恒波長同步熒光猝滅法測定啤酒中草酸

李 嵐, 郝洪慶

(嘉應學院 化學與環境學院, 梅州 514015)

恒波長同步熒光猝滅法測定啤酒中草酸

李 嵐, 郝洪慶

(嘉應學院 化學與環境學院, 梅州 514015)

啤酒中的草酸主要來自麥芽,麥芽中的草酸含量因大麥不同、制麥工藝不同也各不相同。草酸是一種非揮發性有機酸,少量的草酸賦予啤酒口感爽口,但草酸含量過高容易使啤酒形成非生物性渾濁,且影響人體健康,鑒于此,較先進的企業控制啤酒中草酸的質量濃度不高于20 mg·L-1[1],因此能方便、快捷、準確地測定啤酒中草酸的含量對啤酒生產廠家有十分重要的意義。

草酸的測定方法有很多,但各有利弊。光度法重復性較好,檢出范圍較寬,但靈敏度不高[2-5];熒光法靈敏度高,但重復性、選擇性相對較差[6-8];反相高效液相色譜法靈敏度較高,但檢測成本較高,不易推廣使用,且分離過程中極易受硝酸、硫酸等無機酸的干擾[9]。同步熒光法靈敏度高,選擇性好且操作簡便,費用較低[10],但用于測定草酸尚未見報道。本工作發現在硫酸介質中,草酸對重鉻酸鉀氧化羅丹明B具有催化作用[6,11],且草酸的質量濃度與體系同步熒光強度猝滅程度有關,據此,建立了測定痕量草酸的新方法,用于直接測定啤酒中的草酸。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

PE LS-55熒光分光光度計;AL 104型電子分析天平;888型攪拌機;Z2型水浴鍋。

草酸標準儲備溶液:1.0 g·L-1,使用時稀釋至50 mg·L-1。

硫酸溶液:0.5 mol·L-1。

重鉻酸鉀溶液:2.5×10-3mol·L-1。

羅丹明B溶液:5×10-5mol·L-1。

尿素溶液:5 mol·L-1。

所用試劑均為分析純,試驗用水為去離子水。

1.2 試驗方法

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重鉻酸鉀溶液2.00 mL,5×10-5mol·L-1羅丹明B溶液2.00 mL,再加入適量的草酸標準溶液,加水稀釋至刻度,搖勻。置于50 ℃恒溫水浴中反應10 min,取出后迅速加入5 mol·L-1尿素溶液2.00 mL終止反應[10],搖勻冷卻至室溫。以波長差(Δλ)為25 nm測定溶液的同步熒光強度(F),在相同條件下測定空白試劑(F0),計算ΔF(F0-F)。

2 結果與討論

2.1 同步熒光光譜

羅丹明B屬三苯甲烷堿性染料,能發出很強的熒光,其熒光光譜見圖1。

1-激發光譜;2-發射光譜;3-同步熒光光譜圖1 羅丹明B的熒光光譜Fig. 1 Fluorescence spectra of rodamin B

由圖1可知:羅丹明B的激發波長為550 nm,發射波長為575 nm,Stokes位移較小為25 nm,故雜散光會對其產生影響。采用同步熒光分析法,固定波長同步掃描后,其譜帶明顯簡化,這樣可減少因雜散光的影響而帶來的誤差。

不同酸性介質中羅丹明B的同步熒光猝滅光譜見圖2。

1-羅丹明B+H2SO4;2-羅丹明B+H2SO4+H2C2O4;3-羅丹明B+H2SO4+K2Cr2O7;4-羅丹明B+H2SO4+K2Cr2O7+H2C2O4圖2 不同酸性介質中羅丹明B的同步熒光猝滅光譜Fig. 2 Synchronous fluorescent quenching spectra of rodamin B with different acid mediums

由圖2可知:在酸性介質中,羅丹明B被強氧化劑重鉻酸鉀氧化后,分子結構遭到破壞,熒光猝滅,但這個氧化還原反應速率較慢(曲線3);在酸性介質中,有草酸存在時,對羅丹明B的熒光幾乎不影響(曲線2),但可以使重鉻酸鉀氧化羅丹明B的速率加快,使羅丹明B熒光猝滅增大(曲線4);草酸的加入不影響最佳同步熒光波長(554 nm),僅使同步熒光強度降低。

