微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定壳聚糖膜中铜离子含量

2015-12-10陈丕茂秦传新杨贤庆

食品科学 2015年2期

于刚，秦朋,2，陈丕茂，秦传新，杨贤庆

（1.中国水产科学研究院南海水产研究所，国家水产品加工技术研发中心，农业部水产品加工重点实验室，广东广州 510300；2.上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306）

于刚1，秦朋1,2，陈丕茂1，秦传新1，杨贤庆1

目的：建立微波消解-石墨炉原子吸收光谱测定壳聚糖膜中铜离子含量的方法。方法：采用微波消解法对样品膜进行消解，在波长327.4 nm处，用石墨炉测定样品模中铜离子的含量。结果：本方法线性关系良好，相关系数r2=0.999 3，检出限为0.096 μg/g。铜离子回收率为72.78%～90.91%。结论：该方法具有快速、简单、准确、无污染等优点，可用于测定壳聚糖膜对铜离子的选择性吸附量。

微波消解；石墨炉原子吸收光谱法；壳聚糖膜；铜离子

壳聚糖又称脱乙酰甲壳素聚氨基葡萄糖，化学名称为β-（1,4）-2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，是一种天然直链多糖[1]。壳聚糖作为一种膜材料，成膜性好、制膜过程简单且对环境友好、无污染，具有良好的生物相容性和生物可降解性[2]。壳聚糖分子中含有的羟基（—OH）和氨基（—NH2）可作为配体与金属离子形成鳌合物[3]，有效地捕集或吸附溶液中的重金属离子，尤其是对Cu2+具有很好的吸附作用。

海洋生物污损给船舶、海洋设施带来极大危害，而涂装海洋防污涂料是目前最方便、有效的方法。随着环境保护的要求日益严格，铜系防污涂料对海洋生态环境的影响受到重视。本课题组计划利用壳聚糖的成膜性、抗菌性、对海水中铜离子的选择吸附性能，开发出自抛光、低表面能的环境友好型海洋防污涂料。

不同处理的壳聚糖膜对海水中铜离子的选择吸附性能是重要的筛选指标，但按照海水样品处理规范测定壳聚糖膜中的铜离子含量，需要复杂的脱盐预处理，费时、费力，数据分析的效率低。微波消解是利用微波能使消解体系中的极性分子在微波电磁场的高频作用下作极性运动，从而引起化学键的振动、断裂及微粒的相互摩擦、碰撞，产生大量的热，达到快速完全消解的目的[4-6]。与常用的湿法消解和干法灰化[7-8]相比微波消解具有快速、准确、省试剂、污染少和空白低等优点[9-11]。原子吸收光谱法是测定痕量金属的常规分析方法之一，不需要实验操作者进行实时的观察，为操作者节省大量工作时间[12-14]。其中，石墨炉原子吸收（graphite furnace atomic absorption spectrophotometry，GFAAS）法以其用样量小、检出限低以及仪器简单易操作等优点，被广泛应用于食品药品以及生物样品的检测中[15]，用石墨炉测定壳聚糖膜中微量铜元素具有简便快捷的优点。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

壳聚糖（生化试剂，脱乙酰度80.0～95.0，黏度50～800 mPa·s）国药集团化学试剂有限公司；浓硝酸（优级纯）广州化学试剂厂；Cu元素标准溶液（1 000 μg/mL）国家有色金属及电子材料分析测试中心；其他试剂均为分析纯。

HH-4数显恒温水浴锅常州澳华仪器有限公司；3K30台式高速冷冻离心机美国Sigma公司；SPX-320生化培养箱宁波东南仪器厂；THZ-D台式恒温振荡器江苏太仓实验设备厂；SB25-12DTD超声波清洗机宁波新芝生物科技股份有限公司；AA240FS+240Z原子吸收仪美国Varian公司；MARS5高压高通量微波消解系统美国CEM公司；铜元素空心阴极灯北京有色金属研究总院。

1.2 方法

1.2.1 壳聚糖膜的制备

1）纯壳聚糖膜：按强志斌等[16]方法稍作修改制备，烘干保存备用。2）壳聚糖-聚乙烯醇共混膜制备；按王康健等[17]方法稍作修改制备，烘干保存备用。3）戊二醛交联壳聚糖-聚乙烯醇共混膜：按照方法2）制备壳聚糖-聚乙烯醇共混溶液，然后加入0.1 g/100 mL溶液的戊二醛，在40 ℃条件下搅拌反应4 h，超声脱泡静置一段时间后，将溶液倒入模具中，37 ℃生化培养箱中干燥成膜，然后用氢氧化钠溶液浸泡30 min，去离子水洗至中性，烘干保存备用。4）壳聚糖-淀粉-苯甲酸钠三元共混膜制备：按王群等[18]方法稍作修改制备，烘干保存备用。5）壳聚糖-纳米TiO2复合膜的制备；按黄希妍斌[19]方法稍作修改制备，烘干保存备用。6）戊二醛改性壳聚糖-纳米TiO2复合膜的制备：按方法5）制备壳聚糖-纳米TiO2混合溶液，然后加入戊二醛交联剂0.1 g/100 mL溶液，40 ℃条件下，交联反应4 h，超声脱泡静置一段时间后倒入成膜模具，37 ℃生化培养箱干燥成膜，然后用氢氧化钠溶液浸泡30 min，去离子水洗至中性，烘干保存备用。

