恒波长同步荧光猝灭法测定啤酒中草酸

李 岚, 郝洪庆

(嘉应学院 化学与环境学院, 梅州 514015)

恒波长同步荧光猝灭法测定啤酒中草酸

李 岚, 郝洪庆

(嘉应学院 化学与环境学院, 梅州 514015)

啤酒中的草酸主要来自麦芽,麦芽中的草酸含量因大麦不同、制麦工艺不同也各不相同。草酸是一种非挥发性有机酸,少量的草酸赋予啤酒口感爽口,但草酸含量过高容易使啤酒形成非生物性浑浊,且影响人体健康,鉴于此,较先进的企业控制啤酒中草酸的质量浓度不高于20 mg·L-1[1],因此能方便、快捷、准确地测定啤酒中草酸的含量对啤酒生产厂家有十分重要的意义。

草酸的测定方法有很多,但各有利弊。光度法重复性较好,检出范围较宽,但灵敏度不高[2-5];荧光法灵敏度高,但重复性、选择性相对较差[6-8];反相高效液相色谱法灵敏度较高,但检测成本较高,不易推广使用,且分离过程中极易受硝酸、硫酸等无机酸的干扰[9]。同步荧光法灵敏度高,选择性好且操作简便,费用较低[10],但用于测定草酸尚未见报道。本工作发现在硫酸介质中,草酸对重铬酸钾氧化罗丹明B具有催化作用[6,11],且草酸的质量浓度与体系同步荧光强度猝灭程度有关,据此,建立了测定痕量草酸的新方法,用于直接测定啤酒中的草酸。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

PE LS-55荧光分光光度计;AL 104型电子分析天平;888型搅拌机;Z2型水浴锅。

草酸标准储备溶液:1.0 g·L-1,使用时稀释至50 mg·L-1。

硫酸溶液:0.5 mol·L-1。

重铬酸钾溶液:2.5×10-3mol·L-1。

罗丹明B溶液:5×10-5mol·L-1。

尿素溶液:5 mol·L-1。

所用试剂均为分析纯,试验用水为去离子水。

1.2 试验方法

于25 mL比色管中加入0.5 mol·L-1硫酸溶液1.00 mL,2.5×10-3mol·L-1重铬酸钾溶液2.00 mL,5×10-5mol·L-1罗丹明B溶液2.00 mL,再加入适量的草酸标准溶液,加水稀释至刻度,摇匀。置于50 ℃恒温水浴中反应10 min,取出后迅速加入5 mol·L-1尿素溶液2.00 mL终止反应[10],摇匀冷却至室温。以波长差(Δλ)为25 nm测定溶液的同步荧光强度(F),在相同条件下测定空白试剂(F0),计算ΔF(F0-F)。

2 结果与讨论

2.1 同步荧光光谱

罗丹明B属三苯甲烷碱性染料,能发出很强的荧光,其荧光光谱见图1。

1-激发光谱;2-发射光谱;3-同步荧光光谱图1 罗丹明B的荧光光谱Fig. 1 Fluorescence spectra of rodamin B

由图1可知:罗丹明B的激发波长为550 nm,发射波长为575 nm,Stokes位移较小为25 nm,故杂散光会对其产生影响。采用同步荧光分析法,固定波长同步扫描后,其谱带明显简化,这样可减少因杂散光的影响而带来的误差。

不同酸性介质中罗丹明B的同步荧光猝灭光谱见图2。

1-罗丹明B+H2SO4;2-罗丹明B+H2SO4+H2C2O4;3-罗丹明B+H2SO4+K2Cr2O7;4-罗丹明B+H2SO4+K2Cr2O7+H2C2O4图2 不同酸性介质中罗丹明B的同步荧光猝灭光谱Fig. 2 Synchronous fluorescent quenching spectra of rodamin B with different acid mediums

由图2可知:在酸性介质中,罗丹明B被强氧化剂重铬酸钾氧化后,分子结构遭到破坏,荧光猝灭,但这个氧化还原反应速率较慢(曲线3);在酸性介质中,有草酸存在时,对罗丹明B的荧光几乎不影响(曲线2),但可以使重铬酸钾氧化罗丹明B的速率加快,使罗丹明B荧光猝灭增大(曲线4);草酸的加入不影响最佳同步荧光波长(554 nm),仅使同步荧光强度降低。

2.2 Δλ的选择

同步荧光测定中,光谱性质与物质本性有关,Δλ的选择是方法的关键。试验考察了Δλ分别为10,15,20,25,30 nm时对同步荧光光谱的影响,结果见图3。

图3 不同Δλ时的同步荧光强度Fig. 3 Synchronous fluorescence intensity with different Δλ

由图3可知:当Δλ为25 nm时,得到的荧光信号最强、半宽峰最窄的单峰同步荧光光谱。试验选择Δλ为25 nm。

2.3 硫酸溶液用量的选择

试验考察了0.5 mol·L-1硫酸溶液的用量依次为0.50,1.00,1.50,2.00,2.50 mL时对测定的影响,结果见表1。

表1 硫酸溶液用量对同步荧光强度的影响Tab. 1 Effect of amount of sulfuric acid solution on synchronous fluorescence intensity

