共振光散射法测定坚果中镍含量

2021-12-21李人宇李咏梅卢国俭周家宏

食品研究与开发 2021年23期

李人宇，李咏梅，卢国俭，周家宏

（1.连云港师范高等专科学校，江苏连云港 222006；2.江苏海洋大学环境与化学工程学院，江苏连云港 222005；3.南京师范大学生命科学学院，江苏南京 210023）

镍是人体重要的必需微量元素，参与多种酶的构成或激活，具有影响核酸和蛋白质代谢、调节激素分泌、维护心血管系统、刺激造血机能、维持细胞膜功能、提高免疫力、预防老年痴呆等重要生理功能[1-3]。人体缺镍会引发糖尿病、冠心病、贫血症、肝硬化和尿毒症等疾病，而镍摄入过量，则会造成急性、慢性中毒，出现炎症、神经衰弱、系统紊乱、生育能力降低、致畸致突变等症状，重者致癌甚至死亡[4-6]。由于环境污染、食品污染和过度食用而引起镍中毒，会危害人体健康[7]。镍在食品营养与安全领域已引起广泛关注。坚果是镍的良好来源之一，日常食用坚果以均衡营养[8-9]、提高免疫力、防治病毒感染[10]、保障人体健康。因此，快速准确地测定坚果中镍含量具有重要意义。

目前，测定镍的方法有原子吸收光谱法[11-12]、质谱法[13-14]、电化学法[15-16]、分光光度法[17-18]和共振光散射法[19]等。原子吸收光谱法、原子发射光谱法和质谱法准确灵敏、精密度高，但仪器昂贵，测试成本较高，操作严格。电化学法灵敏度较高，但操作复杂。分光光度法准确可靠，但灵敏度较低。共振光散射法操作简便、快速灵敏、试剂用量少，应用范围广。研究发现，镍（Ⅱ）在氯化铵-氨水缓冲溶液中能与1，10-菲啰啉和灿烂黄发生配位显色反应，可使共振光散射强度明显增大。本文拟采用微波消解处理样品，通过试验优化并确定镍（Ⅱ）-1，10-菲啰啉-灿烂黄体系测定条件，建立快速准确测定坚果中镍含量的光度分析新方法，为其质量控制提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

开心果、杏仁、榛子：市售。镍粉（纯度>99.99%）、硝酸（优级纯）、双氧水（优级纯）、灿烂黄（brilliant yellow，BY）（分析纯）、1，10-菲啰啉（phen）（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；氨水（分析纯）、氯化铵（分析纯）：南京化学试剂有限公司。

镍（Ⅱ）标准储备液（1 000 μg/mL）：准确称取 1 g（精确至 0.000 1 g）镍粉，加入 30 mL 硝酸溶液（1∶1，体积比），加热溶解，移入1 000 mL容量瓶中，加水稀释至刻度，混匀；镍（Ⅱ）标准溶液（0.2 μg/mL）：由镍（Ⅱ）标准储备液用水逐级稀释可得。

1.2 仪器与设备

970CRT荧光分光光度计、PHS-3C酸度计：上海精密科学仪器有限公司；SYC-15C超级恒温水浴锅：南京桑力电子设备厂；ETHOS E微波消解仪：意大利Milestone公司；GT-20超纯水器：上海仪电科学仪器股份有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试样处理

选取开心果、杏仁和榛子样品，粉碎、混匀。准确称取试样0.5 g，放入消解罐，滴加硝酸7 mL与双氧水2 mL，轻微摇匀。将消解罐放入消解仪，设定由室温25℃升至180℃，保持10 min。冷却后取出消解罐，在电热板上于160℃赶酸至1 mL左右。消解罐放冷后，将透明消解液转入烧杯中，用10 mL水洗涤消解罐2次～3次，加1 mol/L氢氧化钠溶液调节pH值为8，过滤，滤液通过巯基棉柱（0.1 mol/L盐酸溶液预先浸泡），控制流速10 mL/min，再用3 mL 0.1 mol/L盐酸溶液分3次洗脱镍（Ⅱ）[20]，稀释定容至25 mL容量瓶。同时做试剂空白试验。

