沸石修饰聚丙烯酰胺复合材料富集——分光光度法测定日落黄色素

李婉君，张振宇，朱秋芳，张翠红

(1.太原工业学院化学与化工系，山西 太原 030008;2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001)

分析与测试

沸石修饰聚丙烯酰胺复合材料富集
——分光光度法测定日落黄色素

李婉君1，张振宇2，朱秋芳1，张翠红1

(1.太原工业学院化学与化工系，山西 太原 030008;2.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001)

以沸石修饰聚丙烯酰胺复合材料作为固相萃取的吸附剂，与可见分光光度计联用检测软饮料中日落黄色素的含量。优化了固相萃取实验条件对萃取效率的影响，包括样品pH，样品流速，样品体积和洗脱液流速。在最优化的实验条件下，对5种软饮料中日落黄色素的含量进行了测定，日内、日间精密度分别为2.58%和4.63%；加标回收率范围为93.0%～98.7%。结果表明，本实验方法具有操作简单、灵敏度高、分析速度快等优点，适用于软饮料中日落黄色素的测定。

沸石；聚丙烯酰胺；固相萃取；分光光度法；日落黄色素

近来，软饮料已成为人们日常生活的必需品。由于人工合成色素具有色彩鲜艳，性质稳定，着色力强等特点，而常常被加入到软饮料中。毒理学研究发现，这些人工合成色素本身或是其代谢中间体对人体健康有慢性毒害或有致癌的危险[1]。日落黄是一种人工合成色素，长时间饮用超量添加该色素的饮料，会对人体产生危害。由于这些原因，我国对人工合成色素使用的种类、添加量及允许添加范围做了严格的限制[2]。因此，准确检测软饮料中日落黄色素的含量是十分重要的。由于软饮料中的目标物质含量较低且基体效应比较复杂，直接测定日落黄色素的含量是困难的。为了提高日落黄色素检测的灵敏度，在检测前对实际样品进行分离富集是必要。

传统的分离富集方法主要有液液萃取技术[3]、微波辅助萃取技术[4]及超声波辅助提取技术[5]等，这些方法存在许多缺点[6-7]，比如，对环境有害的有机溶剂用量多，操作过程冗杂且还可能会造成分析物质的流失或分解。固相萃取技术(SPE)因具有对环境污染小、分离分析速度快、操作简便等优点[3]，而被广泛应用。在固相萃取技术中，吸附剂的选择是至关重要的[8]，聚酰胺粉[10]和无机多孔材料[11-12]已被用于色素的吸附。聚酰胺粉为有机聚合物，其缺点为比表面积小、机械强度差及萃取效率低。而无机多孔材料比表面积大，但在萃取后难回收，容易造成二次污染[13]。

近年来，无机多孔材料的改性研究越来越多。例如，Wang等人制备了沸石改性的聚合物整体柱，并将其应用于检测唇膏中的合成色素[14]。沸石是孔径均匀的无机多孔材料，具有大的比表面积和良好的热稳定性。本实验利用一锅法制备了沸石修饰的聚丙烯酰胺复合材料，并将其作为固相萃取吸附剂，与可见分光光度计联用检测软饮料中的日落黄色素。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

人造沸石购于阿拉丁试剂有限公司；亚甲基双丙烯酰胺和丙烯酰胺均购于天津市福晨化学试剂厂；十二醇、二甲亚砜和偶氮二异丁腈均购于天津市光复精细化工研究所；丙烯酰胺和偶氮二异丁腈均经重结晶处理且在室温下真空干燥后使用。日落黄色素(90%)购于Sigma-Aldrich有限公司，其结构式如图1所示；将日落黄色素溶解于去离子水中，配成浓度为1000 μg·mL-1标准储备液，避光保存于4 ℃冰箱中。本实验所需的工作溶液均由以上配制的标准储备液稀释得到。所有溶液在可见分光光度计检测前都经过0.45 μm微孔滤膜过滤。

图1 日落黄色素的结构式

可见分光光度计使用的是722S可见分光光度计(上海精科仪器有限公司)，日落黄色素的检测波长为490 nm；紫外可见分光光度计使用的是TU-1901双光束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)；超声清洗器使用的是KQ-50DB数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；真空水泵使用的是SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵(巩义市予华仪器有限责任公司)；鼓风干燥箱使用的是PHG-90304电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)；酸度计使用的是pHS-3C数字酸度计(上海雷磁仪器厂)；注射泵使用的是LSP01-1A 实验室注射泵(河北保定兰格恒流泵有限公司)。

