甲基蓝探针瑞利光散射测定奶制品中Cu(Ⅱ)

江 虹, 吴征真, 王 瑜, 冉纯民, 曾庆瑞, 程乙真

(长江师范学院化学化工学院，武陵山片区绿色发展协调同创新中心，重庆 408100)

铜是维持人体正常新陈代谢必需的微量元素之一，也是体内多种氧化还原酶的成分，若人体缺铜，会引起贫血、冠心病、糖尿病及生长停滞等疾病；体内过多的铜会引起对肝脏的损害。牛奶富含营养物质，已被越来越多地用于食品加工，而婴儿配方奶粉、幼儿配方奶粉及儿童配方奶粉等系列奶制品中都补充了一定的矿物质元素。因此对奶制品中铜含量进行研究具有十分重要的意义。目前，测定Cu(Ⅱ)的方法主要有原子吸收法[1 - 4]、电化学法[5 - 6]、电感耦合等离子体质谱法[7]、荧光法[8]和分光光度法[9 - 12]等。原子吸收法所需仪器较贵、操作较繁琐、分析成本较高。分光光度法虽仪器价廉、操作简便、分析成本低，但灵敏度一般不高。其它方法或分析成本较高或灵敏度较低或条件要求较苛刻。

本工作以甲基蓝(MEB)作探针，溴化十六烷基三甲基铵(CTMAB)作增敏剂，采用近年新发展起来的具有高灵敏度的瑞利散射(RLS)法来研究奶制品中Cu(Ⅱ)的测定方法，尚未见文献报道。该方法操作简便、分析成本低，有高的灵敏度，适于系列奶制品中Cu(Ⅱ)的测定。

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)。

Cu(Ⅱ)标准溶液：准确称取适量的Cu(NO3)2·3H2O(99.9%，国药集团化学试剂有限公司)于小烧杯中，用水溶解后配成6.355 mg/L贮备液，操作液浓度为0.6355 mg/L。甲基蓝(MEB，中国医药(集团)上海化学试剂公司)溶液：准确称取适量MEB，用水溶解后配成1.0×10-4mol/L。十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB，上海阿拉丁生化科技股份有限公司，≥99.0%)溶液：称取适量CTMAB，用少量无水乙醇溶解后加水配成400 mg/L。三羟甲基氨基甲烷(Tris)-HCl缓冲溶液：0.10 mol/L HCl与0.20 mol/L Tris溶液混合，用酸度计测定，配成系列缓冲溶液。HNO3(重庆川东化工(集团)有限公司化学试剂厂)。试剂均为分析纯，实验用水为超纯水。

样品：婴儿配方奶粉(1#、2#)，幼儿配方奶粉(3#、4#)，市售。

1.2 样品处理

准确称取1#～4#奶粉样品26.7856、28.3348、27.6783和27.9821 g，分别置于瓷坩埚中，在可控电炉上低温加热至样品完全炭化，再调至500～550 ℃灼烧灰化约6 h，取出冷却，加HNO3(1+1) 3.0 mL润湿灰分，低温加热蒸干，再在500～550 ℃灼烧2 h，取出冷却，再加HNO3(1+1) 2.0 mL，水5 mL，搅拌，低温加热使灰分完全溶解，冷却，过滤，滤液置于100 mL 容量瓶中，再加体积比为1∶2 三乙醇胺溶液3.0 mL，再用水稀至刻度，即得待测液。

图1 不同体系的RLS光谱Fig.1 RLS spectra of different systems1.0.0635 mg/L Cu(Ⅱ);2.3.5×10-5 mol/L MEB;3.3.5×10-5 mol/L MEB,pH=5.5;4.0.0635 mg/L Cu(Ⅱ)-3.5×10-5 mol/L MEB,pH=5.5.5-10.0.0,0.0318,0.0508,0.0636,0.0826,0.0953 mg/L Cu(Ⅱ)-3.5×10-5 mol/L MEB-12.0 mg/L CTMAB,pH=5.5.

1.3 实验方法

移取适量的Cu(Ⅱ)标准溶液或样液于10 mL具塞比色管中，依次加入1.0 mL pH=5.5 Tris-HCl缓冲溶液，3.5 mL 1.0×10-4mol/L MEB溶液和0.3 mL 400 mg/L CTMAB 溶液，用水稀至10 mL刻度，摇匀，10 min后，以λex=λem=220 nm，测定狭缝5.0 nm，在荧光光度计上同步扫描RLS光谱，求出348 nm波长处体系的瑞利光散射强度IRLS及试剂空白的瑞利光散射强度I0，计算ΔIRLS=IRLS-I0。

