荧光分光光度法测定学生作业用纸中荧光增白剂的含量

刘 娜 唐晓丹 陈秀丽 司诺论 支蒙蒙 王耀文

（郑州师范学院化学化工学院，河南郑州，450044）

荧光增白剂是一类结构复杂的有机荧光染料，它能够吸收340～400 nm 波长的不可见紫外光，同时发射出肉眼可见的蓝光或蓝紫光。利用蓝色和黄色是互补色的原理，消除纸浆的黄色达到增强白度和亮度的目的，被广泛用于造纸、纺织和合成洗涤剂等多个领域[1-3]。荧光增白剂种类繁多，根据其化学结构不同大致可分为香豆素类、二苯乙烯类、苯并氧氮类、吡唑啉类和萘二甲酰亚胺类等5 大类别[4]。其中，双三嗪氨基二苯乙烯类荧光增白剂是我国产量最大、造纸行业最常用的一类荧光增白剂[5]。大量的临床医学研究表明，长期使用添加了大量荧光增白剂的作业本会影响学生的视力[6-8]；同时荧光增白剂与人体的蛋白结合后，难以通过正常的代谢过程排出体外，此外它还削弱人体的免疫力和伤口的愈合能力，一旦在体内沉积，不但会增加肝脏的负担，还会诱发细胞癌变，同时造成环境污染[9-10]。因此，研发一种快速准确检测纸制品中荧光增白剂含量的分析方法，对纸制品的荧光增白剂检测有一定的意义。

目前文献报道的测定荧光增白剂含量的方法有白度法[11]、紫外分光光度法[12-13]、荧光分光光度法[14-15]和高效液相色谱法[16]。白度法受人为和设备的影响较大且判断指标不统一；高效液相色谱法虽然灵敏度高，重现性好，但存在成本较高、易受杂质干扰等缺点。紫外分光光度法和荧光分光光度法多被使用，两者检测的对象都是迁移到萃取剂中的荧光增白剂，后者的灵敏度远远高于前者。由于荧光分光光度法灵敏度高，且能实现对荧光增白剂总量的测定，因此，本研究采用萃取和荧光分光光度法对从超市购买的几种学生作业用纸中荧光增白剂的含量进行测定，以期为相关部门的检测提供技术支持。

1 实 验

1.1 材料与试剂

荧光增白剂VBL，产品编号：F832543，上海麦克林生化科技有限公司；无水乙醇、浓盐酸，天津市博迪化工有限公司；实验用水为超纯水；16 开学生作业用纸，超市采购。

1.2 实验仪器

FA114 电子分析天平，上海海康电子仪器厂；960CRT 荧光分光光度计，上海天美公司；KMH1 超声波清洗仪，河南信诺仪器设备有限公司；FW-100高速万能粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；100 mL具塞锥形瓶。

1.3 荧光分光光度计的参数设置

通过对相关文献查阅可知[17]，荧光增白剂VBL的最大激发波长为350 nm，最大发射波长为430 nm。设置荧光分光光度计的参数：激发波长为350 nm，发射波长为360～600 nm，激发和发射狭缝的宽度分别设置为5 nm和10 nm。

1.4 标准溶液的配制

准确称取0.01 g 荧光增白剂VBL 置于250 mL 洁净的烧杯中，加入200 mL 超纯水搅拌溶解，随后转移并定容于500 mL 棕色容量瓶中，定容摇匀配制成浓度为20 μg/mL 的VBL 溶液。分别移取1.0、2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 mL溶液于250 mL棕色容量瓶中，用超纯水定容配制成浓度依次为0.08、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 μg/mL 的标准溶液。随后转移到棕色试剂瓶中备用，避光保存。