1.2 样品处理

所有的软饮料样品均随机购买于本地超市。1 mL样品用0.02 mol·L-1磷酸盐缓冲溶液(PBS)(pH值= 4)稀释，定容于棕色容量瓶中。样品溶液放置在超声水浴中超声脱气10 min，再经0.45 μm的微孔滤膜过滤后，放置在4 ℃的冰箱中待用。

1.3 沸石修饰的聚丙烯酰胺复合材料的制备

称取沸石0.60克放入烧杯中，加入60 mL 1% HCl溶液，搅拌3 h，过滤，并用去离子水洗至滤液呈中性后，将得到的固体置于烘箱中60℃干燥6 h，待用。

聚合反应液包括60.0 mg单体丙烯酰胺、140.0 mg交联单体亚甲基双丙烯酰胺、70.0 mg预处理过的沸石、1.0 mg引发剂偶氮二异丁腈和致孔剂(620 μL二甲亚砜和435 μL十二醇)。聚合反应液经超声10 min使其混合均匀，再通入氮气5 min排除体系内的气泡和氧气，放入烘箱加热60 ℃反应8 h。反应后得到的产物用100 mL甲醇超声洗涤10 min，以除去产物中未反应完的单体和残余的致孔剂，过滤干燥后待用。

1.4 SPE萃取过程

在SPE萃取前，用注射泵分别注入去离子水、乙醇、去离子水充分冲洗固相萃取微柱，再将沸石修饰的聚丙烯酰胺复合材料作为吸附剂填充到微柱中，在柱子两端加塞少量的玻璃棉和脱脂棉，其固相萃取装置如图2所示[15]。

固相萃取过程包括活化、上样、洗涤和洗脱四个步骤。首先，活化：分别将1.0 mL甲醇、0.5 mL PBS(pH值 = 4)以1.5 mL min[-1]流速通过固相萃取微柱。然后，上样：将2.0 mL样品溶液以1.0 mL min[-1]流速通过微柱，以使样品溶液中的日落黄色素被吸附剂吸附。其次，洗涤：以1.5 mL min[-1]的流速将0.5 mL PBS(pH值=4)通过微柱进行洗涤，目的是除去微柱中未被吸附剂吸附的杂质。最后，洗脱：将1.0 mL 洗脱液(0.5%氨水:甲醇 = 50:50，V/V) 以1.3 mL min[-1]速度流过微柱, 收集洗脱液，待可见分光光度计测定。

图2 固相萃取装置

2 结果与讨论

2.1 吸收曲线

以空白溶液作为参比，用紫外-可见分光光度计测定日落黄色素标准溶液的吸收光谱，得到其吸收曲线，如图3所示。从图3中可以看出，在波长490 nm处出现了最大吸收，所以在后续的的实验中均以490 nm来作为测定日落黄色素的吸光度的检测波长。

图3 日落黄色素的吸收曲线

2.2 SPE条件的优化

2.2.1 样品pH的优化

在SPE萃取中，溶液pH对萃取效率的影响很大，其总是影响着分析物质与吸附剂之间的相互作用。本实验用HCl或NaOH溶液来调节样品pH，在pH值为1.0～9.0范围内，考察了样品pH对萃取效率的影响，结果如图4所示。从图4可以看出，随着样品pH值从1.0增加到4.0，日落黄色素的吸光度增大，然后吸光度随pH值的增加而下降。原因可能是由于日落黄色素和吸附剂之间存在氢键和静电斥力，该体系的氢键存在两种，一种是由日落黄色素中的磺酸基或羟基与吸附剂中聚丙烯酰胺中的酰胺基所形成的，另一种是由日落黄色素中的磺酸基或羟基与吸附剂中沸石的羟基所形成的。当样品pH值过低时，由于日落黄色素中的磺酸基或羟基与沸石中的羟基均质子化而导致静电斥力增加。当样品pH值过高时，由于体系中氢键作用力减弱使得吸附量降低吸光度变小。最终，本实验选择样品pH值为4.0。

图4 样品pH值对萃取效率的影响

日落黄色素：2μg mL-1；样品体积：2.0 mL；样品流速：1.0 mL min-1；洗脱液流速：1.3 mL min-1。

2.2.2 样品流速的优化

固定其它条件，考察样品流速对萃取效率的影响，结果如图5所示。从图5可以看出，随着样品流速的增加，日落黄色素的吸光度增大，而当样品流速为1.0 mL min-1时，吸光度达到最大值，然后随着样品流速增加，日落黄色素的吸光度减小。这是因为样品流速过快，吸附剂吸附不完全而导致萃取效率降低，然而样品流速过低，会导致分离时间过长且吸收峰变宽。因此，本实验选择的样品流速为1.0 mL min-1。

