基于分光光度法優化白砂糖中二氧化硫快速檢測方法

周從燕

摘 要：目的：基于GB 5009.34—2022第二法分光光度法的檢測原理，研究一種快速、靈敏、安全的檢測白砂糖中二氧化硫的方法。方法：用乙二醛代替國標法中的甲醛作為吸收液，并將乙二醛等試劑混合溶解，制成試劑A，將鹽酸副玫瑰苯胺溶液制成試劑B，檢測時直接各取A、B試劑1.0 mL加入待測液中反應，通過改變乙二醛和鹽酸副玫瑰苯胺的濃度探究兩者的最佳配比，在此配比下考察該方法的檢測性能。結果：該方法反應時間為5.0 min，比國標法（20.0 min）縮短了15.0 min，檢出限為0.2 mg·L-1，低于國標法（1.0 mg·L-1），線性范圍為0.5～20.0 mg·L-1，R2=0.999 8；檢測3組加標樣品中二氧化硫含量時，回收率分別為90.3%～93.1%、89.8%～93.5%、90.6%～94.2%，相對標準偏差（RSD）分別為1.6%、1.7%、4.2%。結論：乙二醛代替甲醛作為吸收液不僅能有效提高檢測靈敏度和時效性，還能避免甲醛給檢測人員帶來的安全風險，該方法可有效應用于白砂糖中二氧化硫的檢測。

關鍵詞：二氧化硫；快速檢測；分光光度法；乙二醛

Abstract： Objective： Based on the principle of GB 5009.34—2022 second method spectrophotometry， a fast， sensitive and safe method for the detection of sulfur dioxide in sugar was studied. Method： Glyoxal was used instead of formaldehyde in the national standard method as the absorption solution， and the reagents such as glyoxal were mixed and dissolved to make reagent A， and the salt hydrochloric naphthalenediamine solution was made into reagent B. During the test， 1.0 mL of reagents A and B were directly added into the liquid to be tested for reaction， and the optimal ratio between the two was explored by changing the concentrations of glyoxal and naphthalenediamine hydrochloride. The detection performance of the method was investigated under this ratio. Result： The reaction time of the method was 5.0 min， 15.0 min shorter than national standard method （20.0 min）， and the detection limit was?0.2 mg·L-1， lower than national standard method （1.0 mg·L-1）. The linear range was 0.5～20.0 mg·L-1， R2=0.999 8. The recoveries were 90.3%～93.1%， 89.8%～93.5%， 90.6%～94.2%， and the relative standard deviations （RSD） were 1.6%， 1.7%， 4.2%， respectively. Conclusion： The replacement of formaldehyde by glyoxal can not only improve the sensitivity and timeliness of the detection， but also avoid the safety risks posed by formaldehyde to testing personnel. The method can be effectively applied to the detection of sulfur dioxide in white sugar and its products.

Keywords： sulfur dioxide; rapid detection; spectrophotometry; glyoxal

白砂糖的質量指標通常包括蔗糖分、還原糖分、色值、二氧化硫含量、電導灰分、干燥失重等。其中，二氧化硫的殘留問題備受關注。目前，國內的甘蔗糖廠主要采用亞硫酸法工藝，使用二氧化硫作為主要的清澈劑和去色劑。為了更好地降低白糖色值，多數糖廠逐漸增加二氧化硫的用量，導致清汁和糖漿中含有一定量的二氧化硫，使得白砂糖的安全性受到影響。因此，對白砂糖中二氧化硫的殘留量進行嚴格控制是非常必要的[1]。

二氧化硫具有一定毒性。人體每天攝入1 g二氧化硫時不會產生明顯的危害。然而，長期攝入會導致慢性中毒，且可能引起頭痛，出現腎功能障礙等。此外，長期攝入二氧化硫還可能對肝臟造成損害，對人體的健康產生嚴重影響。因此，對二氧化硫的攝入進行控制非常必要，食品生產和銷售企業應該嚴格控制二氧化硫的使用量，以確保食品的安全性和質量。同時，消費者也應該注意食品中的二氧化硫含量，避免長期過量攝入[2]。

目前國內外的二氧化硫檢測技術主要有酸蒸餾-堿滴定法、氣相色譜法、離子色譜法、分光光度法、醋酸鉛試紙法、發光法和紫外吸收法等。其中，分光光度法是白砂糖中二氧化硫檢測中最經濟、快速的方法，但使用甲醛作為吸收液會對檢測人員神經系統、皮膚系統等造成不同程度的危害，還會帶來環境污染等問題。同時，該方法在檢測過程中需要一次添加多個試劑，操作較為煩瑣[3]。因此，建立一種簡便、靈敏、安全的檢測白砂糖中二氧化硫的方法具有重要意義[4-9]。本研究以乙二醛溶液代替GB 5009.34—2022第二法分光光度法中的甲醛作為吸收液，并考察乙二醛與副玫瑰苯胺之間的最佳比例。在具體的實驗過程中，將乙二醛等試劑混合溶解，制成試劑A，并將副玫瑰苯胺溶液配制成試劑B。在檢測時，分別取1.0 mL的試劑A和B加入待測液中，通過改變乙二醛和鹽酸副玫瑰苯胺的濃度探究兩者的最佳配比，且對該檢測方法在白砂糖中的檢測適用性進行了考察，以期為白砂糖中二氧化硫的快速檢測提供一種簡單、靈敏和安全的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

