测定食品中痕量甲醛的动力学光度法

张丽珍，周之荣，王群，章淑媛

（1.广东药学院附属门诊部,广东广州510240;2.广东药学院公共卫生学院,广东广州510240;3.东华理工大学校医院,江西抚州 344000）

测定食品中痕量甲醛的动力学光度法

张丽珍1，周之荣2，*，王群3，章淑媛3

（1.广东药学院附属门诊部,广东广州510240;2.广东药学院公共卫生学院,广东广州510240;3.东华理工大学校医院,江西抚州 344000）

通过基于0.04 mol/L的硫酸介质中痕量甲醛催化溴酸钾氧化酸性铬蓝K(ACBK)的褪色反应,建立了测定痕量甲醛的动力学光度法。方法的检出限为0.93 μg/L,线性范围为0.0~0.40 μg/mL。讨论了酸度、反应物浓度、温度、反应时间、干扰离子等因素的影响,确定了该体系反应的最佳条件,并测定了一些动力学参数,催化反应的表观活化能为69.47 kJ/mol。在25 mL溶液中,测定5.0 μg甲醛的相对标准偏差为1.9%(n=11)。方法可用于测定水发牛百叶和虾仁样品中的甲醛,相对标准偏差为1.1%~2.3%,标准加入回收率为98.7%~101.4%。

甲醛;动力学光度法;酸性铬蓝K;溴酸钾

Abstract：Based on the catalytic effect of trace amount formaldehyde on oxidation of acid chrome blue K(ACBK)by potassium bromate in 0.04 mol/L sulphuric acid solution,a new kinetic spectrophotometric method for the determination of trace amount formaldehyde has been developed.The detection limit is 0.93 μg/L and the linear range of determination is 0.0-0.40 μg/mL for formaldehyde.The relative standard deviation for the determination of formaldehyde at the concentration of 5.0 μg/25 mL is calculated to be 1.9%（n＝11）.The factors such as acidity,concentrations of reactants,reactive time,temperature,influence of coexisting ions on the reaction and the optimum reaction conditions of the reaction and some kinetic parameters are determined;the apparent activation energy of the reaction is 69.47 kJ/mol.The method has been applied to the determination of formaldehyde in runnet and peeled shrimp samples with the relative standard deviation of 1.1%-2.3%and the recovery of 98.7%-101.4%.

Key words:formaldehyde;kinetic spectrophotometry;acid chrome blue K(ACBK);potassium bromate

甲醛，又名蚁醛；化学式CH2O，分子质量30.03；常温下是一种无色、具有强烈刺激性的气体，熔点-92℃，沸点-19.5℃，相对密度0.815；易溶于水和乙醇等多种有机溶剂，水溶液浓度最高可达55%。甲醛是一种原生质毒物[1]，也是危害较大的环境污染物之一，严重威胁着人类的身体健康。空气中甲醛浓度大于2.00×10-6mg/L时，就可使人体产生严重的不适反应[2]。另外，甲醛还是一种基因毒性物质，有促癌和致癌作用，已被国际癌症机构（IARC）确定为可疑致癌物[3]。

甲醛作为精细化学品的用途以及作为精细化学品原料，应用十分广泛。甲醛是一种消毒防蛀剂，对昆虫和细菌有很强的杀伤作用，除了用于消毒外，农业上也用福尔马林浸麦种来防治黑穗病。甲醛还可通过甲基化、氯甲基化、氰甲基化、羟甲基化、环合、缩合等操作可为农药、医药、染料、香料、纺织整理剂、螯合剂、粘合剂等等精细化学品的生产提供很多中间体[4]。

甲醛的测定方法有很多种，常见的有分光光度法[5]、荧光光谱法[6]、气相色谱法[7]和高效液相色谱法[8]。动力学光度法因具有灵敏度高、选择性好、操作简便及所用仪器设备简单等特点,用来测定甲醛的报道不少[9-10]。由于动力学反应的特殊性及报道方法灵敏度或选择性等方面的限制，因此建立新的测定痕量甲醛的方法仍具有实际意义。本文研究了在0.04 mol/L硫酸介质中，痕量甲醛能灵敏地催化溴酸钾氧化酸性铬蓝K的褪色反应。在一定范围内，催化褪色程度与甲醛浓度成正比。据此建立了测定痕量甲醛的催化动力学光度法。已用于食品中痕量甲醛的测定。

1 材料和方法

1.1 材料与仪器

U-3010型分光光度计：日本日立公司；722型分光光度计：上海第三分析仪器厂；HH-8数显恒温水浴锅：江苏金坛医疗器械厂。

酸性铬蓝K:0.1 g/L的水溶液；溴酸钾溶液:0.02 mol/L；甲醛标准溶液（1.0 mg/mL）：准确量取用碘量法进行标定后的10.40 mol/L甲醛溶液3.20 mL于1000 mL的容量瓶中，水稀释至刻度，摇匀，贮于甲醛标准储备溶液瓶中。以此作为标准储备溶液，用时逐步稀释为10.0 μg/mL工作溶液；硫酸溶液:0.5 mol/L。所用试剂均为分析纯,试验用水为二次石英亚沸水。

