离子液体增敏分光光度法测定南极磷虾中氟含量

沙鸥，刘华，鲍佳琦，周浩，仝瑞，陈丽，王志，覃干景

（1.江苏海洋大学化学工程学院，江苏连云港222005；2.江苏省海洋资源开发研究院，江苏连云港222005；3.江苏海洋大学海洋生命与水产学院，江苏连云港222005；4.江苏深蓝远洋渔业有限公司，江苏南通226100）

南极磷虾（Euphausia superba），又名大磷虾或南极大磷虾，是一种小型的海洋浮游虾状甲壳类动物。南极磷虾在南极生态系统中处于中心位置，是初级生产者和顶端捕食者之间的桥梁。南极磷虾生物量约为6.5亿吨～10亿吨，是地球上最丰富的动物物种之一[1-2]，也是人类重要的后备蛋白库。尽管南极磷虾富含蛋白质与多种微量元素，有研究发现该类虾中氟含量极为丰富，高氟含量不仅制约了南极磷虾的加工与安全利用，也限制了南极磷虾产业的发展[3-6]，因此研究出一种可以快速高效检测南极磷虾中氟离子含量方法是极具意义。

目前，南极磷虾中氟离子化合物的检测方法主要有氟离子选择电极法[7-8]、茜素分光光度法[9]以及离子色谱法[10]等。分光光度法由于方法简单、操作简便以及灵敏度高被广泛用于牙膏、茶叶以及岩石[11-13]等物质中氟含量测定，而采用离子液体增敏F--Al3+-CAS体系分光光度法测定南极磷虾中氟化物的研究尚未报道。

室温离子液体是指在室温或室温附近温度下由不同阴阳离子任意组合的新型绿色有机溶剂，具有独特的理化性质，被广泛应用于食品药品分析、工业催化合成等领域[14-16]。有文献报道侧链具有长碳链的咪唑类离子液体具有表面活性剂的特性，可作为光度法的增敏剂来使用[17-18]。

本研究采用离子液体增敏分光光度法对南极磷虾中氟含量测定，在pH 4.80的B-R缓冲体系中，Al3+与CAS形成二元络合物，氟离子（F-）的加入对Al3+-CAS二元络合物形成具有竞争性抑制作用，使该体系发生褪色反应，吸光度降低，研究还发现离子液体溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑（[C16MIM]Br）的加入使得上述体系吸光度的改变值增加更加显著，且645 nm波长下的吸光度改变值与氟离子加入量成正比，据此建立测定了离子液体增敏分光光度法，并将该法用于南极磷虾实际样品中氟离子的分析。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

南极磷虾全虾、南极磷虾去壳虾肉：江苏深蓝远洋渔业有限公司；氟化钠、铬天青S：阿拉丁试剂有限公司；无水乙酸钠、二水合柠檬酸钠、高氯酸、乙酸、盐酸、磷酸：纯度85%、硫酸、硼酸、硫酸铝：国药集团化学试剂有限公司；溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑（分析纯）：上海成捷离子液体有限公司；氟标准溶液（5.0 mg/L）：准确称取0.552 7 g氟化钠，溶于二次去离子水中，并用二次去离子水定容至250 mL容量瓶中，配成1 000.0 mg/L的 F-储备液，临用前稀释为 5 mg/L；Al3+溶液（4.0 mg/L）；铬天青 S溶液（5×10-4mol/L）、溴化 1-十六烷基-3-甲基咪唑（1.0 g/L）、B-R缓冲液（pH1.80～7.00）、总离子强度调节缓冲液剂均为分析纯；实验室用水为二次去离子水。

1.2 仪器与设备

紫外-可见分光光度计（TU-1901）：北京普析通用仪器有限责任公司；离子计（PXSJ-216）：上海仪电科学仪器股份有限公司；台式高速离心机（H1850）：湖南湘仪离心机仪器有限公司；超声波清洗剂：宁波立诚仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品的前处理

准确称取一定量南极磷虾全虾与虾肉样品分别置于50 mL聚乙烯塑料管中，各加入30 mL去离子水，在65℃条件下超声辅助浸提45 min，浸提后12 000 r/min离心5 min，取上清液，作为水溶性氟的样品液[19]。

准确称取一定量南极磷虾全虾与虾肉样品分别置于50mL聚乙烯塑料管中，各加10mL盐酸（1∶11，体积比），室温条件下超声辅助浸提30 min，浸提后12 000 r/min离心5 min，取上清液，作为酸溶性氟的样品液[20]。

1.3.2 测定方法

准确移取适量氟离子标准溶液或样品溶液于10 mL比色管中，依次加入1.50 mL Al3+溶液，1.00 mLCAS溶液，1.00 mL[C16MIM]Br溶液以及 2.00 mL pH4.80的B-R缓冲液，用水定容至刻度摇匀，并室温下反应40 min，以相应的试剂空白为参比，在645 nm波长处测定络合物的吸光度A。

2 结果与分析

2.1 吸收曲线

按照试验方法，以各自试剂空白为参比，对不同反应体系在500 nm～700 nm波长范围内进行光谱扫描，结果如图1所示。

图1 吸收光谱Fig.1 Absorption spectrum

向 Al3+CAS（曲线 1）体系中加入 F-后，F-对 Al3+-CAS二元络合物形成具有竞争性抑制作用从而使体系吸光度降低（曲线2）；分别向上述体系中各加入[C16MIM]Br，试验发现曲线3与曲线4吸光度差值大于曲线2与曲线1的吸光度差值。该结果表明具有表面活性剂特性的[C16MIM]Br的加入对于Al3+-CAS二元络合物体系具有增敏作用，并生成新的三元络合体系[18，21]，最大吸收波长发生蓝移，由原来的545 nm蓝移至645 nm，吸光度改变值由0.205增加至0.564，故试验选择645 nm作为本研究体系的测定波长。

