基于分光光度法优化白砂糖中二氧化硫快速检测方法

周从燕

摘 要：目的：基于GB 5009.34—2022第二法分光光度法的检测原理，研究一种快速、灵敏、安全的检测白砂糖中二氧化硫的方法。方法：用乙二醛代替国标法中的甲醛作为吸收液，并将乙二醛等试剂混合溶解，制成试剂A，将盐酸副玫瑰苯胺溶液制成试剂B，检测时直接各取A、B试剂1.0 mL加入待测液中反应，通过改变乙二醛和盐酸副玫瑰苯胺的浓度探究两者的最佳配比，在此配比下考察该方法的检测性能。结果：该方法反应时间为5.0 min，比国标法（20.0 min）缩短了15.0 min，检出限为0.2 mg·L-1，低于国标法（1.0 mg·L-1），线性范围为0.5～20.0 mg·L-1，R2=0.999 8；检测3组加标样品中二氧化硫含量时，回收率分别为90.3%～93.1%、89.8%～93.5%、90.6%～94.2%，相对标准偏差（RSD）分别为1.6%、1.7%、4.2%。结论：乙二醛代替甲醛作为吸收液不仅能有效提高检测灵敏度和时效性，还能避免甲醛给检测人员带来的安全风险，该方法可有效应用于白砂糖中二氧化硫的检测。

关键词：二氧化硫；快速检测；分光光度法；乙二醛

Abstract： Objective： Based on the principle of GB 5009.34—2022 second method spectrophotometry， a fast， sensitive and safe method for the detection of sulfur dioxide in sugar was studied. Method： Glyoxal was used instead of formaldehyde in the national standard method as the absorption solution， and the reagents such as glyoxal were mixed and dissolved to make reagent A， and the salt hydrochloric naphthalenediamine solution was made into reagent B. During the test， 1.0 mL of reagents A and B were directly added into the liquid to be tested for reaction， and the optimal ratio between the two was explored by changing the concentrations of glyoxal and naphthalenediamine hydrochloride. The detection performance of the method was investigated under this ratio. Result： The reaction time of the method was 5.0 min， 15.0 min shorter than national standard method （20.0 min）， and the detection limit was 0.2 mg·L-1， lower than national standard method （1.0 mg·L-1）. The linear range was 0.5～20.0 mg·L-1， R2=0.999 8. The recoveries were 90.3%～93.1%， 89.8%～93.5%， 90.6%～94.2%， and the relative standard deviations （RSD） were 1.6%， 1.7%， 4.2%， respectively. Conclusion： The replacement of formaldehyde by glyoxal can not only improve the sensitivity and timeliness of the detection， but also avoid the safety risks posed by formaldehyde to testing personnel. The method can be effectively applied to the detection of sulfur dioxide in white sugar and its products.

Keywords： sulfur dioxide; rapid detection; spectrophotometry; glyoxal

白砂糖的质量指标通常包括蔗糖分、还原糖分、色值、二氧化硫含量、电导灰分、干燥失重等。其中，二氧化硫的残留问题备受关注。目前，国内的甘蔗糖厂主要采用亚硫酸法工艺，使用二氧化硫作为主要的清澈剂和去色剂。为了更好地降低白糖色值，多数糖厂逐渐增加二氧化硫的用量，导致清汁和糖浆中含有一定量的二氧化硫，使得白砂糖的安全性受到影响。因此，对白砂糖中二氧化硫的残留量进行严格控制是非常必要的[1]。

二氧化硫具有一定毒性。人体每天摄入1 g二氧化硫时不会产生明显的危害。然而，长期摄入会导致慢性中毒，且可能引起头痛，出现肾功能障碍等。此外，长期摄入二氧化硫还可能对肝脏造成损害，对人体的健康产生严重影响。因此，对二氧化硫的摄入进行控制非常必要，食品生产和销售企业应该严格控制二氧化硫的使用量，以确保食品的安全性和質量。同时，消费者也应该注意食品中的二氧化硫含量，避免长期过量摄入[2]。

目前国内外的二氧化硫检测技术主要有酸蒸馏-碱滴定法、气相色谱法、离子色谱法、分光光度法、醋酸铅试纸法、发光法和紫外吸收法等。其中，分光光度法是白砂糖中二氧化硫检测中最经济、快速的方法，但使用甲醛作为吸收液会对检测人员神经系统、皮肤系统等造成不同程度的危害，还会带来环境污染等问题。同时，该方法在检测过程中需要一次添加多个试剂，操作较为烦琐[3]。因此，建立一种简便、灵敏、安全的检测白砂糖中二氧化硫的方法具有重要意义[4-9]。本研究以乙二醛溶液代替GB 5009.34—2022第二法分光光度法中的甲醛作为吸收液，并考察乙二醛与副玫瑰苯胺之间的最佳比例。在具体的实验过程中，将乙二醛等试剂混合溶解，制成试剂A，并将副玫瑰苯胺溶液配制成试剂B。在检测时，分别取1.0 mL的试剂A和B加入待测液中，通过改变乙二醛和盐酸副玫瑰苯胺的浓度探究两者的最佳配比，且对该检测方法在白砂糖中的检测适用性进行了考察，以期为白砂糖中二氧化硫的快速检测提供一种简单、灵敏和安全的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

