石文兵,賀 薇,萬幫江(無機特種功能材料重慶市重點實驗室,長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,重慶 408100)
納米二氧化鈰化學(xué)發(fā)光抑制法測定抗壞血酸
石文兵,賀 薇*,萬幫江
(無機特種功能材料重慶市重點實驗室,長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,重慶408100)
基于抗壞血酸抑制納米二氧化鈰-過氧化氫-魯米諾體系的發(fā)光強度,建立流動注射化學(xué)發(fā)光法檢測抗壞血酸含量的新方法??疾爝^氧化氫濃度、魯米諾濃度、納米二氧化鈰質(zhì)量濃度及pH值對發(fā)光強度的影響。在優(yōu)化條件下,該方法對抗壞血酸檢測的線性范圍為0.001~1.0 μg/mL(r = 0.983 1),檢出限(3 σ)為0.2 ng/mL,對質(zhì)量濃度為1.0 μg/mL的抗壞血酸進行11 次平行測定,相對標準偏差為2.9%。該法已成功用于水果、果汁和蔬菜中抗壞血酸含量的測定,方法簡單、靈敏、快速。
納米二氧化鈰;化學(xué)發(fā)光;抗壞血酸
抗壞血酸又稱VC,是一種水溶性好的抗氧化劑,在氧化還原代謝反應(yīng)中起調(diào)節(jié)作用,缺乏抗壞血酸可引起壞血病。然而,抗壞血酸不能在體內(nèi)合成,人體的攝入主要來源于蔬菜、水果等天然食物中。其主要作用是提高免疫力,預(yù)防癌癥、心臟病、中風,保護牙齒和牙齦等。另外,堅持按時服用抗壞血酸還可以使皮膚黑色素沉著減少,從而減少黑斑和雀斑,使皮膚白皙。鑒于其獨特的營養(yǎng)和臨床價值,準確測定食物中抗壞血酸的含量,對飲食健康、醫(yī)療保健都具有十分重要意義。
抗壞血酸常見的分析方法有高錳酸鉀滴定法[1]、分光光度法[2-3]、比色法[4]、高效液相色譜法[5-8]、電化學(xué)法[9-14]、磷光法[15]、熒光法[16-17]、表面增強共振拉曼散射法[18]等?;瘜W(xué)發(fā)光具有線性范圍寬、靈敏度高、儀器設(shè)備簡單的優(yōu)點,已被用于抗壞血酸的分析。如基于抗壞血酸抑制魯米諾-高碘酸-過氧化氫體系的化學(xué)發(fā)光構(gòu)建了其化學(xué)發(fā)光分析法,該法具有較高的靈敏度(60 nmol/L)[19];Chen Hui等[20]利用抗壞血酸抑制過氧化氫-碳酸氫鈉-CdSe/CdS量子點發(fā)光體系,建立了分析抗壞血酸的分析方法(靈敏度為67 nmol/L)。本實驗合成了一種水溶性好的納米二氧化鈰,將其催化魯米諾-過氧化氫發(fā)光體系,基于抗壞血酸抑制該發(fā)光體系的發(fā)光強度,構(gòu)建了一種化學(xué)發(fā)光分析法。與其他化學(xué)發(fā)光分析法相比,該法具有更高的靈敏度,已成功應(yīng)用于水果、果汁和蔬菜中抗壞血酸含量的測定。
1.1材料與試劑
市購棗子、獼猴桃、芒果、青椒、苦瓜、土豆、水溶C100、農(nóng)夫果園和統(tǒng)一鮮橙多,以上水果和蔬菜洗凈晾干備用。
過氧化氫重慶東方試劑廠;濃氨水(30%)重慶川東化工集團有限公司試劑廠;六水硝酸鈰、抗壞血酸國藥集團化學(xué)試劑有限公司;聚丙烯酸上海晶純試劑有限公司;其他試劑均為分析純,實驗用水為去離子超純水。
魯米諾儲備液:準確稱取1.772 g魯米諾,用1.0 mmol/L NaOH溶液溶解并定容至1 000 mL即得0.01 mol/L儲備液,需用時取適量用0.8 mol/L碳酸鈉溶液稀釋至所需質(zhì)量濃度;納米二氧化鈰:其合成和表征參照前期工作[21],需用時用水稀釋2.633 g/L納米二氧化鈰儲備液至所需質(zhì)量濃度。
1.2儀器與設(shè)備
RFL-1型超微弱化學(xué)發(fā)光/生物發(fā)光檢測儀西安瑞邁電子科技有限公司;TPS-7000型ICP單道掃描光譜儀北京普析通用儀器有限責任公司;Tensor27型紅外光譜儀德國Bruker公司;85-2型恒溫磁力攪拌器上海司樂儀器有限公司;800型離心沉淀器上海手術(shù)機械廠;蠕動泵(15 r/min,30 r/min)上海儀表電機廠;流動注射系統(tǒng)各部件利用聚四氟乙烯管(內(nèi)徑0.8 mm)連接;ICP單道掃描光譜儀;紅外光譜儀。
1.3方法
1.3.1流路
圖 1 流動注射測定抗壞血酸實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the fl ow injection system for the determination of AA
按圖1所示流路,在蠕動泵的推動下,載流(超純水)將樣品(抗壞血酸)帶到T(三通)點與魯米諾-過氧化氫-納米二氧化鈰溶液匯合,混合后進入反應(yīng)盤管F抑制魯米諾-過氧化氫-納米二氧化鈰發(fā)光體系的化學(xué)發(fā)光強度,實驗參數(shù)由RFL-1型超微弱化學(xué)發(fā)光/生物發(fā)光檢測儀設(shè)定。
