介绍一个分析化学研究型教学实验——食品中微量铝含量的测定

贾涛王永鹏张楠马安洁王英华

(1吉林大学化学学院2006级 吉林长春130012;2吉林大学化学学院 吉林长春130012)

化学实验

介绍一个分析化学研究型教学实验
——食品中微量铝含量的测定

贾涛1王永鹏1张楠1马安洁2王英华2

(1吉林大学化学学院2006级 吉林长春130012;2吉林大学化学学院 吉林长春130012)

介绍以铬天青S为显色剂，在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵存在下，测试食品中微量铝的含量。讨论了测试体系的酸度、表面活性剂用量对测定结果的影响及样品预处理技术。推荐该实验作为低年级本科生的分析化学研究型教学实验。

为了培养学生实践能力与创新精神，在基础分析化学实验中增设了研究型实验，并实施开放实验教学。用分光光度法测定油条、粉条等食品中微量铝的含量是学生根据自己的兴趣自选的实验题目之一。铝是地壳中储量丰富的金属元素，被广泛用于日常生活，但在给人们带来方便的同时，铝的潜在毒性也给人们健康带来危害。世界卫生组织和联合国粮农组织(WHO/ FAO)于1989年正式将铝确定为食品污染物加以控制，我国也于1994年提出了面制食品中铝的限量卫生标准［1］。学生在查阅资料［1-4］基础上，将自己所掌握的分析化学知识和实验技能用于食品分析和公共健康等领域，通过对最佳实验条件、实际样品预处理及实验方法验证等方面进行初步的探索与研究而设计了食品中微量铝的测定这一实验，该实验有助于学生了解科学研究的基本步骤和途径，培养学生科技文献查阅能力和知识的运用能力以及独立设计实验方案并验证其准确性的能力。通过实验，学生还可以掌握一些食品样品预处理技术，提高数据处理能力和科技写作能力。

1 实验原理

在适宜pH条件下，铝与铬天青S(CAS)及表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)形成三元胶束络合物［4］(图1)。其最大吸收波长为624nm，ε=5.9×104L·mol－1·cm－1，具有较高的灵敏度。

图1 Al3+与CAS、CTMAB形成三元胶束络合物

2 试剂与仪器

2.1 仪器

UV-1700微量紫外可见分光光度计(日本岛津公司)，pHS-3C型精密pH计。

2.2 试剂

1mg/mL铝标准贮备液(用硫酸配制):准确称取0.1000g铝粉(99.99%)于塑料烧杯中，加蒸馏水约10mL，再加5mL NaOH(10%)使其溶解。待铝粉完全溶解后，加入浓H2SO4溶液1.0mL，充分反应后移入250mL烧杯中，加热煮沸使溶液澄清，冷却至室温，移入100mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，混匀;硫酸溶液(1:1和1%(体积比));CTMAB溶液(0.5g/L);抗坏血酸溶液(10g/L);铬天青S溶液(1.5g/L);乙酸-乙酸钠缓冲溶液(pH=5.5);NaOH溶液(0.12mol/L);Al2O3(光谱纯);岩石管理样。

3 实验方法

分取一定量的样品溶液于25mL容量瓶中，依次加入1.00mL 1%的硫酸溶液，4.00mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液，1.00mL 10g/L抗坏血酸溶液，1.00mL 0.5g/L CTMAB溶液，1.00mL 1.5g/L铬天青S溶液，用蒸馏水稀至刻度，摇匀。室温放置20min后，用1cm比色皿在624nm波长下，以试剂空白为参比，测其吸光度值。

4 结果与讨论

4.1 CTM AB用量的选择

取6个25mL容量瓶，分别加入1.00mL 5μg/mL铝标准溶液，1.00mL 1%的硫酸溶液，4.00mL乙酸-乙酸钠缓冲溶液，1.00mL 10g/L抗坏血酸溶液，0.00、0.60、0.80、1.00、1.20、1.40mL 0.5g/L CTMAB溶液，1.00mL 1.5g/L铬天青S溶液，用蒸馏水稀至刻度，摇匀。室温放置20min后，用1cm比色皿，以试剂空白作参比(不加CTMAB和Al3+，其他按实验方法)，在500～700nm之间扫描。结果表明，随CTMAB加入，络合物最大吸收峰红移了约90nm，灵敏度提高近3倍。当CTMAB加入1.00mL时，络合物吸光度达到最大值且稳定，此时最大吸收波长为624nm(图2)，ε=5.9×104L·mol－1·cm－1。当CTMAB加入量大于1.00mL时，显色体系易出现浑浊，实验方法选择CTMAB加入量为1.00mL。

