氧化铝改性硅胶复合材料在饮料中诱惑红检测中的应用

李婉君， 张 颖

(太原工业学院化学与化工系，山西 太原 030008)

在饮料生产加工过程中，经常需要加入多种人工色素，人工色素对饮料的保存和美观具有很大意义，但是如果含量超标就会影响人体健康[1]。所以，检测饮料中人工色素的含量是非常必要的。然而，由于饮料样品的基体效应复杂，直接对人工色素进行检测是困难的。为了提高色素检测的选择性和灵敏性，在检测前对实际样品进行前处理是有必要的[2]。由于溶剂萃取、树脂吸附等传统的前处理方法存在着许多局限[3]，而固相萃取法能合分离和浓缩为一步，且具有技术设备简单、步骤处理快捷、方法灵活、对环境友好等优点[4]。在固相萃取法中，选择合适的吸附剂非常重要。目前，作为吸附剂的材料有很许多种，如活性炭[5]、氧化铝[6]、硅胶[7]及有机聚合物[8-9]等。

γ-Al2O3纳米材料是一种多孔无机材料，有着比表面积大、孔隙率高、颗粒尺寸均匀、吸附能力较强和在溶剂中分散性良好等优点[10]。因此，将γ-Al2O3纳米粒子修饰硅胶的复合材料作为固相萃取剂，与紫外可见分光光度计联用检测饮料样品中的食品限用色素诱惑红。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

γ-Al2O3，粒径20 nm,纯度99.99%；诱惑红色素，纯度95%；硅胶，分析纯，粒度300目～400目(38 μm～48 μm)；磷酸二氢钠、盐酸、氢氧化钠、氨水、无水乙醇、乙酸,均为分析纯。实验用水均为去离子水。

数字酸度计,pHS-3C,雷磁上海；加热搅拌器，SZCL-4B，予华巩义；循环水真空泵，SHZ-DⅢ，予华巩义；电热鼓风干燥箱，PHG-90304，精宏上海；超声波清洗器，KQ-50DB，昆山；双光束紫外可见分光光度计，TU-1901，普析北京；可见分光光度计，722S，精科上海。

1.2 实验方法

1.2.1 氧化铝修饰硅胶复合材料的制备

1) 硅胶的预处理：称取30 g硅胶，放置于提前配好的1∶1(体积比)的盐酸溶液中，再将此混合物放置于三口烧瓶中加热60 ℃，回流6 h，冷却到室温，抽滤，加去离子水洗涤至中性，乙醇洗涤1次，去离子水洗涤数次，抽滤。得到的产物加热至160 ℃活化6 h。

2) 纳米氧化铝修饰硅胶复合材料的制备：将经过预处理的硅胶和γ-Al2O3混合，加入乙醇和乙酸，超声10 min后放入烘箱加热120 ℃，反应8 h，用去离子水洗至中性，烘干则得到纳米氧化铝修饰硅胶复合材料。

1.2.2 样品处理

本实验所用饮料样品均随机购自于当地超市。在优化固相萃取的实验操作条件中，所用的样品是未含有目标物质的空白样品。取10 mL饮料样品分别用0.02 mol L-1磷酸盐缓冲溶液(pH=2)稀释 10倍，超声脱气15 min，再用0.45 μm滤膜过滤，保存置于4 ℃冰箱中待用。

1.2.3 固相萃取过程

本实验采用5 mL注射器空管作为萃取柱载体，注射器底部铺两层滤纸，让其与底部贴合紧密。称取少量玻璃纤维(质量固定为0.05 g，铺设的厚度为4 mm)均匀铺在滤纸上面，起阻挡吸附剂脱落的作用。再将吸附剂纳米氧化铝修饰硅胶复合材料均匀铺在玻璃纤维上，最上面再放一层玻璃纤维(质量固定为0.01 g，铺设厚度为1 mm)，防止出现吸附剂在萃取过程中漂浮起来的现象。固相萃取过程包括活化、上样、淋洗、洗脱，具体过程如图1所示。

图1 固相萃取步骤示意图

1) 活化：用移液器准确移取0.4 mL甲醇，让其流过萃取柱，再以同样的方式让1.0 mL磷酸盐缓冲溶液(pH=2)过柱，以使吸附材料保持湿润，能够更好地吸附目标物质。

2) 上样：准确移取2.0 mL待测样品溶液流过固相萃取柱。

3) 淋洗：准确移取1.0 mL磷酸盐缓冲溶液(pH=2)清洗萃取柱，洗去未被吸附的杂质，以减小对目标物质的干扰。

4) 洗脱：将1.5 mL 3%V(氨水)：V(甲醇)=100∶50的洗脱剂过柱，将目标物质-诱惑红洗脱下来，收集洗脱液进行后续分析。

2 结果与分析

2.1 固相萃取条件的优化

本实验采用2.0 μg mL-1的诱惑红加标的空白样品溶液对固相萃取操作条件进行优化，包括固相萃取剂的用量、样品pH值、样品体积、洗脱剂种类、洗脱剂体积。诱惑红的最大吸收波长为505 nm。

