β-环糊精增敏橙黄IV分光光度法测定亚硝酸根离子*

陈小燕，李和平，李　冰，刘万毅

(宁夏大学化学化工学院，宁夏　银川　750021)



分析测试

β-环糊精增敏橙黄IV分光光度法测定亚硝酸根离子*

陈小燕，李和平，李冰，刘万毅

(宁夏大学化学化工学院，宁夏银川750021)

β-CD；橙黄IV；紫外-可见光谱法；增敏；亚硝酸根离子

亚硝酸盐常被用作食品着色剂和防腐剂，还用于织物的染色、漂白等[1]。但饮用水和食物中亚硝酸盐超过一定含量就会对人体有害，它会与胺类反应生成致癌的亚硝基化合物。所以美国公共卫生协会规定亚硝酸盐的饮用水限量为60 μg·L-1，可接受的每日摄入量小于0.07 mg·kg-1[2]。因此，在环境监测和食品加工中要对亚硝酸根离子进行严格地控制和监测。目前有许多关于测定亚硝酸盐的方法，如分光光度法[3-4]，荧光光谱法[5-6]，电化学法[7-8]，色谱法[9]等。天然水和食品中亚硝酸根离子的测定主要用分光光度法，较经典方法是基于重氮化偶联反应和亚硝化反应。β-CD独有的“内疏水，外亲水”的中空斜截锥形的结构可与有机分子形成主客体包合物[10]。本研究在橙黄IV与微量亚硝酸根离子发生亚硝化反应[11]的基础上，加入β-CD与亚硝化产物通过氢键作用和疏水作用形成超分子包合物，使其明显提高体系的吸光度，达到增敏的效果。以期建立测定亚硝酸根离子的新的分析测试方法。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

TU-1810SPC型紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限公司；HH-6型恒温水浴锅，北京长源实验设备厂；KQ5200DE型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；101A-1B型鼓风干燥箱，上海实验仪器厂有限公司；BSA224S型电子分析天平，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司。

NaNO2标准溶液：用干燥过的NaNO2(分析纯)和蒸馏水配制0.2 g·L-1的储备液，100 mL溶液中加入氯仿0.4 mL以抑制细菌生长，避光冷存，使用时稀释为4 mg·L-1的工作液；橙黄IV(分析纯)，分别用蒸馏水配制0.2 g·L-1和1.0×10-4mol·L-1的溶液；β-CD(化学纯)，重结晶两次后配制0.01 mol·L-1的水溶液；HCl(分析纯)，配制0.5 mol·L-1的水溶液； pH=1的KCl/HCl缓冲溶液：100 mL 0.2 mol·L-1KCl水溶液和194 mL 0.2 mol·L-1HCl溶液混合均匀。实验用水为蒸馏水。

1.2实验方法

1.2.1β-CD与橙黄IV包合物的形成

准确移取1.0×10-4mol·L-1橙黄IV溶液1.00 mL于10 mL的比色管中，加入1.00 mL的β-CD(0.01 mol·L-1)溶液，再加入pH=1的KCl/HCl缓冲溶液2.00 mL，加蒸馏水至刻度，混匀，超声5 min，室温静置30 min。另分别移取1×10-4mol·L-1的橙黄IV溶液1.00 mL和β-CD溶液1.00 mL于10 mL比色管中，按照相同步骤处理。以蒸馏水为参比，分别测定橙黄IV+β-CD、橙黄IV和β-CD三种溶液体系的吸光度。

1.2.2不同温度下橙黄IV和β-CD包合常数Ka的测定

移取1.0×10-4mol·L-1的橙黄IV溶液各1.00 mL于8支10 mL比色管中，依次加入0.01 mol·L-1的β-CD溶液0 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL、5.00 mL、6.00 mL，再加入pH=1的KCl/HCl缓冲溶液2.00 mL，用蒸馏水稀释至刻度并摇匀，超声5 min，于恒温水浴中分别在298 K、308 K、318 K、328 K、338 K下静置30 min，根据不同温度下测定的溶液吸光度值与不加β-CD的吸光度值之差，再结合Hildebrand-Benesi方程[12-13]，得出在不同温度下的稳定常数Ka列于表1中。

