基于吸光度加和性的仪器分析实验设计

丁明珍, 彭 璟, 马少玲

(南京大学金陵学院 化学与生命科学学院, 江苏 南京 210089)

作为独立学院,我院仪器分析实验课程围绕应用型、创新型人才培养目标,主要使学生掌握现代化大型仪器的原理和使用方法,培养学生严谨的科学作风和良好的实验素养,为学生后续实践应用、科学研究打下牢固的理论和实践基础。而开放性实验的增设是我院仪器分析实验教学的特色[1],开放性实验的选题均为实际样品的分析,如市售饮料中合成色素含量的测定,由于实际样品组成较复杂,干扰多,而光谱本身不具备分离功能,需要先将色素进行分离,然后再进行分别测定,其分析过程繁琐、费时,因此通常采用本身具备分离功能的高效液相色谱[2-6]和薄层色谱[7],或具有高选择性的电化学分析[8-9]等方法进行测定。近年来,由于导数光谱的发展有效避免了干扰,光谱分析方法[10-11]已越来越广泛地应用到食用合成色素的分析检测中。本研究利用吸光度加和性原理,无需分离,可同时测定饮料中日落黄和柠檬黄2种合成食用色素的含量,操作简单、实验成本低、结果准确,并将该方法应用到仪器分析开放性实验教学中,加深学生对以往所学光谱知识的理解和应用,提升创新能力,为培养应用型创新型人才创造良好的教学载体。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器:UV-2401紫外可见分光光度计(日本岛津公司)；Millipore 水纯化系统( 美国Millipore 公司)；超声波仪(昆山超声波仪器厂)；分析天平(精确至0.000 1 g,梅特勒托利多精密仪器有限公司)。

试剂:日落黄标准品(纯度99%,上海嘉汇食品添加剂有限公司)；柠檬黄标准品(纯度99%,上海嘉汇食品添加剂有限公司)；含日落黄与柠檬黄的饮料(购自当地超市)；实验用水均为超纯水。

1.2 标准曲线的绘制

1 mg/mL日落黄和柠檬黄的标准储备液配制:准确称取0.250 0 g日落黄标准品放于250 mL容量瓶,固体溶解后,加水稀释至刻度。同样的方法配制柠檬黄储备液。每次实验前,取上述储备液逐级稀释即可。分别配制浓度为0.002、0.005、0.01、0.02、0.03、0.04 mg/mL的日落黄系列标准溶液,以水为参比,分别在426和481 nm吸收波长下测定其吸光度,绘制不同吸收波长下日落黄吸光度与浓度的标准曲线；同样的方法配制柠檬黄的系列标准溶液,并在相同的实验条件下,绘制不同吸收波长下柠檬黄吸光度与浓度的标准曲线。

1.3 样品的测定

取市售的饮料少许于小烧杯中,超声脱气后,直接移入石英比色皿中,以水为参比,分别在426和481 nm 波长下测定其吸光度。

2 结果与讨论

2.1 日落黄和柠檬黄的紫外-可见光谱图

用UV-2401型紫外可见分光光度计对浓度分别为0.02 mg/mL的日落黄与柠檬黄标准溶液在200～800 nm 波长范围进行紫外可见光谱扫描,结果见图1。从图1可以看出，柠檬黄与日落黄的最大吸收波长分别为426和481 nm。

图1 日落黄与柠檬黄紫外光谱可见扫描图

2.2 日落黄和柠檬黄的吸光系数测定

根据朗伯比尔定律:吸光度在一定浓度范围内与溶质的浓度成线性关系,其直线斜率为吸光系数。即A=KC, 这里K为吸光系数,单位为mL mg-1cm-1。柠檬黄与日落黄的吸光系数可以从二者标准曲线的斜率获得。柠檬黄与日落黄分别在426和481 nm波长下的线性方程见表1。从表1可以看出，日落黄在和柠檬黄均在0.002～0.04 mg/mL浓度范围内与其吸光度呈良好的线性关系,相关系数均大于0.999；同时,由各个回归方程的斜率,可以得到柠檬黄与日落黄的吸光系数,即日落黄在426和481 nm的吸光系数分别为21.617和49.886 mL/mg-1cm-1；柠檬黄在426和481 nm的吸光系数分别为42.596和14.833 mL mg-1cm-1。

表1 柠檬黄与日落黄的吸光系数

2.3 吸光度加和性讨论

(1)

为了验证吸收光度具有加和性,且加和性良好,实验选取日货黄和柠檬黄混合标准液,二者浓度均为0.02 mg/mL,以水为参比,在420～490 nm之间,每间隔10 nm测定混合溶液的吸光度。同样的条件,分别测浓度为0.02 mg/mL日落黄标准溶液与浓度为0.02 mg/mL柠檬黄标准溶液的吸光度,结果见表2。从表2可以看出:相对误差小于2.06%,加和性良好。

表2 日落黄与柠檬黄在不同波长下吸光度的加和性

2.4 精密度实验

精密度好不一定代表方法的准确性好,但准确度好必须要求精密度好。本实验分别测定了含有日落黄和柠檬黄的饮料样品日内及日间精密度。日内精密度是通过一天之内平行测定 6 次饮料样品,计算相对标准偏差；日间精密度是通过连续5天测定饮料样品,计算相对标准偏差。结果表明，日落黄和柠檬黄日内精密度为1.1 %～2.9 %,日间精密度为2.0 %～3.9 %。

2.5 样品的测定

从超市采购含有日落黄和柠檬黄的果汁饮料,按照1.2和1.3的方法测定吸光度,然后由公式(1)计算饮料中日落黄和柠檬黄,结果见表3。结果表明:日落黄含量为0.003 1 mg/mL,柠檬黄含量为0.006 1 mg/mL,均符合国家食品添加剂使用规范[12](国标要求饮料中日落黄和柠檬黄含量均小于0.1g kg-1)。

为了检验本方法测量结果的准确性,将同一份饮料样品采用不同的分析方法进行测定。本文选择与国标高效液相色谱法[6]分析结果进行比较,结果见表3。从表3中可以看出二者测定结果基本一致。虽然光谱不像色谱那样具有分离功能,测定中可能存在干扰成分,但是本文测定波长在426和481 nm,在可见区范围内,干扰很小。

表3 采用本法与高效液相色谱谱法测定结果比较

*:平均值(average)±SD；n=6。

3 结语

设计了紫外可见分光光度法测定人工合成色素日落黄与柠檬黄的含量，本方法具有灵敏度高、操作简单、分析成本低、速度快等优点。将本文设计的方法运用到市售饮料中日落黄与柠檬黄的测定,加深学生对以往所学光谱知识(尤其是吸光度具有加和性)的理解和应用,有利于激发学生的科研兴趣,提高学生的科研技能及创新实践能力。