图5 样品流速对萃取效率的影响

日落黄色素：2μg mL-1；样品pH值：4.0；样品体积：2.0 mL；洗脱液流速：1.3 mL min-1。

2.2.3 样品体积的优化

为了研究样品体积对日落黄色素萃取效率的影响，本实验考察了样品体积在0.0～4.0 mL范围之间吸光度的变化，结果如图6所示。从图6可以看出日落黄色素的吸光度随样品体积的增加而增大，但当样品体积大于2.0 mL时，随着样品体积的增加而吸光度增加不大，原因是由于固相萃取微柱对日落黄色素已经基本吸附完全，吸光度不再明显增加，趋于平衡。考虑到样品体积过大导致分析时间过长，降低萃取效率，因此本实验采用的样品体积为2.0 mL。

图6 样品体积对萃取效率的影响

日落黄色素：2μg mL-1；样品pH值：4.0；样品流速：1.0 mL min-1；洗脱液流速：1.3 mL min-1。

2.2.4 洗脱液流速的优化

为了对日落黄色素进行准确的定量分析，确定最佳的洗脱液流速是必要的。在1.0～1.5 mL min-1的范围内，考察了洗脱液流速对萃取效率的影响，结果如图7所示。从图7可以看出，随着洗脱液流速的增加，日落黄色素的吸光度是先增加后减小，当洗脱液流速为1.3 mL min-1时，日落黄色素萃取效率最大。故本实验选取1.3 mL min-1为洗脱液流速。

图7 洗脱液对萃取效率的影响

日落黄色素：2μg mL-1；样品pH值：4.0；样品流速：1.0 mL min-1；样品体积：2.0 mL。

2.3 方法评价

在最优化的实验条件下(样品pH值：4.0；样品流速：1.0 mL min-1；样品体积：2.0 mL；洗脱液流速：1.3 mL min-1)，通过考察线性范围、相关性系数、检出限(LOD)、定量限(LOQ)和重现性等对SPE方法进行评价。在最佳的条件下，在0.5～50μg mL-1线性范围内，相关性系数(r)为0.9972，富集倍数为2.46，方法的检出限(LOD)和定量限(LOQ)以三倍和十倍的信噪比计算分别为0.12μg mL-1和0.40μg mL-1。而方法的重现性由日内精密度和日间精密度评价，日内和日间精密度(重复测量次数均为7次)分别为2.58%和4.63%。

2.4 实际样品分析

在最优化的实验条件下，我们对五种软饮料样品做了加标回收实验，加标浓度为三个水平，分别为1,2,4μg mL-1。加标回收结果如表1所示，加标回收率在93.0%～98.7%范围内，其结果令人满意。

表1 实际样品中日落黄色素的测定及加标回收率(n = 3)

3 结论

本实验制备了沸石修饰聚丙烯酰胺复合材料，并将其作为固相萃取吸附剂并与可见分光光度计联用检测软饮料的中日落黄色素。考察了SPE萃取条件对萃取效率的影响，得到了最优化的实验条件：样品pH值:4.0；样品流速：1.0 mL min-1；样品体积：2.0 mL；洗脱液流速：1.3 mL min-1。对实际样品进行分析，得到了满意的回收率，证明该方法是一种操作简单、快速、灵敏度高且适用于测定软饮料样品中的日落黄色素的方法。

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(本文文献格式：李婉君，张振宇，朱秋芳.沸石修饰聚丙烯酰胺复合材料富集——分光光度法测定日落黄色素[J].山东化工，2017，46(06)：73-76.)

Spectrophotometric Determination of Sunset Yellow After Preconcentration with Zoelite Modified Polyacrylamide Composite

LiWanjun1*,ZhangZhenyu2,ZhuQiufang1,ZhangCuihong1

(1.Department of Chemistry and Chemical Engineering, Taiyuan Institute of Technology,Taiyuan 030008,China;2.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan 030001, China)

A spectrophotometric method for the analysis of Sunset Yellow in soft drinks was established based on the preconcentration with zoelite modified polyacrylamide composite. Effects of experimental conditions on the extraction efficiency were investigated including sample pH, sample flow rate, sample volume, and eluent flow rate. The proposed method was employed for the detection of Sunset Yellow in 5 kinds of soft drinks. The intra-day and inter-day relative standard deviations were 2.58% and 4.63%, respectively. The satisfactory recoveries were obtained in the range of 93.0%～98.7%. The developed method was successfully employed to the detemenation of Sunset Yellow in soft drinks.

zoelite; polyacrylamide;solid phase extraction;spectrophotometry; sunset yellow

2017-02-08

本文系太原工业学院青年科学基金项目(编号：2015LQ10)和太原工业学院大学生科技创新项目(编号：GK2015045)

李婉君(1987—)，女，硕士，助理实验师，研究方向：分析检测。

O657.32

A

1008-021X(2017)06-0073-04