瑞利光散射技术快速测定萝卜红色素中痕量Pb(Ⅱ)

秦 艾， 陈 庆， 陈 娥, 何小琴, 高庆玲, 江 虹

(长江师范学院化学化工学院，重庆 408100)

萝卜红色素是从十字花科植物红心萝卜(Raphanus Satiusl Fueing Red Heart Radish)块根中提取的天然食用红色素，现已大量用于饮料、糖果、肉类、鱼类等食品工业的着色。铅是毒性很强的微量元素，它可能在色素的提取、加工、运输等过程中受到污染而存在，也可能受环境及工业“三废”的污染，使其在植物中作为天然组分而存在。因此，对萝卜红色素中铅的研究具有重要意义。

目前，检测Pb(Ⅱ)的方法主要有原子吸收光谱法[1 - 4]、原子发射光谱法[5]、原子荧光光谱法[6 - 7]、电化学法[8 - 9]和紫外-可见分光光度法[10 - 11]等。我国测定Pb(Ⅱ)的国家标准方法是原子吸收法，但该法操作繁琐费时、条件要求较苛刻，需配备专门的元素灯。而其它方法或存在选择性较差或线性范围窄或灵敏度不够好等不足。本工作用近年发展起来的瑞利光散射(RLS)技术来研究Pb(Ⅱ)的测定，方法操作简便、快速，准确度、精密度及灵敏度均能满足痕量分析要求。方法用于萝卜红色素中Pb(Ⅱ)的测定，结果满意。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

F-2500型荧光分光光度计(日本，日立公司)；pHS-3C 精密酸度计(上海虹益仪器仪表有限公司)。

Pb(Ⅱ)标准溶液：20.72 mg/L(贮备液)，2.072 mg/L(操作液)。溴甲酚绿(BCG)溶液：称取适量溴甲酚绿，用少量无水乙醇溶解后，用水定容，配成1.0×10-4mol/L。溴化十六烷基三甲基铵(CTMAB)溶液：称取适量CTMAB，用少量无水乙醇溶解后加水配成400 mg/L。Tris(三羟甲基氨基甲烷)-HCl缓冲溶液：0.10 mol/L的HCl和0.20 mol/L Tris溶液混合，用酸度计测定，配成pH=3.0～9.0的系列缓冲溶液。试剂均为分析纯，实验用水为超纯水。

1.2 样品处理

准确称取市售萝卜红色素1# 19.4822 g，2# 18.9560 g，3# 18.3250 g，4# 18.7653 g分别置于瓷坩埚中，在电炉上低温加热，待样品炭化后，将温度调至500 ℃ 灼烧灰化5 h，冷却；取出坩埚，加2.0 mL HNO3(1+1)润湿灰分，低温加热蒸干，在500～550 ℃灼烧2 h，放冷；取出坩埚，加2.0 mL HNO3(1+1)，低温加热，使灰分溶解，冷却，过滤，滤液中加入3.0 mL三乙醇胺溶液(1+2)，再用水定容至50 mL，即得待测液。

1.3 实验方法

于10 mL具塞比色管中，依次准确加入2.5 mL 1.0×10-4mol/L BCG 溶液，1.0 mL pH=5.49 Tris-HCl缓冲溶液，0.3 mL 400 mg/L CTMAB溶液，适量2.072 mg/L Pb(Ⅱ)标准溶液或样液，然后用水稀至10 mL ，60 ℃水浴加热20 min，取出流水冷至室温，25 min 后，在荧光光度计(λex=λem=220 nm，测定狭缝5 nm)上，扫描瑞利散射光谱，记录最大散射波长处体系的瑞利散射强度IRLS及试剂空白的散射强度I0，计算ΔIRLS=IRLS-I0。

2 结果与讨论

2.1 瑞利散射光谱

图1 不同体系的瑞利散射(RLS)光谱Fig.1 RLS spectra of different systems 1:0.207 mg/L Pb(Ⅱ)；2:2.50×10-5 mol/L BCG；3:2.50×10-5 mol/L BCG,pH=5.49;4:4.00 mg/L CTMAB；5-10:0.000,0.0414,0.124,0.207,0.290,0.373 mg/L Pb(Ⅱ)-2.50×10-5 mol/L BCG-12.0 mg/L CTMAB,pH=5.49.

