胡曉榮，劉健，周莉

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610059）

紫甘藍(lán)花青素分光光度法同時(shí)測(cè)定微量鋁和鐵

胡曉榮，劉健，周莉

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610059）

在pH 4.7的醋酸-醋酸鈉緩沖體系中，自紫甘藍(lán)中提取并經(jīng)純化的花青素與Al3+和Fe3+發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，花青素和兩種絡(luò)合物最大吸收波長(zhǎng)分別為550，585，630nm。利用吸光度的加和性，建立起鋁和鐵混合溶液在585nm和630nm波長(zhǎng)處的工作曲線(xiàn)方程組，鋁和鐵含量在0.1～1.0 mg/25m L范圍內(nèi)與吸光度呈良好的線(xiàn)性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)大于0.995，絡(luò)合物摩爾吸光系數(shù)大于103L·mol-1·cm-1。方法定量檢出限鋁為47.71μg/25mL、鐵為26.12μg/25mL。方法應(yīng)用于國(guó)家土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品（GBW07408）的測(cè)定獲得準(zhǔn)確結(jié)果，土壤樣品加標(biāo)回收率鋁在96.1%～108.0%之間、鐵在95.4%～108.1%之間，土壤樣品測(cè)定精密度符合光度法要求。該方法干擾離子較少、顯色時(shí)間短、絡(luò)合物穩(wěn)定，可用于低常量和微量鋁和鐵的同時(shí)測(cè)定。

分光光度法；花青素；鋁；鐵

0 引言

花青素（anthocyanin）屬于酚類(lèi)化合物中的類(lèi)黃酮類(lèi)，是一種植物色素，廣泛存在于多種蔬菜水果中?；ㄇ嗨鼐哂锌寡趸?、抗衰老、預(yù)防癌癥、降低心血管疾病發(fā)生率等功效，目前對(duì)花青素的研究主要集中在它的生理活性及其應(yīng)用上[1]，對(duì)其光譜性質(zhì)在分析化學(xué)中的應(yīng)用研究報(bào)道較少。相對(duì)于其他來(lái)源的花青素，紫甘藍(lán)花青素?zé)岱€(wěn)定性好，在廣泛pH范圍內(nèi)具有顏色，在pH 3～7范圍內(nèi)對(duì)光降解不敏銳[2]。紫甘藍(lán)花青素基本結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]，其中鄰位羥基能與高價(jià)金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成有色絡(luò)合物，實(shí)驗(yàn)顯示花青素與Fe3+和Al3+形成的絡(luò)合物顏色不同于花青素本身，并且兩種絡(luò)合物之間顏色也有顯著差異。據(jù)此，本文研究了自紫甘藍(lán)中提取并經(jīng)純化后的花青素與Al3+和Fe3+反應(yīng)前后吸收光譜的變化，建立起一種同時(shí)測(cè)定微量鐵和鋁的分光光度新方法。

圖1 花青素的基本結(jié)構(gòu)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

WFZ-2000型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（尤尼柯上海儀器有限公司）；RE-52CS型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀。

1mg·mL-1Al3+、Fe3+標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別用無(wú)水AlCl3和鐵銨礬以0.1mol·L-1HAc-NaAc緩沖溶液為介質(zhì)配制；1.0mol·L-1HAc-NaAc緩沖溶液；3.5 g·L-1CTMAB溶液；土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品（GBW07408，鋁含量6.31±0.12%；鐵含量4.08±0.07%）；XAD-2大孔吸附樹(shù)脂（北京北實(shí)縱橫科技發(fā)展有限公司）；硝酸、氫氟酸、高氯酸。以上試劑硝酸為優(yōu)級(jí)純，其他均為分析純，水為二次去離子水。

1.2 花青素的提取與純化

稱(chēng)取4.8g 50℃烘干的紫甘藍(lán)葉片于250mL廣口瓶中，加入200mL 10%（V∶V）的乙醇溶液于50℃水浴中提取2h，重復(fù)兩次。提取液在50℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮到50mL左右。濃縮液通過(guò)XAD-2大孔吸附樹(shù)脂柱，用去離子水洗去水溶性雜質(zhì)后用50%乙醇（V∶V）洗脫花青素，洗脫液50℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至40mL左右，去離子水定容到50mL得花青素溶液。