100 μg·mL-1二氧化硫標準溶液（GBW，北京北方偉業計量技術研究院）；氨基磺酸銨、乙二胺四乙酸二鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；乙二醛（40%，阿拉丁）；2%鹽酸副玫瑰苯胺溶液（分析純，阿拉丁）；鄰苯二甲酸氫鉀（分析純，西亞試劑）；濃鹽酸、磷酸（重慶川東化工有限公司）；實驗用水均為蒸餾水。

1.2 儀器與設備

萬分之一型電子天平（梅特勒托利多）；立式真空干燥箱（上海善志儀器設備有限公司）；UV-5100型紫外可見分光光度計（上海元析儀器有限公司）。

1.3 實驗方法

1.3.1 溶液配制

（1）二氧化硫標準儲備液配制。準確吸取100 μg·mL-1二氧化硫標準溶液10.0 mL于100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，得10 μg·mL-1二氧化硫中間液，再用該中間液分別配制濃度為0.5 mg·L-1、1.0 mg·L-1、5.0 mg·L-1、10.0 mg·L-1、20.0 mg·L-1的二氧化硫標準溶液。

（2）試劑A配制。稱取2.0 g鄰苯二甲酸氫鉀，溶于少量水中，加入1.7 mL乙二醛（40%）溶液、0.3 g氨基磺酸銨和1.8 g乙二胺四乙酸二鈉溶解，用蒸餾水定容到100.0 mL。

（3）試劑B配制。取0.06 g鹽酸副玫瑰苯胺，加水溶解，定容到100.0 mL。

1.3.2 樣品處理

取5.0 g樣品，加蒸餾水振蕩提取10.0 min，定容于50.0 mL容量瓶中得待測液。取2.0 mL二氧化硫標準溶液（5.0 mg·L-1）于比色管中，再分別加入1.0 mL試劑A和試劑B，等待一定反應時間后用紫外可見分光光度計在550～600 nm波長掃描，確定其最大吸收波長，在該波長下檢測樣品中二氧化硫的含量。

1.3.3 反應條件優化

考察乙二醛（40%）溶液用量（1.25 mL、1.70 mL、2.50 mL、5.00 mL、10.00 mL）、鹽酸副玫瑰苯胺濃度（0.2 g·L-1、0.4 g·L-1、0.6 g·L-1、0.8 g·L-1、1.0 g·L-1）、反應時間（3.0 min、4.0 min、5.0 min、6.0 min、8.0 min、10.0 min、12.0 min、15.0 min）對反應靈敏度的影響。

1.3.4 檢出限和線性范圍確定

按照最優反應條件檢測系列質量濃度梯度的二氧化硫標準溶液，研究該方法的檢出限和線性范圍，將空白值扣除后，以與0.01吸光度相對應的濃度值作為檢測限。

1.3.5 精密度

取同一批次的樣品，經方法（1.3.2）處理后，制備成供試樣品溶液。通過6次平行測定，計算供試樣品溶液測定值的相對標準偏差（RSD）。

1.3.6 加標回收率

用空白樣品為加標實驗對象，準確稱取3份樣品，每份5.0 g，使其添加二氧化硫含量水平分別為0.5 mg·kg-1、5.0 mg·kg-1、10.0 mg·kg-1，經過方法（1.3.2）處理后，進行3組回收率實驗，每組重復檢測6次。最后，通過計算樣品加標后的測定結果與真實含量之間的比率，評估加標回收率。

2 結果與分析

2.1 二氧化硫檢測波長的確定

由圖1可知，在550～600 nm，按方法（1.3.2）使用40%的乙二醛溶液代替甲醛后的顯色物質的最大吸收波長為577 nm。此結果表明，乙二醛溶液代替甲醛后，顯色物質的最大吸收波長與用甲醛作為吸收液時的579 nm相比發生了微量變化，可能是因為乙二醛和甲醛在該反應體系中生成的顯色物質結構略有差異，導致其最大吸收波長發生了偏移。這一發現為進一步研究乙二醛代替甲醛后的顯色反應提供了重要的參考。