2 结果与讨论

2.1 Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB体系的RLS光谱

图1是各溶液的RLS光谱。Cu(Ⅱ)和MEB溶液自身RLS十分微弱(曲线1，2)，Cu(Ⅱ)-MEB的酸性溶液及MEB的酸性溶液的RLS也十分微弱(曲线3，4)。当在MEB的酸性溶液中加入CTMAB后，其RLS信号明显增强(曲线5)，由此说明CTMAB可以增敏MEB。当在MEB-CTMAB的酸性溶液中，加入不同质量浓度的Cu(Ⅱ)时，随着Cu(Ⅱ)浓度的逐渐增大，RLS信号逐渐减弱(曲线6～10)，在最大散射波长348 nm处，Cu(Ⅱ)的质量浓度在一定范围内与Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB的RLS猝灭呈线性关系。故此法可用于Cu(Ⅱ)的定量分析。

可能的反应机理：CTMAB在溶液中带1个单位正电荷，MEB分子上除3个磺酸根离子外，还有3个具有孤对电子的氨基氮，而Cu(Ⅱ)有空轨道。因此，MEB与CTMAB及Cu(Ⅱ)之间存在竞争反应。可能反应为：MEB先与CTMAB以静电引力作用生成带负电荷的缔合颗粒，再与Cu(Ⅱ)作用生成三元复合物；或MEB先与Cu(Ⅱ)以静电作用生成带负电荷的缔合颗粒或发生配位反应生成络阴离子，进而与CTMAB结合生成三元复合物。无论以哪种方式结合，生成的三元复合物均使体系的RLS发生猝灭作用。

2.2 反应条件的选择

2.2.1pH值考察了室温条件下Tris-HCl缓冲溶液的pH对Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB体系|ΔIRLS|的影响(图2)。结果表明，适宜pH为5.0～6.0，此范围内体系|ΔIRLS|较大，灵敏度较高；此范围外，体系的灵敏度均有不同程度的降低。故实验选用pH=5.50的Tris-HCl缓冲溶液。适宜用量为1.0 mL。

2.2.2MEB溶液的浓度考察了室温条件下MEB溶液浓度对Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB体系|ΔIRLS|的影响(图3)。结果表明，MEB的适宜浓度范围为2.5×10-5～3.8×10-5mol/L，此范围内体系|ΔIRLS|较大，灵敏度较高；而此范围外体系|ΔIRLS|均有不同程度的降低，原因是当MEB浓度小于2.5×10-5mol/L时，因反应不完全而使体系的|ΔIRLS|减弱，当MEB浓度>3.5×10-5mol/L时，因MEB自身的聚集作用使散射强度减弱，从而使体系的|ΔIRLS|降低。实验用1.0×10-4mol/L MEB溶液3.5 mL。

2.2.3表面活性剂考察了室温条件下乳化剂OP、Triton X-100、Tween-20、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、CTMAB及溴代十六烷基吡啶等对Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB体系|ΔIRLS|的影响。结果表明：只有CTMAB增敏效果最好，其|ΔIRLS|最大。故实验用400 mg/L CTMAB作增敏剂，适宜用量为0.30 mL。

2.2.4试剂加入顺序考察了室温条件下各试剂在不同加入顺序时对Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB体系|ΔIRLS| 的影响。结果表明：按Cu(Ⅱ)、Tris-HCl、MEB、CTMAB顺序加入，体系|ΔIRLS|相对较大，灵敏度较高，故实验按此顺序加入各试剂。

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

图3 MEB溶液浓度对|ΔIRLS|的影响Fig.3 Effect of methyl blue concentration on |ΔIRLS|

2.2.5反应时间及稳定性考察了室温条件下反应时间对Cu(Ⅱ)-MEB-CTMAB体系|ΔIRLS|的影响。结果表明：10 min内反应即可完全，之后随着时间的增加，体系|ΔIRLS|基本处于同一平台上，稳定时间至少约2 h。故实验选在10 min后测定。

2.3 标准曲线

按实验方法配制Cu(Ⅱ)标准系列溶液并扫描RLS光谱。作ΔIRLS-c标准曲线。方法的一元线性回归方程为：ΔIRLS=15.35-9120c(mg/L)，相关系数r=-0.9986，线性范围为0.007～0.13 mg/L，检出限为0.0058 mg/L，定量限为0.069 mg/100g。

2.4 共存物质的影响

2.5 样品分析

取1.2节中的待测样液1#～3#各0.50 mL，4#1.0 mL分别置于10 mL比色管中，按实验方法操作，并扫描RLS光谱，各平行测定6份。再由回归方程求得待测液及原始样品中Cu(Ⅱ)的含量，并与原子吸收法(AAS)(GB/T 5009.13-2003)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=6)

3 结论

本法测定奶制品中铜有高的灵敏度和良好的选择性，准确度和精密度能满足痕量分析要求。操作简便，试剂价廉易得，分析成本低，用普通荧光光度计即可完成检测工作，测定结果与国标法基本一致。方法可用于系列奶制品中铜的测定。