2.1.1 吸附剂用量

吸附剂用量是否合适是影响萃取效率的一个重要因素，吸附剂用量太多会造成浪费，而吸附剂用量太少则会使吸附不完全，造成色素的流失，降低实验的准确性。本实验将其他因素固定，考察吸附剂在0.08 g～0.23 g范围内的吸附能力。结果表明，0.18 g 是最合适的吸附剂用量。

2.1.2 样品pH值

图2为样品pH值对萃取效率的影响。从图2中看出，吸光度随着pH值的增加先增大后减小，在pH=2处吸光度达到最大值，说明pH=2时萃取效率达到最高。这可能是因为，诱惑红与萃取剂之间存在的作用力有关，其作用力包括静电斥力和氢键。当pH值太小时，由于诱惑红与γ-Al2O3中的羟基均会质子化使得静电斥力增大，使得吸附不完全。而当pH太大时，诱惑红中的酚羟基和γ-Al2O3的羟基均会形成氢键，减弱吸附作用，从而使吸光度下降。故本实验采用的样品pH值为2。

图2 样品pH值对萃取效率的影响

2.1.3 样品体积

为了考察样品体积对萃取效率的影响，本实验将其他条件固定，样品体积在0.5 mL～4.0 mL的范围内进行考察。从第17页图3中可以观察出，吸光度先随样品体积的增加而增大，当样品体积增加到2.0 mL时，吸光度达到最大值，而当体积在2.0 mL～4.0 mL范围内时，吸光度的变化趋于平缓，说明2.0 mL的样品体积为0.18 g吸附剂最大的吸附量。故本实验最佳的样品体积为2.0 mL。

2.1.4 洗脱剂体积

本实验考察了洗脱剂体积对萃取效率的影响。如第17页图4所示，吸光度随着洗脱剂体积的增加而增加，在1.5 mL处达到最大，这是因为，洗脱剂体积过小会使洗脱不完全，体积越大，洗脱下来的色素越多，吸光度则越大。洗脱剂体积大于1.5 mL时，吸光度值反而下降，这是因为1.5 mL洗脱剂已经足够将吸附的色素洗脱下来，再增加洗脱剂的用量只会稀释洗脱液，使得吸光度下降。故本实验中将1.5 mL 3%V(氨水)：V(甲醇)=100∶50作为洗脱剂体积。

图3 样品体积对萃取效率的影响

图4 洗脱剂体积对萃取效率的影响

2.2 固相萃取方法评价

在最优化的实验条件下，本文做了一系列实验来对该固相萃取方法进行评价。在诱惑红色素的质量浓度范围为0.2 μg·mL-1～50 μg·mL-1条件下，得到的标准曲线的相关性系数为0.998 4，以3倍及10倍信噪比计算出的检出限(LOD)及定量限(LOQ)分别为0.047 μg mL-1及0.16 μg mL-1，日内及日间精密度分别为3.67% 和 5.39%(n=7)。由已富集与未富集的标准曲线的斜率比计算得到的富集倍数为4.56。说明本实验方法对富集诱惑红色素有良好的灵敏性及重现性。

2.3 实际样品分析

在最优化的条件下，将该固相萃取方法用于测定6种饮料样品的诱惑红色素(3种果汁饮料和3种碳酸饮料)。在这6种饮料样品中分别加入两种水平的诱惑红标准品溶液(水平1为1 μg·mL-1，水平2为2 μg·mL-1)，计算其加标回收率。而且未加标的实际饮料样品也被检测。所得结果如表1所示，饮料样品中诱惑红色素的回收率范围为89.8%～108.3%，表明本方法可以用来测定饮料样品中诱惑红色素的含量。

表1 实际饮料中诱惑红色素的含量测定

3 结论

本实验利用γ-Al2O3纳米粒子修饰的硅胶复合材料作为固相萃取装置，与紫外-可见分光光度计联用，分离富集饮料中的食品限用色素诱惑红。优化了影响萃取效率的重要操作参数，包括吸附剂用量、样品pH值、样品体积、洗脱液体积。在最优化的固相萃取条件下，评价了该方法的线性范围、LOD及LOQ和回收率，结果表明该方法令人满意。本工作是首次将γ-Al2O3纳米粒子修饰硅胶复合材料作为固相萃取装置应用于分离富集饮料样品中的色素。