4.2 pH的影响

取8个25mL容量瓶，分别加入1.00mL 5μg/mL铝标准溶液，1.00mL 1%的硫酸溶液，0.12mol/L的NaOH溶液1.00、3.80、4.10、4.15、4.20、4.22、4.25、4.30mL，再加入1.00mL抗坏血酸、1.00mL CTMAB、1.00mL铬天青S溶液，用蒸馏水稀至刻度，摇匀。上述8份溶液的pH分别为:2.37、3.86、4.87、5.32、5.91、6.81、7.11、7.70。室温放置20min后，用1cm比色皿在624nm波长下，以试剂空白为参比，测其吸光度值。实验结果表明，pH为5.2～6.8是体系最适宜的酸度范围(图3)。

4.3 工作曲线及线性范围

移取0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50mL 5μg/mL的铝标准溶液，分别置于7个25mL容量瓶中，以下同实验方法，得到浓度分别为0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70μg/mL的溶液。以铝的浓度为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制工作曲线。实验结果表明铝浓度在0.10～0.40μg/mL范围内有良好的线性关系，其回归方程为y=1.15x+0.0135，相关系数r=0.998。

图2 CTMAB用量的选择

图3 pH选择

4.4 样品预处理及样品分析

称取一定量油条、粉条样品于蒸发皿中(n=5，每个样品平行做5份)，置于煤气灯上碳化、灰化完全，放入马弗炉中，600℃灼烧2h。取出冷却，将样品转移至石墨坩埚中，加入0.6g KOH，混匀。将石墨坩埚置于马弗炉中，由室温升至200℃，保持10min，待样品熔融后，将温度升至400℃，灼烧20min。取出冷却，加少量蒸馏水，逐滴加入0.6mL 1:1的硫酸并不断搅拌，补加8～9滴1%的硫酸溶液。过滤，滤液用250mL容量瓶盛接，定容，摇匀。适量移取上述试液于25mL容量瓶中，以下同实验方法，结果见表1。所测试样品中w(Al3+)均超过国家标准(0.0100%)。

4.5 验证实验

油条等食品经灼烧后，其中的铝应为Al2O3，在样品处理过程中，将Al2O3完全转变为Al3+是关键步骤。为此本文做了验证实验，称取Al2O3基准物0.2500g(n=3，平行做3份)，按4.4中的样品预处理及实验方法进行分析测试。分析结果平均值¯w(Al2O3)=100.1%，与基准物质的理论值相比，相对误差为0.1%，实验结果表明样品预处理方法是可行的。为验证方法的可靠性，用岩石管理样品做验证实验。称取0.5000g试样(n=3，平行做3份)于石墨坩埚中，以下同4.4中的样品预处理和实验方法。测得岩石样品中¯w(Al2O3)=15.81%，与参考值¯w (Al2O3)=16.41%相比，相对误差为－3.6%，结果偏低，这可能是由于此岩石样品基体复杂，Al2O3含量较高，属于常量分析范围，采用光度法(方法本身误差为2% ～5%)测量造成了较大误差。尽管如此，对于食品中微量铝含量的测定，该法是完全适用的。

表1 油条、粉条中Al3+含量分析结果

5 教学效果讨论

本文介绍了一个将分析化学理论和实验技术与食品分析相结合的研究性实验。实验中学生自由组合，协同合作，发挥集体的智慧，成为实验的主人。教师和讲义不再是学生获取知识的主要来源，他们可以利用学校图书馆、校园网络查阅参考书，汲取自己所需要的知识和收集参考资料。学生在广泛查阅资料的基础上，运用所学过的理论知识和实验技能，完成实验方案的设计，经历了知识转化为能力的过程，运用知识能力得到提高。学生带着自己设计的实验方案，走进实验室进行实验，对于实验中遇到问题可以相互讨论、互相启发。这一过程培养了学生解决问题的能力，可使他们体会到创新的乐趣，对学习化学更有自信。

此实验在吉林大学经两年基础分析化学实验教学实践，有良好的教学效果。

［1］ 中华人民共和国国家标准.GB 15202-94.面制食品中铝限量卫生标准.北京:中国标准出版社，1997

［2］ 武汉大学.分析化学实验.第4版.北京:高等教育出版社，1999

［3］ 王林，苏德昭，王永芳，等.中国食品卫生杂志，1996，8(2):1

［4］ 刘凡，张元勤.乐山师范学院学报，2006，21(12):45