2.2 乙二醛用量的影響

由圖2可知，在鹽酸副玫瑰苯胺濃度為0.6 g·L-1、反應時間為5.0 min條件下，當乙二醛溶液（40%）用量為1.7 mL，吸光度達到最大值。然而，隨著乙二醛溶液（40%）用量的增加，吸光度值開始減小。當乙二醛用量較大時，反應液中的乙二醛濃度過高，具有較強的還原性。因此，它與生成的藍紫色絡合物發生氧化還原反應，導致絡合物褪色，吸光度降低。而當乙二醛用量較少時，乙二醛的量不足，導致二氧化硫與乙二醛生成的羥甲基磺酸加成化合物的量較少。因此，最終生成的絡合物量較少，吸光度較小。綜上所述，乙二醛溶液（40%）的最佳用量為1.7 mL，該用量能夠確保乙二醛的濃度適中，從而最大程度地促進二氧化硫與乙二醛的加成反應，提高檢測結果的準確性和可靠性。

2.3 鹽酸副玫瑰苯胺濃度的影響

由圖3可知，當乙二醛溶液（40%）用量為1.7 mL、反應時間為5.0 min時，隨著鹽酸副玫瑰苯胺（以下簡稱副玫瑰苯胺）濃度的增加，吸光度呈現先增大后減小的趨勢。這是因為在羥甲基磺酸加成化合物與副玫瑰苯胺反應的過程中，當副玫瑰苯胺的量不足時，絡合物生成量較少，吸光度不高。當副玫瑰苯胺的量達到0.6 g·L-1時，羥甲基磺酸加成化合物與副玫瑰苯胺反應達到平衡，吸光度達到最大值。然而，隨著副玫瑰苯胺濃度的繼續增大，吸光度開始減小，這是因為過量的副玫瑰苯胺分子開始吸收更多的光，導致吸光度減小。綜上所述，副玫瑰苯胺最佳濃度為0.6 g·L-1。在該濃度下，吸光度達到最大值，反應產物具有最高穩定性和可見度，能夠提供更準確的結果。

2.4 反應時間對吸光度的影響

由圖4可知，當乙二醛溶液（40%）用量為1.7 mL、副玫瑰苯胺為0.6 g·L-1時，隨著時間的增加，吸光度值呈現出先增加后趨于穩定再減小的趨勢。這是因為在開始時，反應尚未達到平衡，隨著反應的進行，生成物逐漸增加，吸光度值也逐漸增大。當反應達到平衡時，生成物會穩定一段時間，在此期間吸光度值基本保持不變。隨后生成物受氧氣、光照等的影響發生氧化還原反應而發生分解，顏色逐漸褪去，吸光度值開始減小。綜上所述，最佳的反應時間為5～10 min。這個時間段內，生成的產物具有較高的穩定性和可見度，吸光度值最為穩定，能夠提供更準確的結果，是檢測二氧化硫含量的最佳時間段。

2.5 線性范圍和檢出限

標準曲線結果如圖5所示。本方法的線性范圍為0.5～20.0 mg·L-1，R2為0.999 8，表明該方法具有很好的線性關系，適用于檢測白砂糖中的二氧化硫含量。此外，根據檢測結果可知，吸光度為0.01對應的二氧化硫濃度為0.2 mg·L-1，因此，該方法的檢出限為0.2 mg·L-1，相比國標法（1.0 mg·L-1），檢出限更低，表明方法在準確性和靈敏度方面具有一定優勢，可以為白砂糖中二氧化硫的檢測提供一種快速、準確、高效的方法。

2.6 精密度檢測

取同一批次已知二氧化硫含量（2.16 mg·kg-1）的樣品，經過方法（1.3.2）處理后，制備成供試樣品溶液。對供試樣品溶液進行6次平行測定，計算得到二氧化硫含量平均值為2.25 mg·kg-1，相對標準偏差（RSD）為1.82%。表明該方法具有較高的精密度和良好的重復性，適用于對二氧化硫含量較低的白砂糖樣品的檢測和分析。

2.7 加標回收率

由表1可知，通過對3個不同加標水平的樣品進行6次平行檢測，3個不同加標水平樣品的平均加標回收率分別為90.3%～93.1%、89.8%～93.5%、90.6%～94.2%，相對標準偏差分別為1.6%、1.7%、4.2%。回收率范圍較窄，說明方法的重現性良好；相對標準偏差較小，說明方法具有較高的精度。該方法在白砂糖中二氧化硫的檢測方面具有一定的準確性和可靠性，可以滿足日常分析的需求。

3 結論

在GB 5009.34—2022第二法分光光度法的基礎上，建立白砂糖中二氧化硫含量的檢測方法。此方法使用了低毒且穩定的乙二醛替代傳統的高毒易分解的甲醛，作為二氧化硫的吸收液。在檢測樣品時，只需直接取1.0 mL試劑A和1.0 mL試劑B加入待測液中，反應5.0 min后即可測量吸光度值。在實際樣品的檢測中，3組樣品二氧化硫回收率在89.8%～94.2%，相對標準偏差（RSD）分別為1.6%、1.7%和4.2%。本研究方法具有較好的檢測能力，有效縮短了檢測時間，減少了試劑對檢測人員的危害，為白砂糖中二氧化硫的快速檢測提供了一種有效的參考方法。

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