由表1可知:随硫酸溶液用量的增大,ΔF先增加,后下降,再增加。硫酸溶液用量太大,反应速率太快,不易控制,而且硫酸溶液用量大于1.50 mL时,得到的同步荧光光谱会出现两个同步荧光峰。试验选择0.5 mol·L-1硫酸溶液的用量为1.00 mL。

2.4 罗丹明B溶液用量的选择

试验考察了5×10-5mol·L-1罗丹明B溶液的用量依次为0.50,1.00,1.50,2.00,2.50,3.00 mL时对测定的影响。结果表明:罗丹明B溶液的用量为0.50 mL时,同步荧光波长红移至578 nm;罗丹明B溶液的用量为1.00,1.50 mL时,同步荧光光谱有两个荧光峰;罗丹明B溶液的用量为2.00 mL时,ΔF最大;随罗丹明B溶液用量的进一步增加,ΔF减小。试验选择5×10-5mol·L-1罗丹明B溶液的用量为2.00 mL。

2.5 重铬酸钾溶液用量的选择

试验考察了2.5×10-3mol·L-1重铬酸钾溶液的用量依次为0.50,1.00,1.50,2.00,2.50 mL时对测定的影响。结果表明:随重铬酸钾溶液用量的增大,ΔF先增加,后下降。当重铬酸钾溶液的用量为2.00 mL时,试验效果最佳。试验选择2.5×10-3mol·L-1重铬酸钾溶液的用量为2.00 mL。

2.6 尿素溶液用量的选择

按试验方法考察了5 mol·L-1尿素溶液1.00,2.00 mL对试验稳定性(1 h)的影响。结果表明:尿素溶液的用量为2.00 mL时,稳定性最好,因而选择5 mol·L-1尿素溶液用量为2.00 mL,并在1 h内完成试验。为提高测定结果的准确度,还要冷却至室温再测定。

2.7 反应温度和反应时间的选择

试验考察了反应温度和反应时间对体系荧光强度的影响。结果表明:随反应温度的升高,ΔF先升高后下降,试验选择反应温度为50 ℃。由试验结果还可知:随反应时间的增加,ΔF先升高后下降;反应时间为10 min时,体系稳定且荧光强度较大。试验选择反应时间为10 min。

2.8 干扰试验

试验考察了多种离子和有机化合物对0.25 mg·L-1草酸标准溶液的影响。结果表明:当相对误差在±5%以内时,50 mg的K+、NO3-,10 mg的Na+、SO42-,5 mg的酒石酸氢钾、Ca2+,1 mg的Mg2+、葡萄糖不干扰测定。

2.9 标准曲线和检出限

按试验方法改变草酸标准溶液的加入量,测定草酸的质量浓度与ΔF的关系。结果表明:草酸的质量浓度在0.016～0.48 mg·L-1内与ΔF呈线性关系,其线性回归方程为ΔF=198.4c+65.43,相关系数为0.999 9。

取10份空白溶液进行平行测定,方法的检出限(3s/k)为0.010 5 mg·L-1。

2.10 样品分析

取3种啤酒样品各1.00 mL,按试验方法进行测定,并进行加标回收试验,结果见表2。

表2 样品分析结果(n=6)Tab. 2 Analytical results of samples

本工作采用恒波长同步荧光猝灭法测定啤酒中草酸的含量,该方法重现性和选择性较高、简单快捷,能得到满意的结果。

[1] 朱淑萍.浅谈啤酒酿造中草酸含量的变化[J].啤酒科技, 2008(1):37-39.

[2] 李瑛,郭启华,谷学新,等.锆-偶氮胂褪色光度法测定茶叶和尿样中的草酸[J].分析科学学报, 2004,20(2):163-165.

[3] 刘连伟,孙衍华,王秀峰.阻抑动力学光度法测定食物中痕量草酸[J].应用化学, 2004,21(3):316-318.

[4] 刘海玲,蓝柳珠,刘树深,等.催化动力学光度法测定生物样品中的草酸[J].分析科学学报, 1999,15(5):381-385.

[5] ZHAI Q Z. Catalytic kinetic spectrophotometry for the determination of trace amount of oxalic acid in biolocalsamples with oxalic acid-rhodamin B-potassium dichromate system[J] . Spectrochim Acta Part A, 2006,65(1):1-4.

[6] 陈兰化,赵丹华.催化荧光法测定痕量草酸[J].光谱学与光谱分析, 2003,23(1):203-204.

[7] 吴翚,范丽岩,王怀公.荧光猝灭法测定草酸的研究[J].兰州大学学报(自然科学版), 1996,32(1):84-86.

[8] 吴群娣,李廷盛,钟福新,等.痕量草酸的催化荧光分析[J].分析测试技术与仪器, 2000,6(2):75-78.

[9] 刘景,李崎,顾国贤.反相高效液相色谱法(RP-HPLC)测定麦汁中的草酸[J].中国酿造, 2005(10):44-46.

[10] 李岚,刘金燕.恒波长同步荧光猝灭法测定痕量亚硝酸根[J].中国食品添加剂, 2016(2):146-149.

[11] 冯素玲,樊静,魏新军,等.荧光动力法测定痕量草酸[J].光谱学与光谱分析, 2000,20(1):113-114.

10.11973/lhjy-hx201703017

2016-03-11

广东省自然科学基金(2015A030313640);广东省高 等学校优秀青年教师培养计划项目(Yq2013151)

O657.3

B

1001-4020(2017)03-0330-03