1.3.2標準曲線的繪制
準確移取一定量的抗壞血酸標準儲備液100 μg/mL于一系列5 mL比色管中,用去離子水稀釋至刻度配制成0.001~1.0 μg/mL的系列抗壞血酸標準溶液。按圖1裝好流路,開啟蠕動,待基線穩(wěn)定后測定,以峰高定量。
圖 2 納米二氧化鈰對魯米諾-過氧化氫發(fā)光體系的影響Fig.2 Effect of nano-ceria on the chemiluminescence intensity of luminol-H2O2system
2.1納米二氧化鈰對過氧化氫-魯米諾發(fā)光體系的增敏作用考察加入納米二氧化鈰前后過氧化氫-魯米諾發(fā)光體系的發(fā)光強度變化,結(jié)果如圖2所示,加入納米二氧化鈰之后,魯米諾-過氧化氫體系的發(fā)光強度得到極大增強(圖2中線1)。為驗證此增敏效果非游離的Ce3+
所致,用0.5 mol/L的鹽酸使納米二氧化鈰沉淀下來,于
15 000 r/min高速離心后,離心液用Na2CO3調(diào)至中性,將其作為催化劑,在相同的實驗條件(與未處理的納米二氧化鈰溶液相同)下測定其催化性能。結(jié)果表明(圖2中線2),該濾液的催化效果與納米二氧化鈰相比可以忽略不記,說明催化效果來源于納米二氧化鈰。
2.2抗壞血酸對納米二氧化鈰-過氧化氫-魯米諾發(fā)光體系的抑制作用
圖 3 抗壞血酸對納米二氧化鈰-過氧化氫-魯米諾發(fā)光體系的影響Fig.3 Effect of AA concentration on the chemiluminescence intensity of nano-ceria-luminol-H2O2system
為考察抗壞血酸對該發(fā)光體系的影響,選擇3 個抗壞血酸質(zhì)量濃度0.01、0.1 μg/mL和1.0 μg/mL,實驗結(jié)果(圖3)表明,抗壞血酸能夠有效地抑制該發(fā)光體系,而且隨著抗壞血酸質(zhì)量濃度的增高,化學(xué)發(fā)光強度降低越強,當抗壞血酸質(zhì)量濃度降低到0.01 μg/mL仍有顯著的抑制效果,這使得該法在檢測抗壞血酸時可獲得極高的靈敏度。
2.3其他發(fā)光條件對發(fā)光強度的影響
魯米諾濃度、過氧化氫濃度和納米二氧化鈰質(zhì)量濃度對該體系的影響尤為顯著,詳細考察了以上條件對發(fā)光強度的影響。在魯米諾1.0×10-6~5. 0×10-4mol/L范圍內(nèi),發(fā)光強度隨著魯米諾濃度的增加而增強,當魯米諾濃度達到1.0×10-5mol/L時,發(fā)光強度增加趨勢緩慢,為節(jié)省試劑,在實驗選擇魯米諾的濃度為1.0×10-5mol/L。當過氧化氫濃度小于1.0×10-4mol/L時,發(fā)光強度隨過氧化氫濃度的升高而升高,然而當過氧化氫濃度超過該濃度時化學(xué)發(fā)光信號反而降低,故本實驗選擇過氧化氫最佳濃度為1.0×10-4mol/L。納米二氧化鈰為本實驗的催化劑,其質(zhì)量濃度的大小直接影響著發(fā)光強度的影響??疾炝?.3~1 316.5 μg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)納米二氧化鈰對發(fā)光強度的影響,實驗發(fā)現(xiàn),當其質(zhì)量濃度為132 μg/mL時發(fā)光信號達最大值,故選擇為最佳質(zhì)量濃度。
2.4線性范圍與檢出限
在上述優(yōu)化試驗條件下,在0.001~1.0 μg/mL (0.005 7~5.7 μmol/L)范圍內(nèi)抗壞血酸質(zhì)量濃度與化學(xué)發(fā)光強度呈良好的線性關(guān)系,lgΔI = 0.516lgc+4.029 1 (r = 0.983 1)(n=9)(ΔI為化學(xué)發(fā)光強度;c為抗壞血酸質(zhì)量濃度/(μg/mL);r為相關(guān)系數(shù))。根據(jù)IUPAC的建議算出的檢出限(3σ)為0.2 ng/mL(1.4 nmol/L),對質(zhì)量濃度為1.0 μg/mL的抗壞血酸平行測定11次,相對標準偏差為2.9%。與其他化學(xué)發(fā)光方法相比(表1),本方法具有更寬的線性范圍和更高的靈敏度。
表1 本法與其他化學(xué)發(fā)光法對抗壞血酸的響應(yīng)特性比較TTable 1 Comparison of response to AA between the developed methodand other chemiluminescence methods
2.5干擾實驗結(jié)果