2.2 Δλ的選擇

同步熒光測定中,光譜性質與物質本性有關,Δλ的選擇是方法的關鍵。試驗考察了Δλ分別為10,15,20,25,30 nm時對同步熒光光譜的影響,結果見圖3。

圖3 不同Δλ時的同步熒光強度Fig. 3 Synchronous fluorescence intensity with different Δλ

由圖3可知:當Δλ為25 nm時,得到的熒光信號最強、半寬峰最窄的單峰同步熒光光譜。試驗選擇Δλ為25 nm。

2.3 硫酸溶液用量的選擇

試驗考察了0.5 mol·L-1硫酸溶液的用量依次為0.50,1.00,1.50,2.00,2.50 mL時對測定的影響,結果見表1。

表1 硫酸溶液用量對同步熒光強度的影響Tab. 1 Effect of amount of sulfuric acid solution on synchronous fluorescence intensity

由表1可知:隨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,反應速率太快,不易控制,而且硫酸溶液用量大于1.50 mL時,得到的同步熒光光譜會出現兩個同步熒光峰。試驗選擇0.5 mol·L-1硫酸溶液的用量為1.00 mL。

2.4 羅丹明B溶液用量的選擇

試驗考察了5×10-5mol·L-1羅丹明B溶液的用量依次為0.50,1.00,1.50,2.00,2.50,3.00 mL時對測定的影響。結果表明:羅丹明B溶液的用量為0.50 mL時,同步熒光波長紅移至578 nm;羅丹明B溶液的用量為1.00,1.50 mL時,同步熒光光譜有兩個熒光峰;羅丹明B溶液的用量為2.00 mL時,ΔF最大;隨羅丹明B溶液用量的進一步增加,ΔF減小。試驗選擇5×10-5mol·L-1羅丹明B溶液的用量為2.00 mL。

2.5 重鉻酸鉀溶液用量的選擇

試驗考察了2.5×10-3mol·L-1重鉻酸鉀溶液的用量依次為0.50,1.00,1.50,2.00,2.50 mL時對測定的影響。結果表明:隨重鉻酸鉀溶液用量的增大,ΔF先增加,后下降。當重鉻酸鉀溶液的用量為2.00 mL時,試驗效果最佳。試驗選擇2.5×10-3mol·L-1重鉻酸鉀溶液的用量為2.00 mL。

2.6 尿素溶液用量的選擇

按試驗方法考察了5 mol·L-1尿素溶液1.00,2.00 mL對試驗穩定性(1 h)的影響。結果表明:尿素溶液的用量為2.00 mL時,穩定性最好,因而選擇5 mol·L-1尿素溶液用量為2.00 mL,并在1 h內完成試驗。為提高測定結果的準確度,還要冷卻至室溫再測定。

2.7 反應溫度和反應時間的選擇

試驗考察了反應溫度和反應時間對體系熒光強度的影響。結果表明:隨反應溫度的升高,ΔF先升高后下降,試驗選擇反應溫度為50 ℃。由試驗結果還可知:隨反應時間的增加,ΔF先升高后下降;反應時間為10 min時,體系穩定且熒光強度較大。試驗選擇反應時間為10 min。

2.8 干擾試驗

試驗考察了多種離子和有機化合物對0.25 mg·L-1草酸標準溶液的影響。結果表明:當相對誤差在±5%以內時,50 mg的K+、NO3-,10 mg的Na+、SO42-,5 mg的酒石酸氫鉀、Ca2+,1 mg的Mg2+、葡萄糖不干擾測定。

2.9 標準曲線和檢出限

按試驗方法改變草酸標準溶液的加入量,測定草酸的質量濃度與ΔF的關系。結果表明:草酸的質量濃度在0.016～0.48 mg·L-1內與ΔF呈線性關系,其線性回歸方程為ΔF=198.4c+65.43,相關系數為0.999 9。

取10份空白溶液進行平行測定,方法的檢出限(3s/k)為0.010 5 mg·L-1。

2.10 樣品分析

取3種啤酒樣品各1.00 mL,按試驗方法進行測定,并進行加標回收試驗,結果見表2。

表2 樣品分析結果(n=6)Tab. 2 Analytical results of samples

本工作采用恒波長同步熒光猝滅法測定啤酒中草酸的含量,該方法重現性和選擇性較高、簡單快捷,能得到滿意的結果。

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10.11973/lhjy-hx201703017

2016-03-11

廣東省自然科學基金(2015A030313640);廣東省高 等學校優秀青年教師培養計劃項目(Yq2013151)

O657.3

B

1001-4020(2017)03-0330-03