溶液1.8 mL，用水定容并搖勻，控溫30℃反應8 min。設置熒光分光光度計的激發與發射狹縫寬度為10 nm，靈敏度為4，在激發波長λex與發射波長λem均為測定波長處，測量配合物體系的共振散射光強度IRLS。不加鎳（Ⅱ），同時按上述步驟做試劑空白試驗，測其共振散射光強度，計算共振散射光強度差值 ΔIRLS=IRLS－I°RLS。

1.3.3 測定波長與配合物組成確定

按1.3.2方法，在500 nm～700 nm波長范圍內，以Δλ=λex－λem=0方式分別同步掃描試劑空白和配合物體系，根據獲得的共振散射光譜確定測定波長。分別采用摩爾比法和等摩爾連續變化法測定配合物組成。

1.3.4 測定條件選擇

考察主要影響因素緩沖液的酸度及用量、1，10-菲啰啉用量、燦爛黃用量、反應溫度和反應時間，以共振散射光強度差值為考察指標，進行單因素試驗，按1.3.2方法在1.3.3確定的測定波長下測量共振散射光強度，計算共振散射光強度差值，選擇最佳測定條件。

1.3.5 標準曲線的繪制

在一系列10 mL比色管中，分別準確加入不同量鎳（Ⅱ）標準溶液，按1.3.2方法在1.3.4條件下測定。以共振散射光強度差值為縱坐標，鎳（Ⅱ）質量濃度為橫坐標，繪制標準曲線。

1.3.6 共存離子考察

固定鎳（Ⅱ）質量濃度為40 μg/L，按1.3.2方法在1.3.4條件下考察共存離子對測定的影響。根據共振散射光強度差值的相對誤差，判斷共存離子是否干擾鎳（Ⅱ）的測定。

1.3.7 樣品分析

準確移取1.00 mL樣品溶液，按1.3.2方法在1.3.4條件下測定鎳含量。測定結果與國標法中原子吸收光譜法[11]比較，進行統計分析。采用F檢驗和t檢驗對這兩種方法的準確度和精密度進行顯著性差異分析。采用標準加入法進行回收試驗。

1.4 數據處理

本試驗測得的數據結果采用Origin、Excel分析處理。

2 結果與分析

2.1 測定波長與配合物組成的確定

按1.3.2方法，以Δλ=λex－λem=0方式同步掃描，獲得共振散射光譜，結果如圖1所示。

圖1 共振散射光譜Fig.1 Resonance scattering spectrum

由圖1可知，試劑空白的共振光散射強度較弱；鎳（Ⅱ）加入其中，與1，10-菲啰啉和燦爛黃反應生成配合物，共振散射光強度顯著增大，最大共振光散射峰位于535.9 nm，此波長下共振光散射強度增幅最大。因此，試驗選擇λex=λem=535.9 nm為測定波長。

鎳（Ⅱ）與1，10-菲啰啉組成比、鎳（Ⅱ）與燦爛黃組成比對共振散射光強度差值的影響見圖2～圖5。

圖2 摩爾比法測定鎳（Ⅱ）與1，10-菲啰啉組成比Fig.2 Determination of composition ratio of and nickel（Ⅱ）1，10-phenanthroline by molar ratio method

圖3 等摩爾連續變化法測定鎳（Ⅱ）與1，10-菲啰啉組成比Fig.3 Determination of composition ratio of nickel（Ⅱ）and 1，10-phenanthroline by isomolar continuous change method

圖4 摩爾比法測定鎳（Ⅱ）與燦爛黃組成比Fig.4 Determination of composition ratio of nickel（Ⅱ）and brilliant yellow by molar ratio method

圖5 等摩爾連續變化法測定鎳（Ⅱ）與燦爛黃組成比Fig.5 Determination of composition ratio of nickel（Ⅱ）and brilliant yellow by isomolar continuous change method

由圖 2～圖 5 可知，配合物組成為 nNi(Ⅱ)∶nphen∶nBY=1∶2∶1，推斷生成的配合物化學式為Ni（phen）2BY。

2.2 測定條件的選擇

2.2.1 酸度

不同酸度的緩沖液對共振散射光強度差值的影響見圖6。

圖6 酸度對共振散射光強度差值的影響Fig.6 Effect of acidity on intensity difference of resonance scattered light

在乙酸-乙酸鈉酸性和氯化銨-氨水堿性緩沖液中，當酸度為pH 5.7與pH 10.5時，共振散射光強度差值雖大，但含鎳（Ⅱ）體系不穩定，測定精密度降低；在pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液中，反應完全且穩定，共振散射光強度差值較大。綜合考慮共振散射光強度差值和配合物體系穩定性，選用pH9.5氯化銨-氨水緩沖液。

pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液用量對共振散射光強度差值的影響見圖7。

圖7 緩沖液用量對共振散射光強度差值的影響Fig.7 Effect of buffer solution dosage on intensity difference of resonance scattered light