2.2 酸度的影响

试验考察了酸度对于体系吸光度的影响。溶液pH值过低，F-易形成氢氟酸使参与反应的有效氟离子浓度减少，溶液pH值过高，Al3+与氢氧根形成氢氧化铝沉淀，故试验选择在pH 2.50～7.00范围内对体系吸光度进行研究，测定结果见图2。

图2 酸度对吸光度的影响Fig.2 Effect of acidity on absorbance

pH值在4.80～5.50时吸光度较大且稳定，且研究发现缓冲液用量对体系吸光度影响可忽略，故研究选择2.00 mL的pH4.80 B-R缓冲液控制体系的酸度。

2.3 Al3+用量的影响

按试验方法项，考察Al3+的用量对体系吸光度的影响，如图3所示。

图3 Al3+用量对吸光度的影响Fig.3 Effect of Al3+dosage on absorbance

在0.30 mL～2.00 mL范围内，随着铝离子用量增加，体系吸光度逐渐增加，铝离子用量在1.50 mL时吸光度最灵敏，此后随着铝离子用量增加，吸光度减少，因此试验选择Al3+的用量为1.50 mL进行后续研究。

2.4 CAS用量的影响

按试验方法项，仅改变CAS的用量，考察CAS用量对体系吸光度的影响，试验结果如图4所示。

图4 CAS用量对吸光度的影响Fig.4 Effect of CAS dosage on absorbance

当CAS的用量在1.00 mL～1.60 mL时吸光度较大且稳定，此后随着CAS用量增加吸光度不断降低。故选择CAS的用量为1.00 mL。

2.5 离子液体的选择与用量的影响

考察了不同碳链长度离子液体（[C12MIM]Br、[C14MIM]Br以及[C16MIM]Br）对体系的增敏效果，离子液体浓度固定为1 g/L，试验结果如图5所示。随着侧链碳链上碳原子数增加，体系吸光度增加，[C16MIM]Br增敏效果最好。

随着[C16MIM]Br用量增加，体系吸光度先增加，而后降低，[C16MIM]Br加入量为1.00 mL时吸光度体系最大，故选择[C16MIM]Br为增敏剂且用量为1.00 mL。试验进一步研究了[C16MIM]Br加入量对体系吸光度的影响，结果如图6所示。

图5 碳链长度对吸光度的影响Fig.5 Effect of carbon chain length on absorbance

2.6 干扰离子影响

图6 [C16MIM]Br用量对吸光度的影响Fig.6 Effect of[C16MIM]Br on absorbance

按试验方法项，对0.50 mg/L的F-标准溶液加入干扰离子进行试验。试验结果表明，对于测定0.50 mg/L的氟离子，以误差在±5%计为不干扰测定。以倍数计算可共存离子允许量：500 倍的 Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、HPO42-；100 倍的 Fe2+、Mn2+、Zn2+，50 倍的酪蛋白、Ni2+、Cr3+；10倍的 Cu2+，Fe3+的干扰以加抗坏血酸还原和邻菲罗啉掩蔽进行消除。

2.7 标准曲线与检出限

准确移取不同量的5.00 mg/L F-标准溶液分别于10 mL的比色管中，按1.3.2项，以试剂空白为参比，测定吸光度，并绘制标准曲线，结果如图7所示。

图7 标准曲线Fig.7 Standard curve

氟离子质量浓度在0.050 mg/L～1.0 mg/L范围内与吸光度成正比，线性回归方程为A645=0.878C（mg/L）+0.052 4，线性相关系数为0.999 2，摩尔吸光系数ε645=1.67×104L/（mol·cm）。按照试验方法，取5.0 mg/L F-标准溶液1 mL进行10次平行测定，求得标准偏差是0.009 6，检出限LOD=3SD/k=0.032 8 mg/L（SD为10次平行测定的标准偏差，k是线性方程的斜率）。

2.8 样品分析

按1.3.1项对样品进行处理，准确移取稀释后的样品溶液，按试验方法项1.3.2进行操作，测得体系吸光度，计算样品含氟量，并进行加标回收试验，测定结果见表1。

表1 回收率测定结果（n=5）Table 1 Result of the recover（n=5）

由表1可知，南极磷虾虾肉水溶性氟与酸溶性氟的含量为31.8、50.7 mg/kg，南极磷虾全虾水溶性氟与酸溶性氟的含量为270.1、1 608.9 mg/kg，与文献报道的南极磷虾氟主要富集在虾壳中一致[6]，回收率在95.8%～106.9%以内，并将测定结果与氟离子选择电极法进行比较见表2，两种方法测定氟含量的相对误差在5%左右。

表2 南极磷全虾、虾肉中氟离子含量Table 2 Fluoride content in Antarctic krill whole shrimp and shrimp meat

3 结论

本文系统地考察了铝离子用量、铬天青S用量、离子液体溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑用量等对测定结果的影响，在此基础上建立了离子液体增敏分光光度法对南极磷虾中氟含量进行测定的新方法。该法加标回收率在95.8%～106.9%以内，并将测定结果与氟离子选择电极法进行了对比，结果表明，该方法适于南极磷虾中氟离子含量的测定。样品含氟量结果表明，本研究南极磷虾样品中虾肉水溶性氟与酸溶性氟的含量为31.78、50.7 mg/kg，南极磷虾全虾水溶性氟与酸溶性氟的含量为270.1、1 608.9 mg/kg，南极磷虾全虾氟含量远高于南极磷虾虾肉氟含量，可以采用脱壳技术降低南极磷虾的氟含量，为南极磷虾的开发利用提供了理论基础。