CTMAB增敏共振瑞利散射法快速测定面制食品中的Pb

庞向东，江　虹，廖重梅，石文兵，秦　艾

（长江师范学院化学化工学院，重庆市无机特种功能材料重点实验室，重庆 408100）

CTMAB增敏共振瑞利散射法快速测定面制食品中的Pb

庞向东，江虹*，廖重梅，石文兵，秦艾

（长江师范学院化学化工学院，重庆市无机特种功能材料重点实验室，重庆 408100）

在表面活性剂溴化十六烷基三甲基铵及酸性三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲介质存在条件下，铬天青S与Pb（Ⅱ）结合，导致共振瑞利散射（resonance Rayleigh scattering，RRS）显著增强，并产生新的RRS光谱。在最大共振瑞利散射峰369 nm波长处，Pb（Ⅱ）的质量浓度在0.002～0.35 mg/L范围内与体系的共振瑞利散射增强程度（ΔIRRS）呈良好的线性关系，定量限为0.024 mg/kg。据此建立了快速、准确、高灵敏的测定Pb（Ⅱ）的RRS新方法，并研究了适宜的反应条件及RRS光谱特征。方法可用于市售面制食品中Pb的快速测定。

溴化十六烷基三甲基铵；铬天青S；Pb；面制食品；共振瑞利散射

Pb是一种对人体有害的金属元素。面制食品中的Pb主要来源于食品制造、加工、容器、包装、贮存和运输等的污染。如果常吃受Pb污染的食品，会因Pb在人体内的积累引起慢性中毒，造成神经系统、消化系统、造血系统、肾脏和心血管等系统的损伤，导致贫血、脑溢血、骨骼变化和智力下降等病症。近年，Pb对人类的生存环境和人体健康已构成较为严重的威胁，因此，研究食品中Pb的检测方法有着重要意义。

目前，测定Pb的方法主要有原子吸收法［1-6］、紫外-可见分光光度法［7-13］、原子发射法［14-15］、原子荧光法［16-17］、电化学法［18-24］和毛细管电泳法［25］等。原子吸收法前处理麻烦、费时，对铅含量低的样品需进行预分离富集处理，所用仪器偏贵，对试剂要求高。紫外-可见分光光度法虽然简便快速、成本低廉、易于推广，但其灵敏度一般不高。其他方法或选择性不好或线性范围窄或实验条件苛刻。本实验采用表面活性剂溴化十六烷基三甲基铵（cetyl trimethyl ammonium bromide，CTMAB）增敏铬天青S（chrome azurol S，CAS）的共振瑞利散射（resonance Rayleigh scattering，RRS）法来测定面制食品中Pb的含量，方法简便、快速，有很高的灵敏度（可达纳克级）和良好的选择性，方法可用于系列面制食品中Pb的测定。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

面条（1-4#）、饼干（5-6#）、方便面（7-10#）市售；Pb（NO3）2沈阳市试剂五厂；CAS 成都市科龙化工试剂厂；CTMAB 上海倍卓生物科技有限公司；三羟甲基氨基甲烷 齐一生物科技（上海）有限公司；实验用水均为超纯水；试剂均为分析纯。

1.2仪器与设备

F-2500型荧光分光光度计 日本日立公司；pHS-3C精密酸度计 上海虹益仪器仪表有限公司。

1.3方法

1.3.1溶液配制

Pb（Ⅱ）标准溶液：准确称取一定量的Pb（NO3）2于小烧杯中，加水溶解后转移至100 mL容量瓶中，用水稀至刻度，摇匀，配成20.72 mg/L标准贮备液，取该液10.0 mL，用水稀释至100 mL，即得2.072 mg/L操作液。CAS溶液：称取适量CAS于小烧杯中，加入20.00 mL无水乙醇和少量水，溶解后，移入500 mL容量瓶中，用水稀至刻度，即得1.00×10-3mol/L的贮备液，操作液为1.00×10-4mol/L。三羟甲基氨基甲烷（Tris）-盐酸（HCl）缓冲溶液：用0.20 mol/L Tris溶液与0.10 mol/L HCl溶液混合，用酸度计测定，配成pH 3.0～8.5的系列缓冲溶液。CTMAB溶液：称取适量CTMAB于烧杯中，加无水乙醇少量，溶解后，用水配成4.00×102mg/L的溶液。

1.3.2样品处理

用固定质量称量法准确称取已捣碎并按四分法缩分的各面制样品10.000 0 g（允许误差±0.000 1 g），分别置于瓷坩埚中，在可调电炉上低温加热，待样品炭化后，将温度调至500 ℃灼烧灰化5 h（去除有机物和碳水化合物），放冷，取出坩埚，加2.0 mL硝酸（1+1）润湿灰分，低温加热蒸干，在500～550 ℃灼烧2 h，放冷，取出坩埚，加2.0 mL硝酸（1+1）溶液，低温加热，使灰分溶解，冷却后，过滤，滤液置于50 mL容量瓶中，加3.0 mL三乙醇胺溶液（1+2）（掩蔽Fe3+、Al3+），再用水稀至刻度，即得待测液。