1.2.2 各膜对铜离子的吸附

用剪刀剪取等质量的各种膜0.120g，然后将各膜放入相同规格的烧杯中，再各加入150 mL质量浓度100 μg/L的铜离子溶液，用保鲜膜密封烧杯口，放入恒温振荡器中分别振荡1 d后小心取出各膜，用滤纸小心吸掉膜表面的残留溶液。将处理好的各膜用高压高通量微波消解系统进行消解，消解后再用微机控温加热板进行排酸，最后定容到10 mL然后再用原子吸收仪测定各膜中吸附铜离子的质量浓度，然后按下式计算吸附量：

式中：C为测量膜中铜离子质量浓度/（μg/L）；V为实验中膜溶液体积/mL；m为膜的初始质量/g。

1.2.3 样品处理

将1.2.2节吸附铜离子溶液的各膜置于微波消解罐中，加入8 mL浓硝酸浸没，于MARS5高压高通量微波消解系统仪中按设置条件进行消解，待消解罐冷却后打开盖，置于ECH-Ⅱ微机控温加热板上于140 ℃赶酸至近干，取下用去离子水定容至10 mL，同时做空白对照，然后用石墨炉测定。

1.2.4 仪器工作条件

1.2.4.1 微波消解条件

微波消解条件为功率800 W、温度180 ℃、升温时间5 min、保持时间15 min。

1.2.4.2 GFAAS光谱仪工作条件

GFAAS光谱仪工作条件在参考文献[20-23]的基础上见表1、2。

表 1 原子吸收光谱仪工作条件Table 1 Working conditions for atomic absorption spectrometer

表 2 石墨炉升温程序Table 2 Temperature-rising program of graphite furnace

2 结果与分析

2.1 铜离子标准曲线的制备

配制标准质量浓度60 μg/L的Cu离子母液，然后用石墨炉仪器自动稀释功能，制备标准曲线，质量浓度分别为0、12.0、30.0、48.0、60.0 μg/L，标准曲线方程为y=0.005 2x+0.009 3，r2=0.999 3表明线性关系良好。

2.2 精密度实验

取同一份已处理好的样品溶液连续进样测试6 次，测定吸光度，计算6 次结果的相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）为6.82%。由此可知壳聚糖膜中铜元素测定结果的RSD差较小，表明使用该方法测定铜元素数据可靠。

2.3 重复性实验

取同一批次的未吸附铜离子的样品6 份，每份约0.120 g，用本法测定，结果为1.02、1.21、1.26、1.30、1.03、1.12 μg/g，RSD为10.17%。可见壳聚糖膜中铜的测定结果的RSD较小，表明使用该方法测定铜，重复性较好。

2.4 检出限

用该方法对空白样品溶液连续测量11 次，按照3 倍空白质量浓度偏差，以样品0.120 g计算[24]，得到方法的检出限为0.096 μg/g。由此可见，此方法可以满足壳聚糖膜中铜的检测要求。

2.5 回收率实验

称取等质量0.120 g的各膜2 份，一份准确加入1mg/L的铜离子标准溶液1mL，另一份准确加入1mg/L的铜离子标准溶液0.5 mL，按照该方法进行消解、赶酸，最后都定容到10mL后进行测定。计算结果，回收率范围在72.78%～90.91%，回收率见表3。由表3可知，有部分实验组回收率偏低，可能是因为定容时温度偏高进行2次定容造成的误差，但部分实验组回收率很高，所以在实验误差范围内，采用本方法测定壳聚糖膜中铜，结果是可靠的。

表 3 回收率结果Table 3 Results of recovery tests

3 结论

实验结果表明，各壳聚糖膜对溶液中铜离子都具有很好的吸附作用。与湿法消解和干法灰化相比，密闭的消解方式可以有效的减少样品的损失以及对环境的污染，同时还能保证实验操作者的安全；消解前处理非常简单，消解用时很短，而且消解效率高，不需要实验操作者进行实时的观察，为操作者节省大量工作时间，同时该法用酸量少，减少了实验成本。本实验线性关系良好，相关系数r2=0.999 3，检出限为0.096 μg/g。铜离子回收率为72.78%～90.91%。运用微波消解-石墨炉原子吸收法测定壳聚糖膜对铜离子吸附含量的研究时，具有较高的精密度和准确度，测定结果可靠，测定方法简单，便于操作，而且对环境友好、无污染。

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Determination of Copper Ion in Chitosan Membrane by Microwave Digestion and Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrophotometry

YU Gang1, QIN Peng1,2, CHEN Pimao1, QIN Chuanxin1, YANG Xianqing1
(1. Key Laboratory of Aquatic Product Processing, Ministry of Agriculture, National Research and Development Center for Aquatic Product Pr ocessing, South China Sea Fisheries Resea rch Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Guangzhou 510300, China; 2. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

Objective: To establish a method for the determination of copper ion in chitosan membrane by microwave digestion and graphite furnace atomic absorption spectrophotometry. Method: The chitosan membrane was dissolved by microwave digestion before analysis by graphite furnace atomic absorption spectrophotometry at a wavelength of 327.4 nm. Result: This method had good linearity with a correlation coeffi cient (r2) of 0.9993, and the limit of detection (LOD) was 0.096 μg/g. Recoveries from spiked samples ranged from 72.78% to 90.91%. Conclusions: This method is rapid, simple, accurate pollution-free and suitable for the determination of copper in chitosan membrane.

microwave digestion; graphite furnace atomic absorption spectrophotometry (GFAAS); chitosan membrane; copper ion

TS207.3

1002-6630（2015）02-0201-03

10.7506/spkx1002-6630-201502039

2014-06-24

广东省海洋渔业科技推广专项（A201301B04）

于刚（1972—），男，副研究员，博士，研究方向为水产品保鲜与精深加工。E-mail：gyu0928@163.com