1.5 学生作业用纸中荧光增白剂的萃取

将纸样（学生作业用纸）用高速万能粉碎机进行粉碎，在电子分析天平上准确称取0.1 g 纸样，置于100 mL 具塞锥形瓶中，加入一定体积的乙醇溶液后塞上塞子，采用萃取的方式，利用超声仪超声波辅助萃取一定时间。萃取结束后，将萃取液用0.45 μm 滤膜过滤，滤液转移至250 mL 棕色容量瓶中并用超纯水定容。随后取一定体积的滤液进行荧光强度的测定，根据得到的标准曲线方程计算出纸样品中荧光增白剂的浓度。

1.6 荧光增白剂VBL最佳萃取条件的探究

影响纸样中荧光增白剂浓度测定的主要因素有：萃取温度、乙醇浓度及其用量、超声时间和萃取次数，因此改变萃取温度（30、40、50、60、70、80℃）、乙醇浓度（0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%） 及其用量（25、30、40、50、60、70 mL）、超声时间（30、60、90、120、150、180 min）和萃取次数（1、2、3、4次），探究荧光增白剂最佳萃取条件。

2 结果与分析

2.1 标准曲线的绘制

将配制好的浓度为0.08、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 μg/mL 的荧光增白剂VBL 标准溶液，在仪器最佳测定条件下检测荧光强度。根据获得的实验数据，以荧光增白剂的浓度x对测定得到的荧光强度F进行线性回归绘制标准曲线。荧光增白剂VBL标准曲线如图1 所示。从图1 可以看出，在VBL 浓度0～1.0 μg/mL内，线性响应良好，线性方程为F=448.96x+8.4649，相关系数R2=0.9986。

图1 荧光增白剂VBL荧光强度与其浓度的标准曲线图Fig.1 Standard curve of VBL fluorescence intensity and concentration

2.2 学生作业用纸中荧光增白剂VBL 最佳萃取条件的探究

2.2.1 温度对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响

称取6组0.1 g纸样于具塞锥形瓶中，加入25 mL超纯水作为萃取剂后塞上塞子，分别在30、40、50、60、70、80℃水浴中使用超声仪萃取30 min，经过滤和定容后，利用荧光分光光度计测定各组溶液的荧光强度。温度对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响如图2 所示。从图2 可以看出，随着萃取温度的升高，滤液中荧光增白剂的浓度逐渐增大，当温度超过60℃时，滤液中荧光增白剂的浓度随温度升高而降低。温度升高有利于荧光增白剂从纸样中游离出来，但温度过高不利于荧光增白剂荧光性能的稳定。

图2 温度对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响Fig.2 Effect of temperature on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtrate

2.2.2 乙醇浓度对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响

称取10 组0.1 g 纸样于具塞锥形瓶，加入25 mL不同浓度（0～100%）的乙醇溶液作为萃取剂，于60℃水浴中使用超声仪萃取30 min，经过滤定容后，利用荧光分光光度计测定各组滤液的荧光强度，乙醇浓度对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响如图3 所示。从图3可以看出，随着乙醇浓度的升高，滤液中荧光增白剂的浓度逐渐升高。当乙醇浓度高于50%时，随着乙醇浓度的升高，由于萃取剂的极性降低，荧光增白剂在萃取剂中的溶解度降低，因此滤液中溶解的荧光增白剂的浓度降低，测定的荧光强度也随之降低。

2.2.3 萃取剂用量对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响

称取6组0.1 g纸样于具塞锥形瓶，分别加入25、30、40、50、60、70 mL 的50%乙醇，于60℃水浴中使用超声仪萃取30 min，经过滤定容后，测定各组滤液的荧光强度，萃取剂用量对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响如图4 所示。从图4 可以看出，增加萃取剂的用量，萃取液中荧光增白剂的浓度先升高后降低，当萃取剂用量为30 mL，即萃取剂用量与纸样品质量比为300∶1(mL∶g)，滤液的荧光强度最大，萃取效果最好。

图3 乙醇浓度对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响Fig.3 Effect of ethanol concentration on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtrate

图4 萃取剂用量对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响Fig.4 Effect of extractant dosage on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtrate

2.2.4 超声时间对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响

称取5组0.1 g纸样于具塞锥形瓶，分别加入30 mL 50%乙醇，在60℃水浴中使用超声仪分别萃取30、60、90、120、150、180 min，萃取滤液经过滤定容后，测定各组滤液的荧光强度，超声时间对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响如图5 所示。从图5 可以看出，随着超声时间的增加，滤液中荧光增白剂浓度逐渐增加，当超声时间超过60 min时，滤液中的荧光强度随超声时间的增加而降低。结果表明，适当增加超声时间，有利于荧光增白剂从纸样中游离到萃取剂中。因此，超声时间为60 min时萃取效果最佳，此时滤液中荧光增白剂的浓度最高。

图5 超声时间对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响Fig.5 Effect of ultrasonic time on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtrate

2.2.5 萃取次数对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响

称取4组0.1 g纸样于具塞锥形瓶中，分别加入30 mL 50%乙醇，于60℃水浴中放入超声仪萃取60 min，第1 组纸样经过滤定容后直接测定，第2 组纸样在相同条件下萃取2 次，将2 次的萃取液合并、过滤定容后，测定所得滤液的荧光强度。第3 组和第4 组分别萃取3 次和4 次，分别将多次萃取的滤液合并，过滤定容后分别测定滤液的荧光强度，萃取次数对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响如图6 所示。从图6 可以看出，随着萃取次数的增加，滤液中荧光增白剂的浓度增加，萃取2次以后，滤液中荧光增白剂的浓度随萃取次数的增加无明显的变化。因此，选择萃取2次为最佳萃取次数。

根据研究结果可知，最佳萃取条件：萃取温度60℃，萃取剂为50%乙醇，萃取剂与纸样质量比为300∶1(mL∶g)，超声时间60 min，萃取次数为2 次，此时从纸样中萃取的荧光增白剂的浓度最高。

2.3 精密度和回收率实验

图6 萃取次数对萃取滤液中荧光增白剂浓度的影响Fig.6 Effect of extraction times on the concentration of fluorescent whitening agents in extract filtracte

在2 份纸样中分别加入30 mL 浓度为0.4、1.0 μg/mL 的VBL 标准溶液，按照上述最佳萃取条件进行实验，计算出各纸样的加标回收率，结果如表1所示。从表1 可以看出，纸样的加标回收率在98.53%～98.70% 之 间， 相 对 标 准 偏 差(RSD) 为0.36%～1.03%，具有较好的准确性和重现性。

表1 纸样的精密度和回收率实验数据Table 1 Experimental data on precision and recovery of paper samples

2.4 市售学生作业用纸中荧光增白剂含量的测定

选用超市中采购的学生作业用纸按照上述荧光增白剂的最佳萃取条件进行萃取，并测定纸样的荧光增白剂的含量，结果列于表2 中。从表2 可以看出，市售学生作业用纸中纸样2 中的荧光增白剂含量最低，纸样3 和纸样5 的荧光增白剂的含量比较高，纸样1和纸样4中荧光增白剂的含量处于中等水平。

表2 5种不同品牌学生作业用纸中荧光增白剂的含量的测定Table 2 Detection of fluorescent whitening agents in five different brand students'notebook

3 结 论

本研究采用荧光分光光度法，以荧光增白剂VBL为标准物质，建立了快速检测市售学生作业用纸中荧光增白剂含量的定量分析方法。其次，对学生作业用纸中荧光增白剂的萃取工艺进行筛选和优化，确定了学生作业用纸中荧光增白剂的最佳萃取条件。

3.1 VBL 浓度在0～1.0 μg/mL 范围内与荧光强度呈线性关系，线性方程为F=448.96x+8.4649，相关系数R2=0.9986。

3.2 最佳萃取条件为：萃取温度为60℃，萃取剂为50%乙醇，萃取剂与纸样质量比为300∶1 (mL∶g)，超声时间60 min，萃取次数为2次。

3.3 通过该萃取方法和荧光分光光度法对几种学生作业用纸中的荧光增白剂进行萃取和定量分析，该方法具有简便、灵敏和准确的特点，能够满足检测需求。