1.2.3β-CD对橙黄IV与亚硝酸根反应的影响

在25 mL比色管中，加入5 mL NaNO2标准溶液，0.2 g·L-1橙黄IV溶液2.00 mL，加水至10 mL，再加入0.5 mol·L-1HCl溶液2.0 mL，加入一定量的β-CD溶液，用蒸馏水定容至刻度并摇匀，静置15 min。以试剂空白为参比，用1 cm比色皿，在348 nm和526 nm波长处测定溶液吸光度(分别记为A348，A526)。以双波长叠加法计算吸光度A=A348+A526，通过吸光度确定加入β-CD的用量。

2　结果与讨论

2.1包合物的形成

在客体分子被包合后，最大吸收波长会红移或蓝移，而且吸光度会发生变化[12]。图1分别为橙黄IV(1.0×10-5mol·L-1)+β-CD(1.0×10-3mol·L-1)、橙黄IV(1.0×10-5mol·L-1)和β-CD(1.0×10-3mol·L-1)三种溶液的吸收曲线，可看出β-CD几乎没有吸收，而橙黄IV在加入β-CD后，最大吸收波长从529 nm 蓝移至448 nm。说明橙黄IV与β-CD形成了包合物。β-CD的内腔是疏水性的，所以极性大的化合物和带电的离子均不易进入β-CD的空腔[13]。由于橙黄IV分子的一端为疏水性的苯环，另一端的苯环上连有—SO3Na基团(见图2)，所以极有可能橙黄IV疏水端的苯环被β-CD包合，包合反应式如图2。

图1　三种溶液的吸收曲线图

图2　橙黄IV和β-CD的包合反应方程式

2.2温度对橙黄IV和β-CD包合常数Ka的影响

运用紫外-可见分光光度法研究不同温度下的包合常数，测定最大吸收波长λmax=529 nm，假设橙黄IV和β-CD形成1:1的包合物，根据Hildebrand-Benesi方程及相应的数据处理，可得到1/ΔA～1/[CD]0的线性方程及包合常数(见表1)。

表1　不同温度下的包合常数

由表1可知，随着温度升高，包合常数呈减小趋势，说明升高温度不利于包合反应的进行。而且，由Hildebrand-Benesi方程得出橙黄IV和β-CD都形成了包合比为1:1的包合物。

2.3β-CD增敏橙黄IV测定亚硝酸根离子

2.3.1β-CD用量对吸光度的影响

在室温下，按1.2.3步骤加入其他试剂后，依次加入表2中不同量的β-CD溶液，由吸光度A，确定β-CD的最佳用量。

表2　加入不同量β-CD的溶液吸光度变化

由表2看出，随着β-CD加入量的增加，溶液的吸光度逐渐增大，这可能因为一部分橙黄IV先与NaNO2进行亚硝化反应，生成的-NO基团与已包合橙黄IV的β-CD的伯羟基形成氢键(图3)，促使包合反应的进行，并使体系的吸光度增大。当β-CD加入量大于0.40 mL时，多余的β-CD不会产生吸收峰，吸光度趋于稳定，所以β-CD的最佳用量为0.40 mL，此时吸光度比不加β-CD增加0.228。

图3　β-CD与橙黄IV的亚硝化产物形成的氢键示意图

2.3.2橙黄IV用量的影响

按照步骤1.2.3的实验方法，考察不同橙黄IV用量对吸光度的影响，结果表明当0.2 g·L-1橙黄IV溶液用量为2.00 mL时，吸光度值最大，本实验选用0.2 g·L-1橙黄IV 2.00 mL(见表3)。

表3　橙黄IV用量的影响

2.3.3显色时间的影响

吸光度随显色时间的变化如图4所示，结果表明，当显色时间在10 min后，吸光度达到最大且比较稳定。故本实验显色时间在15 min。

图4　显色时间的影响

2.3.4工作曲线

2.3.5共存离子的影响

2.3.6样品回收率的测定

标准加入法测定回收率结果见表4。

表4　样品回收率的测定

3　结　论

[1]郭世珺，曾常春，李丽君. 亚硝酸钠化高铁血红蛋白的拉曼光谱量化检测研究[J]. 光谱学与光谱分析，2013，33(7)：1805-1809.