100 μg·mL-1二氧化硫标准溶液（GBW，北京北方伟业计量技术研究院）；氨基磺酸铵、乙二胺四乙酸二钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；乙二醛（40%，阿拉丁）；2%盐酸副玫瑰苯胺溶液（分析纯，阿拉丁）；邻苯二甲酸氢钾（分析纯，西亚试剂）；浓盐酸、磷酸（重庆川东化工有限公司）；实验用水均为蒸馏水。

1.2 仪器与设备

万分之一型电子天平（梅特勒托利多）；立式真空干燥箱（上海善志仪器设备有限公司）；UV-5100型紫外可见分光光度计（上海元析仪器有限公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 溶液配制

（1）二氧化硫标准储备液配制。准确吸取100 μg·mL-1二氧化硫标准溶液10.0 mL于100 mL容量瓶中，用蒸馏水定容，得10 μg·mL-1二氧化硫中间液，再用该中间液分别配制浓度为0.5 mg·L-1、1.0 mg·L-1、5.0 mg·L-1、10.0 mg·L-1、20.0 mg·L-1的二氧化硫标准溶液。

（2）试剂A配制。称取2.0 g邻苯二甲酸氢钾，溶于少量水中，加入1.7 mL乙二醛（40%）溶液、0.3 g氨基磺酸铵和1.8 g乙二胺四乙酸二钠溶解，用蒸馏水定容到100.0 mL。

（3）试剂B配制。取0.06 g盐酸副玫瑰苯胺，加水溶解，定容到100.0 mL。

1.3.2 样品处理

取5.0 g样品，加蒸馏水振荡提取10.0 min，定容于50.0 mL容量瓶中得待测液。取2.0 mL二氧化硫标准溶液（5.0 mg·L-1）于比色管中，再分别加入1.0 mL试剂A和试剂B，等待一定反应时间后用紫外可见分光光度计在550～600 nm波长扫描，确定其最大吸收波长，在该波长下检测样品中二氧化硫的含量。

1.3.3 反应条件优化

考察乙二醛（40%）溶液用量（1.25 mL、1.70 mL、2.50 mL、5.00 mL、10.00 mL）、盐酸副玫瑰苯胺浓度（0.2 g·L-1、0.4 g·L-1、0.6 g·L-1、0.8 g·L-1、1.0 g·L-1）、反应时间（3.0 min、4.0 min、5.0 min、6.0 min、8.0 min、10.0 min、12.0 min、15.0 min）对反应灵敏度的影响。

1.3.4 检出限和线性范围确定

按照最优反应条件检测系列质量浓度梯度的二氧化硫标准溶液，研究该方法的检出限和线性范围，将空白值扣除后，以与0.01吸光度相对应的浓度值作为检测限。

1.3.5 精密度

取同一批次的样品，经方法（1.3.2）处理后，制备成供试样品溶液。通过6次平行测定，计算供试样品溶液测定值的相对标准偏差（RSD）。

1.3.6 加标回收率

用空白样品为加标实验对象，准确称取3份样品，每份5.0 g，使其添加二氧化硫含量水平分别为0.5 mg·kg-1、5.0 mg·kg-1、10.0 mg·kg-1，经过方法（1.3.2）处理后，进行3组回收率实验，每组重复检测6次。最后，通过计算样品加标后的测定结果与真实含量之间的比率，评估加标回收率。

2 结果与分析

2.1 二氧化硫检测波长的确定

由图1可知，在550～600 nm，按方法（1.3.2）使用40%的乙二醛溶液代替甲醛后的显色物质的最大吸收波长为577 nm。此结果表明，乙二醛溶液代替甲醛后，显色物质的最大吸收波长与用甲醛作为吸收液时的579 nm相比发生了微量变化，可能是因为乙二醛和甲醛在该反应体系中生成的显色物质结构略有差异，导致其最大吸收波长发生了偏移。这一发现为进一步研究乙二醛代替甲醛后的显色反应提供了重要的参考。