1.3.3RRS强度的测定

准确移取2.50 mL 1.0×10-4mol/L CAS溶液于10 mL具塞比色管中，再顺序加入1.50 mL pH 6.59 Tris-HCl缓冲溶液，适量的2.072 mg/L Pb（Ⅱ）标准溶液或样液，0.10 mL 4.00×102mg/L CTMAB溶液，用超纯水稀释至10.0 mL刻度，摇匀，8 min后在荧光分光光度计上（设λEx=λEm=220 nm，测定狭缝10 nm）进行同步扫描，得RRS光谱，记录最大共振瑞利散射波长处体系的RRS强度（IRRS）及试剂空白的RRS强度（I0），计算ΔIRRS。

2　结果与分析

2.1Pb（Ⅱ）-CAS-CTMAB的RRS光谱

图1　Pb（Ⅱ）-CAS-CTMAB的RRS光谱Fig.1　RRS spectra of Pb （II）-chrome azurol S-cetyl trimethyl ammonium bromide

图1表明：Pb（Ⅱ）溶液、CAS溶液及CAS的酸性溶液自身的RRS均较微弱（曲线1～3），而在CAS的酸性溶液中加入Pb（Ⅱ）溶液后，因CAS为酸性染料，能与Pb（Ⅱ）以静电引力结合生成二元络合物，但RRS仍较微弱（曲线4），曲线4与曲线3在最大散射波长处的ΔIRRS较小，灵敏度低，不能用于Pb（Ⅱ）的定量分析。若在曲线3的基础上加入表面活性剂CTMAB，则因CTMAB对CAS有较强的增敏性，促使共振瑞利散射明显增强（曲线5），其最大共振散射峰位于369 nm波长处；在曲线5的基础上，加入不同浓度的Pb（Ⅱ）溶液后，生成的三元络合物的RRS强度随着Pb（Ⅱ）溶液质量浓度的增加而不断增强，在Pb（Ⅱ）的一定质量浓度范围内，RRS强度与Pb（Ⅱ）的质量浓度呈良好的线性关系（曲线6～12）。故方法可用于Pb（Ⅱ）的定量分析。

可能的反应机理：CAS在水溶液中可离解出2～3 个Na+，使自身带多个单位的负电荷，而CTMAB在溶液中可离解出Br-，使自身带1 个单位正电荷，带负电荷的CAS可与带正电荷的阳离子活性基团作用形成带负电荷的缔合颗粒或络阴离子，进而与溶液中带正电荷的Pb（Ⅱ）作用生成粒径更大的电中性络合物，体系的摩尔质量和体积也显著增大，从而导致Pb（Ⅱ）-CASCTMAB三元络合物的RRS显著增强。

2.2反应条件的选择

2.2.1pH值对Δ IRRS的影响

考察了Tris-HCl缓冲溶液在不同pH值时对三元体系Δ IRRS的影响（图2）。结果表明：当pH值小于5.2时，体系的共振瑞利散射强度较弱，在pH 5.8～6.8范围内，体系有较强的共振瑞利散射强度，且Δ IRRS较大，表明灵敏度较高。实验用pH 6.59的Tris-HCl缓冲溶液，适宜用量为1.50 mL。

图2　pH值对ΔIRRRS的影响Fig.2　Effect of buffer pH on ΔIRRS

2.2.2CAS溶液浓度对Δ IRRS的影响

图3　CAS溶液浓度对ΔIRRS的影响Fig.3　Effect of chrome azurol S concentration on ΔIRRS

考察了CAS溶液在不同浓度时对三元体系ΔIRRS的影响（图3）。结果表明：体系的共振瑞利散射强度先随CAS溶液浓度的增大而逐渐增强，当CAS浓度达一定值时，体系的RRS强度基本保持不变，之后又逐渐减弱。实验表明，CAS在2.00×10-5～2.80×10-5mol/L范围内，体系有较大的ΔIRRS，此时灵敏度较高。实验选用1.00×10-4mol/L CAS溶液2.50 mL。

考察了多种阳离子、阴离子及非离子表面活性剂对三元体系ΔIRRS的影响。结果表明：只有阳离子表面活性剂对体系有增敏性，尤以CTMAB效果最好。实验用4.00×102mg/L CTMAB溶液，适宜用量为0.10 mL。

2.2.4试剂加入顺序对Δ IRRS的影响

考察了CAS溶液、Pb（Ⅱ）溶液、CTMAB及Tris-HCl溶液在不同加入顺序时对三元体系ΔIRRS的影响。结果表明：按1.3.3节中的加入顺序为最佳。实验按此顺序进行。