1.3 工作曲線(xiàn)的繪制

在25mL容量瓶中分別加入鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，使鋁的含量為0.10，0.20，0.40，0.60，0.80和1.00mg，依次加入3mL HAc-NaAc緩沖溶液、4mL花青素溶液，50℃水浴加熱5min后以試劑空白為參比測(cè)定溶液吸光度，繪制工作曲線(xiàn)。同法繪制鐵的工作曲線(xiàn)。

1.4 土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品中鐵和鋁的測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.5 g土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品于300m L聚四氟乙烯燒杯中，加入6mL濃HNO3，放置1h后加入2mL氫氟酸，浸泡12h后在電熱板上加熱消解，溫度控制在200℃左右。當(dāng)溶液蒸發(fā)至2～3m L時(shí)，加入6mL HNO3∶HClO4（V∶V=4∶1），繼續(xù)加熱蒸發(fā)至溶液呈黃色粘稠狀時(shí)取下冷卻，用1%HNO3溶解定容至50mL容量瓶中。取一定體積的土壤消解液經(jīng)顯色后，以試劑空白為參比測(cè)定吸光度值，從工作曲線(xiàn)上計(jì)算溶液的濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸度的選擇

實(shí)驗(yàn)顯示花青素溶液在pH 3～11下呈紫色，該酸度范圍內(nèi)535 nm波長(zhǎng)下的吸光度變化很小。對(duì)不同緩沖溶液中花青素與Al3+和Fe3+的絡(luò)合物形成情況進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示在pH 4.7的HAc-NaAc緩沖溶液中，這兩種金屬離子與花青素形成的絡(luò)合物穩(wěn)定且吸光度最大。

2.2 花青素和絡(luò)合物的吸收光譜

在pH 4.7 0.1mol·L-1的醋酸緩沖溶液中，分別對(duì)花青素、花青素-Al3+絡(luò)合物、花青素-Fe3+絡(luò)合物的吸收光譜進(jìn)行了測(cè)定，最大吸收波長(zhǎng)分別為550，585，630nm，吸收曲線(xiàn)見(jiàn)圖2?；ㄇ嗨嘏c兩種絡(luò)合物之間的最大吸收波長(zhǎng)之差分別達(dá)到35，80，45nm，能夠滿(mǎn)足兩組分共同測(cè)定的要求。

圖2 花青素和花青素-Al3+、Fe3+絡(luò)合物的吸收光譜

2.3 緩沖溶液用量的選擇

按照1.3的顯色方法，分別用0.2mg/25mL鋁和鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，考察1～8mL 1.0mol·L-1醋酸緩沖溶液用量對(duì)絡(luò)合物吸光度的影響，結(jié)果如圖3所示。隨著緩沖溶液用量增加，花青素-Al3+的吸光度一直上升并趨于穩(wěn)定；但當(dāng)用量超過(guò)3mL后，花青素-Fe3+絡(luò)合物吸光度下降，綜合考慮選擇用量為3mL。

圖3 吸光度隨緩沖溶液用量的變化

2.4 表面活性劑的選擇

分別考察了CTMAB、CPB、TritonX-100等3種不同類(lèi)型的表面活性劑對(duì)體系的增敏作用。CTMAB可使花青素-Fe3+絡(luò)合物吸光度增加0.2，但降低花青素-Al3+絡(luò)合物吸光度值。其他兩種表面活性劑對(duì)體系沒(méi)有明顯作用，綜合考慮選擇顯色體系中不加入表面活性劑。

2.5 花青素用量的選擇

按照1.3的顯色方法，分別用0.4mg/25m L鋁和鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，考查1～10mL花青素用量對(duì)兩種絡(luò)合物形成的影響，結(jié)果如圖4所示。隨著花青素用量的增加，花青素-Fe3+的吸光度一直增加并于7mL后趨于穩(wěn)定，但當(dāng)用量超過(guò)4mL后花青素-Al3+的吸光度開(kāi)始下降。Al3+與花青素顯色靈敏度低于Fe3+，出于同時(shí)測(cè)定中Al3+顯色靈敏度的需要選擇花青素的用量為4mL。