由圖7可知，pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液最佳用量為1.0 mL。試驗以pH 9.5氯化銨-氨水緩沖液1.0 mL來控制體系的酸度。

2.2.2 1，10-菲啰啉用量

1，10-菲啰啉溶液用量對共振散射光強度差值的影響見圖8。

由圖8可知，當1，10-菲啰啉溶液用量在0.5 mL～2.0 mL范圍內增大時，共振散射光強度差值先明顯增大后明顯減小，最佳用量為1.5 mL。若1，10-菲啰啉用量過小，鎳（Ⅱ）不能完全反應生成足量的Ni（phen）22+配陽離子，進而與燦爛黃生成的配合物產量較少，共振散射光強度差值較小，影響測定的準確性；若1，10-菲啰啉用量過大，容易生成Ni（phen）32+[21]競爭配位反應，使Ni（phen）22+與燦爛黃的配位能力降低，共振散射光強度差值減小。因此選擇加入1，10-菲啰啉溶液1.5 mL。

圖8 1，10-菲啰啉用量對共振散射光強度差值的影響Fig.8 Effect of 1，10-phenanthroline dosage on intensity difference of resonance scattered light

2.2.3 燦爛黃用量

燦爛黃溶液的用量對共振散射光強度差值的影響見圖9。

圖9 燦爛黃用量對共振散射光強度差值的影響Fig.9 Effect of brilliant yellow dosage on intensity difference of resonance scattered light

由圖9可知，當燦爛黃用量在0.5 mL～2.5 mL范圍內增大時，共振散射光強度差值先增大后減小，最佳用量為1.8 mL。若燦爛黃用量過小，Ni（phen）22+與燦爛黃反應不完全，配合物產量較少，共振散射光強度差值較小；若燦爛黃用量過大，空白值增大，共振散射光強度差值減小。因此選擇加入燦爛黃溶液1.8 mL。

2.2.4 反應溫度

反應溫度對共振散射光強度差值的影響見圖10。

由圖10可知，當溫度在10℃～30℃范圍內升高時，反應速度加快，共振散射光強度差值增大；當溫度在30℃時，共振散射光強度差值達到最大且恒定；當溫度在30℃～100℃范圍內升高時，共振散射光強度差值先減小后變化不大，這是由于高溫時分子熱運動加劇，破壞配合物的形成。因此選擇控溫30℃。

圖10 反應溫度對共振散射光強度差值的影響Fig.10 Effect of reaction temperature on intensity difference of resonance scattered light

2.2.5 反應時間

反應時間對共振散射光強度差值的影響見圖11。

圖11 反應時間對共振散射光強度差值的影響Fig.11 Effect of reaction time on intensity difference of resonance scattered light

由圖11可知，反應隨著時間的延長而更加完全，共振散射光強度差值增大；反應完全需8 min，共振散射光強度差值最大；繼續反應，共振散射光強度差值逐漸下降。因此選擇反應8 min。

2.3 標準曲線

鎳（Ⅱ）標準曲線如圖12所示。

圖12 標準曲線Fig.12 Standard curve

由圖12可知，共振光散射強度差值與鎳（Ⅱ）質量濃度在0～60 μg/L范圍內線性關系良好，線性回歸方程為ΔIRLS=16.672ρ-8.064，相關系數r=0.999 4。根據平行測定試劑空白所得標準偏差Sb=0.32（n=11），計算出方法檢出限（3Sb/K）為 0.06 μg/L。

2.4 共存離子的影響

在測定相對誤差δ≤±5%時，下列共存離子的允許倍量為Na+、K+、NH4+、Mg2+、Cl-、NO3-（2500），Ca2+、Ba2+、F-、Br-（1250），Zn2+、Cd2+、I-、HCO3-（250），Ag+、Fe2+、Cu2+、Co2+、Al3+、Cr3+、MnO4-、Cr2O72-、VO3-（25），Hg2+、Pb2+（5）。方法選擇性良好，對于Fe2+、Cu2+等含量較高的樣品，可用巰基棉分離去除Fe2+、Cu2+等干擾。

2.5 樣品分析

樣品中鎳含量測定結果見表1。

表1 樣品中鎳含量測定結果（n=5）Table 1 Results for the determination of nickel in samples（n=5）

由表1可知，經F檢驗和t檢驗，F

加標回收試驗測定結果見表2。

表2 加標回收試驗測定結果（n=5）Table 2 Results for spiked recovery test（n=5）

由表2可知，平均回收率為98.6%～102.0%，表明該方法測定結果準確。

3 結論

本試驗優化并確定了鎳（Ⅱ）-1，10-菲啰啉-燦爛黃體系的最佳測定條件，采用微波消解、巰基棉分離方法處理樣品，建立了共振光散射法測定堅果中的鎳含量，方法靈敏準確、簡便快速、精密度高、選擇性好、測試成本低，滿足堅果中鎳含量測定要求。