[2]Yu-Xian Guo, Qing-Feng Zhang, Xincheng Shangguang, et al. Spectrofluorimetric determination of trace nitrite with o-phenylenediamine enhanced by hydroxypropyl-β-cyclodextrin [J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2013, 221 (101): 107-111.

[3]唐清华，陈玉静. 双波长催化光度法测定痕量亚硝酸根[J]. 分析科学学报，2010，26(3)：370-372.

[4]董彦，吕春玲. 基于亚硝化反应分光光度法测定亚硝酸根[J]. 光谱学与光谱分析，2001，21(5)：710-712.

[5]刘奇，魏静娟，王爱军. β-环糊精增敏中性红荧光猝灭法测定痕量亚硝酸根[J]. 分析试验室，2011，30(7)：6-9.

[6]Feng Gao, Li Zhang, Lun Wang, et al. Ultrasensitive and selective determination of trace amounts of nitrite ion with a novel fluorescence probe mono[6-N(2-carboxy-phenyl)]-β-cyclodextrin[J]. Analytica Chimica Acta, 2005, 533 (1): 25-29.

[7]刘赵荣，王玉春，弓巧娟. 电化学掺铜(Ⅱ)类普鲁士蓝膜修饰电极的制备及其对亚硝酸根的测定[J]. 分析化学，2010，38(7)：1040-1043.

[8]汪雪，李辉，吴敏，等. 石墨烯-壳聚糖/金纳米粒子修饰电极同时测定亚硫酸根和亚硝酸根[J]. 分析化学，2013，41(8)：1232-1237.

[9]徐霞，应兴华，段斌武，等. 膜渗透与离子色谱联用技术测定蔬菜中亚硝酸盐和硝酸盐[J]. 分析化学，2007，35(11)：1586-1590.

[10]陈鸿雁，陈善全，宋伟，等. β-环糊精与肉桂醇包结物的制备及包结性能的研究[J]. 化学研究与应用，2014，26 (4): 566-571.

[11]徐红，刘绍璞，罗红群. 橙黄IV分光光度法测定微量亚硝酸根[J]. 理化检验(化学分册)，2006，42(11)：949-950.

[12]Abdulilah Dawoud Bani-Yaseen, Abeer Mo’ala. Spectral, thermal, and molecular modeling studies on the encapsulation of selected sulfonamide drugs in β-cyclodextrin nano-cavity[J]. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2014, 131: 424-431.

[13]童林荟. 环糊精化学—基础与应用[M]. 北京：科学出版社，2001.

Determination of Nitrite Ion by β-cyclodextrin Sensitizing Orange IV with UV-vis Spectroscopy*

CHEN Xiao-yan, LI He-ping, LI Bing, LIU Wan-yi

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Ningxia University, Ningxia Yinchuan 750021, China)

A new method was developed for the determination of nitrite ion by β-cyclodextrin (β-CD) sensitizing orange IV being supramolecular inclusion of β-CD and orange IV. The result showed that 1:1(orange IV:β-CD) inclusion complexes were formed, higher temperature did not favor the inclusion reaction concluded from the binding constants at different temperatures. The inclusion of β-CD and nitrosation product from orange IV enhanced obsorbance, thus increased the sensitivity of the determination. Beer’s law was obeyed over the range of 0～0.82 μg·mL-1for nitrite ion.

β-CD; orange IV; UV-Vis spectroscopy; sensitization; nitrite ion

国家自然科学基金资助项目(21266025)。

陈小燕(1978-)，女，高级实验师，主要从事有机合成及分析方面的研究。

O657.3

A

1001-9677(2016)01-0109-03