小蘇打及純堿結構快速鑒別研究

王曉萱，李佳欣，衛羽萱，吳子騰，張紫婷，于宏偉

(石家莊學院 化工學院，河北 石家莊 050035)

小蘇打(主要化學成分為碳酸氫鈉)是一種重要的食品添加劑，廣泛應用于食品疏松劑、肉類改良劑、食品保鮮劑及食品護色劑等。純堿(主要化學成分為碳酸鈉)也是一種重要的食品添加劑，廣泛應用于食品發酵劑、食品脫色劑、肉類改良劑及淀粉改良劑等。目前，對于小蘇打及純堿多采用感官鑒別，費時費力。本文采用MIR光譜(一維MIR光譜、二階導數MIR光譜)進行小蘇打及純堿的結構研究，為快速科學地鑒別小蘇打及純堿提供了新方法。

1 實驗

1.1 材料

小蘇打(碳酸氫鈉)：分析純，天津博迪化工股份有限公司；純堿(碳酸鈉)：分析純，天津市永大化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

Spectrum 100型紅外光譜儀(分辨率4 cm-1)：美國PE公司。

1.3 方法

1.3.1 紅外光譜儀操作條件

在室溫下以空氣為背景，每次分別對小蘇打及純堿樣品進行8次掃描累加，測定頻率范圍為4000 cm-1～600 cm-1，衰減全反射紅外光譜附件(Golden Gate 型，英國 Specac 公司)。

1.3.2 數據獲得及處理

小蘇打及純堿的一維MIR光譜數據和二階導數MIR光譜數據采用Spectrum v 6.3.5 操作軟件(Number of point =13)。

2 分析與討論

2.1 小蘇打及純堿的一維MIR光譜研究

采用一維MIR光譜進行小蘇打的結構研究(見圖1-A)。小蘇打的一維MIR光譜比較復雜。根據相關文獻報道，2451.80 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打OH伸縮振動模式(νOH-小蘇打-一維)；1654.64 cm-1和1612.54 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打C=O伸縮振動模式(νC=O-小蘇打-一維)；1450.27 cm-1、1045.72 cm-1和1031.66 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打C-O伸縮振動模式(νC-O-小蘇打-一維)及C=O伸縮振動(νC=O-小蘇打-一維)和C-O伸縮振動(νC-O-小蘇打-一維)的混合模式；991.09 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打O-H-O面外彎曲振動模式(rO-H-O-小蘇打-一維)；831.95 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打CO3面外彎曲振動模式(rCO3-小蘇打-一維)；688.33 cm-1和656.37 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打C=O彎曲振動(δC=O-小蘇打-一維)和O-C-O彎曲振動(δO-C-O-小蘇打-一維)的混合模式。

采用一維MIR光譜進行純堿的結構研究(見圖1-B)。純堿的一維MIR光譜比較簡單。根據相關文獻報道，1418.45 cm-1和1408.07 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于純堿CO3不對稱伸縮振動模式(νasCO3-純堿-一維)；1079.75 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于純堿CO3對稱伸縮振動模式(νsCO3-純堿-一維)；877.25 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于純堿CO3面外彎曲振動模式(rCO3-純堿-一維)；701.85 cm-1和694.89 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于純堿CO3面內彎曲振動模式(βCO3-純堿-一維)。

圖1 小蘇打及純堿的一維MIR光譜(303 K)

小蘇打及純堿官能團的一維MIR光譜吸收頻率及強度見表1。

表1 小蘇打及純堿的一維MIR光譜數據(303 K)

2.2 小蘇打及純堿的二階導數MIR光譜研究

采用二階導數MIR光譜進行小蘇打的結構研究(見圖2-A)。其中：1656.42 cm-1和1610.26 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打C=O伸縮振動模式(νC=O-小蘇打-二階導數)；1451.44 cm-1、1396.78 cm-1、1045.80 cm-1和1031.55 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打C-O伸縮振動模式(νC-O-小蘇打-二階導數)及C=O伸縮振動(νC=O-小蘇打-二階導數)和C-O伸縮振動(νC-O-小蘇打-二階導數)的混合模式；994.45 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打O-H-O 面外彎曲振動模式(rO-H-O-小蘇打-二階導數)；832.29 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打CO3面外彎曲振動模式(rCO3-小蘇打-二階導數)；707.75 cm-1、687.45 cm-1和655.93 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于小蘇打C=O彎曲振動(δC=O-小蘇打-二階導數)和O-C-O彎曲振動(δO-C-O-小蘇打-二階導數)的混合模式。

采用二階導數MIR光譜進行純堿的結構研究(見圖2-B)。其中：1420.50 cm-1和1407.72 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于純堿CO3不對稱伸縮振動模式(νasCO3-純堿-二階導數)；1080.08 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于純堿CO3對稱伸縮振動模式(νsCO3-純堿-二階導數)；877.53 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于純堿CO3面外彎曲振動模式(rCO3-純堿-二階導數)；702.81 cm-1和693.79 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于純堿CO3面內彎曲振動模式(βCO3-純堿-二階導數)。

圖2 小蘇打及純堿的二階導數MIR光譜(303 K)

小蘇打及純堿官能團的二階導數MIR光譜吸收頻率及強度見表2。

表2 小蘇打及純堿的二階導數MIR光譜數據(303 K)

3 結論

小蘇打的紅外吸收模式包括νOH-小蘇打、νC=O-小蘇打、νC-O-小蘇打、rO-H-O-小蘇打、rCO3-小蘇打、δC=O-小蘇打和δO-C-O-小蘇打。純堿的紅外吸收模式包括νasCO3-純堿、νsCO3-純堿、rCO3-純堿和βCO3-純堿。本研究拓展了MIR光譜在小蘇打及純堿快速檢測中的應用范圍，具有重要的應用價值。