2.2.5反应时间及稳定性对Δ IRRS的影响

考察反应时间对三元体系Δ IRRS的影响（图4）。结果表明：室温条件下，8 min内反应即可进行完全，反应产物的Δ IRRS至少可稳定2 h。实验选在8 min后测定。

图4　反应时间对ΔIRRS的影响Fig.4　Effect of reaction time on Δ IRRS

2.3标准曲线

按1.3.3节的方法配制并扫描Pb（Ⅱ）的标准系列溶液。以ΔIRRS为纵坐标，Pb（Ⅱ）溶液的质量浓度ρ（mg/L）为横坐标作标准曲线，其一元线性回归方程为ΔIRRS=-7.358 1+4 366ρ，相关系数为0.999 8，线性范围为0.002～0.35 mg/L，定量限为0.024 mg/kg。

2.4方法的选择性

表1　共存物质的影响Table1　Effect of coexistent substances

考察了某些常见物对测定0.207 mg/L Pb（Ⅱ）的RRS的影响（表1）。结果表明：绝大多数常见阴、阳离子不干扰测定。Al3+、Fe3+的允许量较小，可加入三乙醇胺溶液（1+2）1.0 mL予以掩蔽。可见方法有较好的选择性。

选取我院自2015年1月至2016年1月收治的60例内镜下诊断为非炎症性肠病大肠溃疡患者,并且经临床综合检查诊断确认。其中,男性患者34例,女性患者26例,患者年龄在18至74岁之间,平均为(56.7±4.8)岁。

2.5样品分析结果

取1.3.2节中各待测样液4.00 mL，按1.3.3节方法加入其他试剂溶液并扫描RRS光谱，求出各样液中Pb（Ⅱ）的含量（n=5），并与国标法［1］（原子吸收光谱（atomicabsorption spectroscopy，AAS）法）对照，同时作加标回收实验（n=5），结果见表2。

表2　样品分析结果及回收实验（n=5）Table2　Analytical results of samples and results of recovery tests （ = 5）

由表2可知，本法的测定结果与原子吸收法基本一致，回收率为97.5%～102%，相对标准偏差为1.5%～2.4%，表明该方法有较高的准确度和精密度。

3　结 论

本方法与国标法［1］相比，具有简便、快速、灵敏度高、线性范围宽的优点，并有较高准确度、精密度及选择性，试剂价廉易得，样品处理安全，适于批量面制食品中Pb的快速测定。

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Fast Determination of Lead in Flour Foods by Resonance Rayleigh Scattering Method with Cetyltrimethyl Ammonium Bromide （CTMAB） as Sensitizer

PANG Xiangdong, JIANG Hong*, LIAO Chongmei, SHI Wenbing, QIN Ai
（Chongqing Key Laboratory of Inorganic Special Functional Materials, School of Chemistry a nd Chemical Engineering, Yangtze Normal University, Chongqing 408100, China）

In the presence of surfactant cetyl trimethyl ammonium bromide and an acidic Tris-hydrochloric acid buffer medium, chrome azurol S can be bound with lead （Ⅱ） to form a new product, which leads to a distinctly enhanced resonance Rayleigh scattering （RRS） and the appearance of a new RRS spectrum. The maximum RRS peak was located at 369 nm. The mass concentration of lead （Ⅱ） in the range of 0.002 to 0.35 mg/L was directly proportional to the RRS intensity （ΔIRRS） of system with the limit of quantitation （LOQ） being 0.024 mg/kg. Therefore, a rapid, accurate and sensitive new RRS method for quantifying lead （Ⅱ） was successfully developed. The optimal reaction conditions and resonance Rayleigh scattering spectral characteristics were investigated. The method can be used for rapid determination of lead in commercial pastas.

cetyl trimethyl ammonium bromide； chrome azurol S； lead； fl our foods； resonance Rayleigh scattering

10.7506/spkx1002-6630-201620031

O657.39

A

1002-6630（2016）20-0183-04

庞向东, 江虹, 廖重梅, 等. CTMAB增敏共振瑞利散射法快速测定面制食品中的Pb［J］. 食品科学, 2016, 37（20）： 183-186.

DOI：10.7506/spkx1002-6630-201620031. http：//www.spkx.net.cn

PANG Xiangdong, JIANG Hong, LIAO Chongmei, et al. Fast determination of lead in flour foods by resonance Rayleigh scattering method with cetyltrimethyl ammonium bromide （CTMAB） as sensitizer［J］. Food Science, 2016, 37（20）： 183-186.（in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/spkx1002-6630-201620031. http：//www.spkx.net.cn

2016-01-11

重庆市教委科技基金项目（KJ1401226）；长江师范学院科技基金项目（2015CXX079）；国家自然科学基金面上项目（21275021）

庞向东（1962—），男，副教授，学士，研究方向为分子光谱分析。E-mail：cspxdfxsch123456@163.com

江虹（1956—），女，教授，学士，研究方向为分子光谱分析。E-mail：jianghongch@163.com