2.6 絡(luò)合物的穩(wěn)定時(shí)間

分別研究了室溫（15℃）和水浴加熱（50℃）下花青素-Al3+，花青素-Fe3+的吸光度變化。結(jié)果顯示，室溫下花青素加入后立即顯色，5～20min內(nèi)吸光度逐漸升高，20～55min內(nèi)吸光度穩(wěn)定。50℃水浴加熱5min后顯色反應(yīng)就已完成，5～60min內(nèi)溶液吸光度穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)選擇50℃水浴加熱5min后進(jìn)行測(cè)定。

圖4 吸光度隨花青素用量的變化

2.7 共存離子的影響

對(duì)于0.5mg/25mL的Al3+標(biāo)準(zhǔn)溶液，當(dāng)測(cè)量誤差在±5%以?xún)?nèi)，1 000倍的Na+（3.33%）、K+（4.56%），100倍的Cd2+（-2.44%），50倍的Ca2+（1.75%），25倍的Mg2+（-1.77%）、Ag+（3.23%）、Mn2+（4.17%）、Pb2+（2.11%）、Li+（-1.37%），10倍的Hg2+（3.45%）、Cr3+（1.07%）、Fe2+（3.46%），5倍的Zn2+（2.12%）、Ni2+（-1.17%）、Ba2+（2.89%）對(duì)測(cè)定不產(chǎn)生干擾；1倍的Cu2+、Sn2+對(duì)測(cè)定產(chǎn)生干擾。

對(duì)于0.5mg/25mL的Fe3+標(biāo)準(zhǔn)溶液，當(dāng)測(cè)量誤差在±5%以?xún)?nèi)，1000倍的Na+（4.46%），500倍的K+（-4.34%），100倍的Cd2+（1.84%），50倍的Ca2+（4.68%），25倍的Mg2+（2.81%）、Ag+（3.99%）、Mn2+（2.31%）、Pb2+（1.95%）、Li+（2.21%），10倍的Hg2+（4.36%）、Cr3+（-0.92%）、Fe2+（3.45%），5倍的Zn2+（1.46%）、Ni2+（-2.46%）、Ba2+（3.56%）對(duì)測(cè)定不產(chǎn)生干擾；1倍的Cu2+、Sn2+對(duì)測(cè)定產(chǎn)生干擾。

2.8 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)、精密度、準(zhǔn)確度和檢出限

鋁和鐵在波長(zhǎng)585nm和630nm下的工作曲線(xiàn)：

由朗伯比爾定律的加和性可得混合離子溶液分別在585nm和630 nm波長(zhǎng)下的工作曲線(xiàn)：

A630=0.1307cAl+0.730 0cFe

實(shí)驗(yàn)表明Al3+和Fe3+含量都在0.1～1.0mg/25mL時(shí)呈良好的線(xiàn)性關(guān)系，根據(jù)曲線(xiàn)斜率求得絡(luò)合物的摩爾吸光系數(shù)為

分別取土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品消解液0.5mL至12只25mL容量瓶中，顯色并測(cè)定溶液吸光度。12個(gè)溶液吸光度值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD585=0.57%，RSD630= 0.91%符合光度法對(duì)測(cè)試精密度的要求。

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.5g土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品3份進(jìn)行消解，定容到25mL容量瓶中。每份樣品再各取1mL兩份于25mL容量瓶中，顯色并測(cè)定吸光度，計(jì)算鋁和鐵的含量，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

經(jīng)t檢驗(yàn)，鋁和鐵含量的測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值一致（P＜0.01），表明本方法沒(méi)有明顯的系統(tǒng)誤差，用于土壤這樣的復(fù)雜樣品測(cè)定可獲得準(zhǔn)確結(jié)果。

準(zhǔn)確稱(chēng)取3份0.25g和3份0.15g的土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品，在其中加入適量鋁和鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液消解進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，測(cè)得加標(biāo)回收率見(jiàn)表2。鋁和鐵的回收率分別在96.1%～108.0%和95.4%～108.1%之間。