1.3.2 试验方法

于10 mL具塞比色管中，加入一定量镍（Ⅱ）标准溶液或样品溶液、pH 9.5氯化铵-氨水缓冲液1.0 mL、1.0×10-4mol/L 1，10-菲啰啉溶液 1.5 mL 和 2.0×10-5mol/L灿烂黄溶液1.8 mL，用水定容并摇匀，控温30℃反应8 min。设置荧光分光光度计的激发与发射狭缝宽度为10 nm，灵敏度为4，在激发波长λex与发射波长λem均为测定波长处，测量配合物体系的共振散射光强度IRLS。不加镍（Ⅱ），同时按上述步骤做试剂空白试验，测其共振散射光强度，计算共振散射光强度差值 ΔIRLS=IRLS－I°RLS。

1.3.3 测定波长与配合物组成确定

按1.3.2方法，在500 nm～700 nm波长范围内，以Δλ=λex－λem=0方式分别同步扫描试剂空白和配合物体系，根据获得的共振散射光谱确定测定波长。分别采用摩尔比法和等摩尔连续变化法测定配合物组成。

1.3.4 测定条件选择

考察主要影响因素缓冲液的酸度及用量、1，10-菲啰啉用量、灿烂黄用量、反应温度和反应时间，以共振散射光强度差值为考察指标，进行单因素试验，按1.3.2方法在1.3.3确定的测定波长下测量共振散射光强度，计算共振散射光强度差值，选择最佳测定条件。

1.3.5 标准曲线的绘制

在一系列10 mL比色管中，分别准确加入不同量镍（Ⅱ）标准溶液，按1.3.2方法在1.3.4条件下测定。以共振散射光强度差值为纵坐标，镍（Ⅱ）质量浓度为横坐标，绘制标准曲线。

1.3.6 共存离子考察

固定镍（Ⅱ）质量浓度为40 μg/L，按1.3.2方法在1.3.4条件下考察共存离子对测定的影响。根据共振散射光强度差值的相对误差，判断共存离子是否干扰镍（Ⅱ）的测定。

1.3.7 样品分析

准确移取1.00 mL样品溶液，按1.3.2方法在1.3.4条件下测定镍含量。测定结果与国标法中原子吸收光谱法[11]比较，进行统计分析。采用F检验和t检验对这两种方法的准确度和精密度进行显著性差异分析。采用标准加入法进行回收试验。

1.4 数据处理

本试验测得的数据结果采用Origin、Excel分析处理。

2 结果与分析

2.1 测定波长与配合物组成的确定

按1.3.2方法，以Δλ=λex－λem=0方式同步扫描，获得共振散射光谱，结果如图1所示。

图1 共振散射光谱Fig.1 Resonance scattering spectrum

由图1可知，试剂空白的共振光散射强度较弱；镍（Ⅱ）加入其中，与1，10-菲啰啉和灿烂黄反应生成配合物，共振散射光强度显著增大，最大共振光散射峰位于535.9 nm，此波长下共振光散射强度增幅最大。因此，试验选择λex=λem=535.9 nm为测定波长。

镍（Ⅱ）与1，10-菲啰啉组成比、镍（Ⅱ）与灿烂黄组成比对共振散射光强度差值的影响见图2～图5。

图2 摩尔比法测定镍（Ⅱ）与1，10-菲啰啉组成比Fig.2 Determination of composition ratio of and nickel（Ⅱ）1，10-phenanthroline by molar ratio method

图3 等摩尔连续变化法测定镍（Ⅱ）与1，10-菲啰啉组成比Fig.3 Determination of composition ratio of nickel（Ⅱ）and 1，10-phenanthroline by isomolar continuous change method

图4 摩尔比法测定镍（Ⅱ）与灿烂黄组成比Fig.4 Determination of composition ratio of nickel（Ⅱ）and brilliant yellow by molar ratio method

图5 等摩尔连续变化法测定镍（Ⅱ）与灿烂黄组成比Fig.5 Determination of composition ratio of nickel（Ⅱ）and brilliant yellow by isomolar continuous change method

由图 2～图 5 可知，配合物组成为 nNi(Ⅱ)∶nphen∶nBY=1∶2∶1，推断生成的配合物化学式为Ni（phen）2BY。

2.2 测定条件的选择

2.2.1 酸度

不同酸度的缓冲液对共振散射光强度差值的影响见图6。

图6 酸度对共振散射光强度差值的影响Fig.6 Effect of acidity on intensity difference of resonance scattered light