按1.3节方法扫描各溶液的瑞利散射光谱，见图1。由图可见，单独的Pb(Ⅱ)、BCG、CTMAB 及BCG的酸性溶液，其瑞利散射均十分微弱(曲线1～4)，而在BCG 的酸性溶液中加入CTMAB后，瑞利散射显著增强(曲线5)，最大散射峰位于 345 nm。若在曲线5溶液的基础上，加入不同质量浓度Pb(Ⅱ)溶液，则曲线的最高峰随着Pb(Ⅱ) 浓度的增大，呈线性下降(曲线6～10)。故在345 nm处，可进行Pb(Ⅱ)的定量分析。可能的反应机理：BCG是一种酸性染料，其分子上的2个酚基氢可离解，使自身带2个单位负电荷。CTMAB是一种阳离子表面活性剂，在溶液中可离解出Br-，使自身带1个单位正电荷。带正电荷的阳离子活性基团可与带负电荷的BCG 结合生成带负电荷的缔合颗粒或络阴离子，进而与Pb(Ⅱ)作用生成三元络合物。或BCG 先与Pb(Ⅱ)作用形成络阴离子，再与CTMAB 结合形成电中性的三元络合物。无论以哪种方式结合，均使体系的摩尔质量和体积显著增大，故瑞利散射显著增强。

2.2 反应条件的选择

2.2.1pH值从Tris-HCl 缓冲溶液不同pH 值对体系|ΔIRLS|的影响及各数据点的误差线(图2)可知，当4.7>pH>5.8时，体系的|ΔIRLS|均较小，灵敏度较低；只有当pH 在 4.7～5.8 范围内时，体系有较大的|ΔIRLS|，表明此范围内体系有较高的灵敏度。实验用pH=5.49 的Tris-HCl 缓冲溶液，适宜用量为1.0 mL。

2.2.2溴甲酚绿溶液的浓度不同浓度的溴甲酚绿 溶液对体系|ΔIRLS|的影响及各数据点的误差线(图3)表明：溴甲酚绿 溶液为(2.5～3.5)×10-5mol/L 范围内时，体系|ΔIRLS|较大，灵敏度较高。故实验用1.0×10-4mol/L 溴甲酚绿 溶液2.5 mL。

2.2.3表面活性剂试验了多种阴、阳离子及非离子表面活性剂对体系|ΔIRLS|的影响。结果表明：只有阳离子表面活性剂CTMAB有较好的增敏性。故实验用400 mg/L CTMAB溶液，适宜用量0.30 mL。

图2 pH值的影响Fig.2 Effect of buffer pH on |ΔIRLS|

图3 溴甲酚绿溶液浓度的影响Fig.3 Effect of bromocresol green concentration on |ΔIRLS|

2.2.4试剂加入顺序考察了实验方法中各物质在不同加入顺序时对体系|ΔIRLS|的影响。结果表明最佳加入顺序为：BCG、缓冲溶液、CTMAB、Pb(Ⅱ)标准溶液。实验按此顺序进行。

2.2.5反应时间及稳定性试验了60 ℃水浴加热20 min，取出流水冷至室温后，不同放置时间对体系|ΔIRLS|的影响。结果表明：开始时随着时间的增加，|ΔIRLS|逐渐增大，当时间增至25 min后，|ΔIRLS|趋于平稳，说明流水冷却后25 min内即可反应完全，至少可稳定1 h。故实验选在流水冷却后25 min测定。

2.3 标准曲线

按实验方法配制Pb(Ⅱ)的标准系列溶液，并扫描瑞利散射光谱，作 ΔIRLS-c标准曲线。该方法的一元线性回归方程为:ΔIRLS=13.07-3224c(c:mg/L)，相关系数r为-0.9998，线性范围为 0.006～0.41 mg/L，定量限为0.053 mg/kg。

2.4 共存物质的影响

2.5 样品分析

取1.2 节中各待测样液3.0 mL，按1.3 节的实验方法加入其它试剂溶液，并扫描瑞利散射光谱，求出各样液中Pb(Ⅱ)的含量，并与国家标准方法(AAS法)[1]对照，同时作加标回收试验，结果见表1。

表1 样品分析结果及回收试验(n=5)Table 1 Analytical results of samples and recovery tests(n=5)

ND :non-detected;the sample content < detection limit according to the detection limit of the 1/2 computation of recovery).

由表1可知，本法的测定结果与原子吸收法基本一致，回收率为98.5%～102%，相对标准偏差为1.8%～2.5%，表明该方法有较高的准确度和精密度。

3 结论

本方法与国家标准方法(原子吸收法)相比，具有简便、快速，灵敏度高、线性范围宽的优点，并有较高准确度、精密度及选择性，试剂价廉易得，样品处理安全，适于萝卜红色素中Pb(Ⅱ)的快速测定。