1.2 方法

取两支刻度一致的25 mL的具有玻璃塞的比色管，向其中一支加入0.5 mL甲醛标准溶液（起催化作用，吸光度为A），另一支不加甲醛标准溶液（非催化反应，吸光度为A0）然后用蒸馏水稀释到5 mL。分别加入2滴1g/L的2,4-二硝基苯酚溶液，用7 mol/L氨水调节至黄色，以0.1 mol/L H2SO4调至黄色刚消失并加入2.0 mL 0.5 mol/L H2SO4，5.0 mL 酸性铬蓝 K 溶液，1.0 mL KBrO3溶液。用水稀释至刻度，摇匀。于90℃恒温水浴中加热10 min（秒表计时），迅速取出并在流水中冷却5 min，以蒸馏水为参比，用1 cm比色皿在722型分光光度计上，于524 nm处测定吸光度A0(空白)和A(试样)，计算 l g(A0/A)，绘制 lg(A0/A)-C 曲线。

2 结果与讨论

2.1 吸收光谱

配制图1所示的不同组分溶液，按试验方法操作在U-3010型分光光度计上扫描并绘制吸收曲线。

图1 吸收光谱Fig.1 Absorption spectra

图1结果表明：在酸性介质中溴酸钾可以氧化酸性铬蓝K褪色但速率较慢；加入痕量甲醛可以催化溴酸钾氧化酸性铬蓝K的褪色反应，且随着甲醛量的增加作用加剧。所有曲线在524 nm处均有最大吸收值，选定524 nm为测定波长可定量痕量甲醛。

2.2 反应介质的选择及用量影响

按试验方法分别试验了HCl,HNO3,H3PO4,H2SO4介质对反应体系的影响。结果表明:在H2SO4介质中,甲醛有明显的催化作用,反应易于控制,且测定的吸光度值较稳定。因此本文选定0.5 mol/L硫酸为反应介质。

2.3 试剂用量的影响

试验结果表明:H2SO4溶液用量在1.5 mL~2.5 mL,KBrO3溶液用量在0.5 mL~1.7 mL,ACBK溶液用量在3.0 mL~6.0 mL时,甲醛有良好的催化作用。本试验选择:2.0 mL H2SO4溶液,1.0 mL KBrO3溶液和 5 mL ACBK溶液。

2.4 加热温度和时间的影响

试验结果表明:该反应在室温下几乎不发生，40℃~70℃反应缓慢，在70℃以后反应加快，随着反应温度的升高lg(A0/A)值变大，在80℃~90℃之间，lg(A0/A)值与温度呈良好的线性关系，超过90℃之后，催化和非催化反应过于剧烈。为了使试验的条件利于控制和操作，本试验采用90℃的恒温水浴加热。反应时间在5 min~8 min内，lg(A0/A)与加热时间呈现良好的线性关系，本文选用的加热时间为8 min。采用骤冷法使反应终止反应,在流水中冷却5 min后，吸光度至少在40 min内保持不变。

2.5 工作曲线

试验结果表明:甲醛的量在0.0~400 μg/L内与lg（A0/A）呈良好的线性关系，工作曲线的线性回归方程为：

式中：ρ甲醛为每25 mL溶液中甲醛的微克数，相关系数为0.9993。按试验方法在25 mL溶液中，测定5.0 μg甲醛的相对标准偏差为1.9%(n=11)，对空白试液进行11次测定，标准偏差为3.2×10-3。由空白溶液的3倍标准偏差除以工作曲线的斜率求出检出限为0.93 μg/L。

2.6 共存离子的影响

试验结果表明:将相对误差控制在±5%以内，测定25 mL中的10.0 μg甲醛，可允许存在：1200 μg量的 Na+、K+、NH4+、SO42-、Ac-、Cl-、Ba2+；800 μg 量的 Zn2+、Hg(II)、MO(VI)、Mg2+、NO3-；400 μg 量的 W(VI)、Ca2+；120 μg 量的 EDTA、乙醇、柠檬酸钠、Mn(II)、Co2+、Sr2+；40 μg 量的甲醇、抗坏血酸、Ni2+、Ag+、Sn(II)、Bi(III)；32 μg量的苯酚、间苯二酚、间苯三酚、对硝基苯酚、单宁、苦味酸、F-；24 μg 量的 Al3+；16 μg 量的 Cr(III)、V(V)；5 μg 量的 Fe(III)、Cu(II)、Sb(III)。

2.7 动力学参数的测定

2.7.1 反应级数的测定

催化动力学测定Ti(IV)的化学反应总方程式可以表示如下:

ACBK+硫酸+溴酸钾+甲醛→反应产物

式中：R为反应速率，[mol/（L·min）]；C为反应物浓度，（mol/L）；α，β，γ，δ为反应级数。用单因数变换固定时间法测定各反应物的反应级数，结果如下:

由直线方程的斜率可知：α=1.018≈1，β=0.9649≈1，γ=1.028≈1，δ=0.046≈0，故本催化反应对甲醛、ACBK和溴酸钾而言为一级反应，对H2SO4而言为零级反应。由此可见，在稀硫酸介质中，以甲醛为催化剂，溴酸钾氧化ACBK褪色反应的速率方程式可表示为：

在试验条件下，C硫酸，C溴酸钾，CACBK＞＞ρ甲醛，且基本保持不变，速率方程可以简化为：

采用固定时间法测定吸光度，动力学方程为：ΔA=k3ρ甲醛，即ΔA与催化剂甲醛在一定浓度范围内成正比，这就是本催化反应测定痕量甲醛的定量依据。

2.7.2 表观活化能的测定

固定反应物浓度和加热时间，在80℃~90℃时，测定催化反应的吸光度A和非催化反应吸光度A0，计算 ΔA=A0-A，作-lgΔA~(1/T)×103曲线。结果表明，-lgΔA与(1/T)×103存在着线性关系，用最小二乘法处理，其线性回归方程为：-lgΔA=3.628×(1/T)×103-5.398(r=0.9981，根据Arrhenius公式计算表观活化能为：Ea=3.628×2.303×8.314=69.47 kJ/mol。

3 样品分析

称取适量经粉碎的试样,加50 mL水后用捣碎机打成匀浆，称取相当于原样重量10 g~20 g的匀浆样，置于蒸馏瓶中，加入蒸馏水20 mL、液体石蜡2.5 mL和10%磷酸溶液20 mL，立即通水蒸气蒸馏。冷凝管下口插入事先盛有10 mL蒸馏水且置于冰浴的容量瓶中，准确收集蒸馏液至100 mL，以此为样品储备液。取一定体积再按试验方法测定，同时做标准加入回收试验。牛百叶样品的6次测定结果为0.278、0.286、0.279、0.268、0.272、0.274 μg/g、虾仁样品的 6 次测定结果为0.694、0.680、0.702、0.700、0.693、0.698 μg/g。结果见表1。

表1 食物样品中甲醛的分析结果Tabel 1 Analytical results for formaldehyde in foodstuff samples μg/g

4 结论

本文研究在0.04 mol/L硫酸介质中，痕量甲醛能灵敏地催化溴酸钾氧化酸性铬蓝K的褪色反应。据此建立了测定痕量甲醛的催化动力学光度法。已用于食品中痕量甲醛的测定。方法的检出限为0.93 μg/L,线性范围为 0.0~0.40 μg/mL。

甲醛广泛存在于环境中，对人的身体有很多不利影响，随着生活水平的提高和健康意识的增强，人们越来越关注它的存在，对它的研究也逐渐增多,因此建立测定甲醛的新方法具有重要的实际意义。

[1]郑鹏然,周树南.食品卫生全书[M].北京:红旗出版社,1996:524

[2]Helaleh M I H,Kumemura M,Fujii S,et al.A New Fluorimetric Method for the Delermination of Formaldehyde in Air Based on the Liquid Droplet Sampling Techniquel[J].Analyst,2001,126(1):104-108

[3]宫菁,刘敏.甲醛污染对人体健康影响及控制[J].环境与健康杂志,2001,18(6):414-415

[4]实用精细化学品手册：有机卷[M].化学工业出版社,1996:1377-1381

[5]Gamizgracia L,Decastro M D L.Determination of formaldehyde in liquid solid and semisolid pharmaceuticals and cosmetics by flow injection-pervaporation[J].Analyst,1999,124(7):1119

[6]查河霞,缪霞.荧光光度测定法测定食品中的甲醛[J].中国卫生检验杂志,2002,12(6):654

[7]黄晓兰,黄芳,林晓珊,等.气相色谱－质谱法测定食品中的甲醛[J].分析化学,2004,32(12):1617-1620

[8]陈铭学,牟仁祥,应兴华,等.高效液相色谱法测定粮食制品中甲醛残留量[J].分析实验室,2004,23(5):74-76

[9]王术皓,杜凌云,张爱梅.动力学光度法测定甲醛[J].分析化学,2000,28(5):628

[10]侯振雨,张玉泉,王有臣.氯酸钾-甲基红体系动力学光度法测定甲醛[J].广东微量元素科学,2004,11(9):53-56

Kinetic Spectrophotometric Determination of Trace Formaldehyde in Foodstuff Based on Oxidation Discoloration of Acid Chrome Blue K with Potassium Bromate

ZHANG Li-zhen1,ZHOU Zhi-rong2,*,WANG Qun3，ZHANG Shu-yuan3
（1.The Clinic Attached to Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510240，Guangdong，China；2.College of Public Health，Guangdong Pharmaceutical University，Guangzhou 510240，Guangdong,China；3.Hospital of East China Institute of Technology，Fuzhou 344000，Jiangxi,China）

2009-08-19

广东省高等学校人才引进专项资金(粤财教[2009]109号);广东药学院科研基金资助项目(2007GGW03)

张丽珍（1963—）,女（汉）,主管药师,本科，研究方向：药事管理。

*通信作者：周之荣（1965—）,男,教授,研究方向：痕量元素分析。