在乙酸-乙酸钠酸性和氯化铵-氨水碱性缓冲液中，当酸度为pH 5.7与pH 10.5时，共振散射光强度差值虽大，但含镍（Ⅱ）体系不稳定，测定精密度降低；在pH 9.5氯化铵-氨水缓冲液中，反应完全且稳定，共振散射光强度差值较大。综合考虑共振散射光强度差值和配合物体系稳定性，选用pH9.5氯化铵-氨水缓冲液。

pH 9.5氯化铵-氨水缓冲液用量对共振散射光强度差值的影响见图7。

图7 缓冲液用量对共振散射光强度差值的影响Fig.7 Effect of buffer solution dosage on intensity difference of resonance scattered light

由图7可知，pH 9.5氯化铵-氨水缓冲液最佳用量为1.0 mL。试验以pH 9.5氯化铵-氨水缓冲液1.0 mL来控制体系的酸度。

2.2.2 1，10-菲啰啉用量

1，10-菲啰啉溶液用量对共振散射光强度差值的影响见图8。

由图8可知，当1，10-菲啰啉溶液用量在0.5 mL～2.0 mL范围内增大时，共振散射光强度差值先明显增大后明显减小，最佳用量为1.5 mL。若1，10-菲啰啉用量过小，镍（Ⅱ）不能完全反应生成足量的Ni（phen）22+配阳离子，进而与灿烂黄生成的配合物产量较少，共振散射光强度差值较小，影响测定的准确性；若1，10-菲啰啉用量过大，容易生成Ni（phen）32+[21]竞争配位反应，使Ni（phen）22+与灿烂黄的配位能力降低，共振散射光强度差值减小。因此选择加入1，10-菲啰啉溶液1.5 mL。

图8 1，10-菲啰啉用量对共振散射光强度差值的影响Fig.8 Effect of 1，10-phenanthroline dosage on intensity difference of resonance scattered light

2.2.3 灿烂黄用量

灿烂黄溶液的用量对共振散射光强度差值的影响见图9。

图9 灿烂黄用量对共振散射光强度差值的影响Fig.9 Effect of brilliant yellow dosage on intensity difference of resonance scattered light

由图9可知，当灿烂黄用量在0.5 mL～2.5 mL范围内增大时，共振散射光强度差值先增大后减小，最佳用量为1.8 mL。若灿烂黄用量过小，Ni（phen）22+与灿烂黄反应不完全，配合物产量较少，共振散射光强度差值较小；若灿烂黄用量过大，空白值增大，共振散射光强度差值减小。因此选择加入灿烂黄溶液1.8 mL。

2.2.4 反应温度

反应温度对共振散射光强度差值的影响见图10。

由图10可知，当温度在10℃～30℃范围内升高时，反应速度加快，共振散射光强度差值增大；当温度在30℃时，共振散射光强度差值达到最大且恒定；当温度在30℃～100℃范围内升高时，共振散射光强度差值先减小后变化不大，这是由于高温时分子热运动加剧，破坏配合物的形成。因此选择控温30℃。

图10 反应温度对共振散射光强度差值的影响Fig.10 Effect of reaction temperature on intensity difference of resonance scattered light

2.2.5 反应时间

反应时间对共振散射光强度差值的影响见图11。

图11 反应时间对共振散射光强度差值的影响Fig.11 Effect of reaction time on intensity difference of resonance scattered light

由图11可知，反应随着时间的延长而更加完全，共振散射光强度差值增大；反应完全需8 min，共振散射光强度差值最大；继续反应，共振散射光强度差值逐渐下降。因此选择反应8 min。

2.3 标准曲线

镍（Ⅱ）标准曲线如图12所示。

图12 标准曲线Fig.12 Standard curve

由图12可知，共振光散射强度差值与镍（Ⅱ）质量浓度在0～60 μg/L范围内线性关系良好，线性回归方程为ΔIRLS=16.672ρ-8.064，相关系数r=0.999 4。根据平行测定试剂空白所得标准偏差Sb=0.32（n=11），计算出方法检出限（3Sb/K）为 0.06 μg/L。

2.4 共存离子的影响

在测定相对误差δ≤±5%时，下列共存离子的允许倍量为Na+、K+、NH4+、Mg2+、Cl-、NO3-（2500），Ca2+、Ba2+、F-、Br-（1250），Zn2+、Cd2+、I-、HCO3-（250），Ag+、Fe2+、Cu2+、Co2+、Al3+、Cr3+、MnO4-、Cr2O72-、VO3-（25），Hg2+、Pb2+（5）。方法选择性良好，对于Fe2+、Cu2+等含量较高的样品，可用巯基棉分离去除Fe2+、Cu2+等干扰。