2.2 乙二醛用量的影响

由图2可知，在盐酸副玫瑰苯胺浓度为0.6 g·L-1、反应时间为5.0 min条件下，当乙二醛溶液（40%）用量为1.7 mL，吸光度达到最大值。然而，随着乙二醛溶液（40%）用量的增加，吸光度值开始减小。当乙二醛用量较大时，反应液中的乙二醛浓度过高，具有较强的还原性。因此，它与生成的蓝紫色络合物发生氧化还原反应，导致络合物褪色，吸光度降低。而当乙二醛用量较少时，乙二醛的量不足，导致二氧化硫与乙二醛生成的羟甲基磺酸加成化合物的量较少。因此，最终生成的络合物量较少，吸光度较小。综上所述，乙二醛溶液（40%）的最佳用量为1.7 mL，该用量能够确保乙二醛的浓度适中，从而最大程度地促进二氧化硫与乙二醛的加成反应，提高检测结果的准确性和可靠性。

2.3 盐酸副玫瑰苯胺浓度的影响

由图3可知，当乙二醛溶液（40%）用量为1.7 mL、反应时间为5.0 min时，随着盐酸副玫瑰苯胺（以下简称副玫瑰苯胺）浓度的增加，吸光度呈现先增大后减小的趋势。这是因为在羟甲基磺酸加成化合物与副玫瑰苯胺反应的过程中，当副玫瑰苯胺的量不足时，络合物生成量较少，吸光度不高。当副玫瑰苯胺的量达到0.6 g·L-1时，羟甲基磺酸加成化合物与副玫瑰苯胺反应达到平衡，吸光度达到最大值。然而，随着副玫瑰苯胺浓度的继续增大，吸光度开始减小，这是因为过量的副玫瑰苯胺分子开始吸收更多的光，导致吸光度减小。综上所述，副玫瑰苯胺最佳浓度为0.6 g·L-1。在该浓度下，吸光度达到最大值，反应产物具有最高稳定性和可见度，能够提供更准确的结果。

2.4 反应时间对吸光度的影响

由图4可知，当乙二醛溶液（40%）用量为1.7 mL、副玫瑰苯胺为0.6 g·L-1时，随着时间的增加，吸光度值呈现出先增加后趋于稳定再减小的趋势。这是因为在开始时，反应尚未达到平衡，随着反应的进行，生成物逐渐增加，吸光度值也逐渐增大。当反应达到平衡时，生成物会稳定一段时间，在此期间吸光度值基本保持不变。随后生成物受氧气、光照等的影响发生氧化还原反应而发生分解，颜色逐渐褪去，吸光度值开始减小。综上所述，最佳的反应时间为5～10 min。这个时间段内，生成的产物具有较高的稳定性和可见度，吸光度值最为稳定，能够提供更准确的结果，是检测二氧化硫含量的最佳時间段。

2.5 线性范围和检出限

标准曲线结果如图5所示。本方法的线性范围为0.5～20.0 mg·L-1，R2为0.999 8，表明该方法具有很好的线性关系，适用于检测白砂糖中的二氧化硫含量。此外，根据检测结果可知，吸光度为0.01对应的二氧化硫浓度为0.2 mg·L-1，因此，该方法的检出限为0.2 mg·L-1，相比国标法（1.0 mg·L-1），检出限更低，表明方法在准确性和灵敏度方面具有一定优势，可以为白砂糖中二氧化硫的检测提供一种快速、准确、高效的方法。

2.6 精密度检测

取同一批次已知二氧化硫含量（2.16 mg·kg-1）的样品，经过方法（1.3.2）处理后，制备成供试样品溶液。对供试样品溶液进行6次平行测定，计算得到二氧化硫含量平均值为2.25 mg·kg-1，相对标准偏差（RSD）为1.82%。表明该方法具有较高的精密度和良好的重复性，适用于对二氧化硫含量较低的白砂糖样品的检测和分析。

2.7 加标回收率

由表1可知，通过对3个不同加标水平的样品进行6次平行检测，3个不同加标水平样品的平均加标回收率分别为90.3%～93.1%、89.8%～93.5%、90.6%～94.2%，相对标准偏差分别为1.6%、1.7%、4.2%。回收率范围较窄，说明方法的重现性良好；相对标准偏差较小，说明方法具有较高的精度。该方法在白砂糖中二氧化硫的检测方面具有一定的准确性和可靠性，可以满足日常分析的需求。

3 结论

在GB 5009.34—2022第二法分光光度法的基础上，建立白砂糖中二氧化硫含量的检测方法。此方法使用了低毒且稳定的乙二醛替代传统的高毒易分解的甲醛，作为二氧化硫的吸收液。在检测样品时，只需直接取1.0 mL试剂A和1.0 mL试剂B加入待测液中，反应5.0 min后即可测量吸光度值。在实际样品的检测中，3组样品二氧化硫回收率在89.8%～94.2%，相对标准偏差（RSD）分别为1.6%、1.7%和4.2%。本研究方法具有较好的检测能力，有效缩短了检测时间，减少了试剂对检测人员的危害，为白砂糖中二氧化硫的快速检测提供了一种有效的参考方法。

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