表2 樣品中鋁和鐵的加標(biāo)回收率

在13只25mL比色管中加入3mL醋酸緩沖溶液、3mL花青素溶液，去離子水定容，50℃水浴加熱5min后以第1個(gè)溶液作參比分別測(cè)量585nm和630 nm處的吸光度，吸光度值標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為S585=2.61×10-3，S630=2.53×10-3，以3倍吸光度標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)濃度作為定性檢出下限為：DAl=14.3μg/25mL；DFe=7.84μg/25mL，10倍吸光度標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)濃度作為定量檢出下限為：DAl=47.71μg/25mL；DFe=26.12μg/25mL。

3 結(jié)束語(yǔ)

巖石、土壤、植物等樣品中的鐵和鋁一般都同時(shí)存在，建立同時(shí)測(cè)定鐵和鋁的分光光度法可大大節(jié)約試劑和測(cè)試時(shí)間，降低分析成本。以偶氮類(lèi)[4]、熒光酮類(lèi)[5-7]和三苯甲烷類(lèi)染料鉻天青S[8-9]顯色劑雙波長(zhǎng)法或化學(xué)計(jì)量學(xué)計(jì)算方法建立起來(lái)的同時(shí)測(cè)定鋁和鐵的方法有很高的靈敏度，摩爾吸光系數(shù)在104～105L·mol-1·cm-1之間。本文中的紫甘藍(lán)花青素顯色劑結(jié)構(gòu)中缺乏吸電子基團(tuán)，羥基酸性較弱絡(luò)合能力不強(qiáng)，從而與鋁和鐵反應(yīng)顯色的靈敏度不高。但是與其他人工合成顯色劑相比，花青素顯色時(shí)間短，絡(luò)合物穩(wěn)定，選擇性較好，干擾離子的種類(lèi)較少，面對(duì)土壤這樣復(fù)雜基體樣品中鋁和鐵的同時(shí)測(cè)定不需掩蔽干擾離子，采用簡(jiǎn)單的線(xiàn)性方程組求解即可獲得準(zhǔn)確結(jié)果。另外花青素來(lái)源于天然植物，以此為顯色劑建立的測(cè)定方法對(duì)環(huán)境友好、綠色環(huán)保。該方法可用于低常量和微量含鋁和鐵試樣的測(cè)定。

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Simultaneous spectrophotometric determ ination of trace alum inum and iron by using anthocyanin extracted from red cabbages

HU Xiao-rong，LIU Jian，ZHOU Li
（College of Material and Chemistry&Chemical Engineering，Chendu University of Technology，Chengdu 610059，China）

In the pH 4.7 acetic acid sodium buffer system，Al3+&Fe3+and anthocyanins which extracted from the red cabbage were reacted to form stable complexes.A new method was created to simultaneously determine Al and Fe with the absorbance of the complexes at the maximal absorption wavelength，i.e.，550 nm，585 nm and 630 nm.There was well linear relationship between the absorbance and the Al&Fe concentration in the range of 0.1～1.0 mg/25 mL，correlation coefficient was more than 0.995.The molar absorption coefficient of complex exceeded 103L·mol-1·cm-1.The limit of quantification was 47.71μg/25mL for Al and 26.12μg/25mL for Fe respectively.The analytical procedure was critically evaluated by analyzing certified soil reference materials（GBW07408）and determining the recovery of Al and Fe in the materials. Excellent agreement between the experimental values and the certified concentrations was obtained，and the optimum recoveries of 96.1%～108.0%and 95.4%～108.1%were obtained for Al and Fe respectively through adding the standard solution in the digestion solution of the soil reference materials.The precision of replicate measurements could meet the request of spectrophotometric determination.Because of less interference ions，short colored time，stable complexes，this method can be used for the quantitative determination of trace amounts and low levels of aluminum and iron simultaneously.

spectrophotometry；anthocyanins；aluminum；ferrum

O625.31；O657.32；O614.81+1；O614.3+1

A

1674-5124（2013）03-0038-04

2012-11-12；

：2013-01-06

四川省教育廳重點(diǎn)資助項(xiàng)目（082A101）

胡曉榮（1965-），女，四川西昌市人，副教授，主要從事環(huán)境分析化學(xué)研究。