在選定的最佳實驗條件下,對1.0 μg/mL抗壞血酸進行干擾實驗,相對誤差在5.0%以內(nèi),從表2可以看出,常見的無機離子和有機物不干擾其測定,本法對檢測抗壞血酸具有良好的選擇性。2.6實際樣品檢測結(jié)果
表2 干擾實驗結(jié)果Table 2 Results of interference experiments
果汁樣品的分析:選取3 種不同品牌的果汁,準確移取一定體積的原果汁,將其稀釋10 倍后用截留分子質(zhì)量為500 D的超濾管于4 000 r/min條件下超濾,取濾液再稀釋1 000 倍后按標準曲線方法測定,同時與碘滴定法作比較,結(jié)果見表3,兩種測定方法的結(jié)果相當吻合。
表3 樣品測定結(jié)果(±s,n == 33)Table 3 Results of sample analysis± ss, n == 33)
蔬菜和水果樣品的分析:分別選取3 種不同蔬菜和水果,將果蔬樣品洗凈,用紗布拭干其外部所附著的水分。對于水果,先縱切為4~8等分,取其20~30 g為一份,除去不能食用部分,切碎。對于葉菜,沿中脈切分為二分,取其一分切碎。稱取20 g作分析用。將稱取的樣品放研缽中,加5~10 mL去離子水,研磨至呈漿狀。小心無損地移研缽中樣品于100 mL容量瓶中,研缽用去離子水洗凈后,亦倒入量瓶中,并加去離子水至100 mL,充分混合。用清潔干燥二層紗布過濾入干燥的燒杯中,再用截留分子質(zhì)量為500 D的超濾管于4 000 r/min轉(zhuǎn)速下超濾,取濾液稀釋1 000 倍后按標準曲線方法測定,同時與碘滴定法作比較,結(jié)果見表3,兩種測定方法的結(jié)果相當吻合。
本實驗基于抗壞血酸抑制納米二氧化鈰-魯米諾-過氧化氫發(fā)光體系的原理構(gòu)建了抗壞血酸的化學(xué)發(fā)光分析法。該法線性范圍寬、靈敏度高、儀器設(shè)備簡單及操作簡便,可成功用于測定水果、果汁和蔬菜中抗壞血酸,其結(jié)果與標準方法相當吻合。
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Determination of Ascorbic Acid Based on its Inhibition on Nano-Ceria Chemiluminescence
SHI Wenbing, HE Wei*, WANG Bangjiang
(Chongqing Key Laboratory of Inorganic Special Functional Materials, College of Chemistry and Chemical Engineering,Yangtze Normal University, Chongqing408100, China)
A new fl ow injection chemiluminescence (CL) method based on the inhibition of ascorbic acid on nano-ceria-H2O2-luminol CL system has been developed for the determination of ascorbic acid (AA). The effects of concentrations of H2O2, luminol and nano-ceria, and pH on CL intensity were investigated respectively. Under the optimum conditions, the linear range of the method was 0.001-1.0 μg/mL (r = 0.983 1), and the detection limit (3σ) was 0.2 ng/mL. The relative standard deviation (RSD) for 11 repetitive determinations of 1.0 μg/mL AA was 2.9%. The method is simple, sensitive and fast and has been successfully applied to determine ascorbic acid in fruits, juices and vegetables.
nano-ceria; chemiluminescence; ascorbic acid
O657.39
A
1002-6630(2015)24-0112-04
10.7506/spkx1002-6630-201524019
2015-01-11
國家自然科學(xué)基金面上項目(21275021);重慶市教委科學(xué)研究項目(KJ1401201;KJ1401220);長江師范學(xué)院青年科研人才成長支持計劃項目
石文兵(1976—),男,副教授,博士,主要從事化學(xué)發(fā)光分析研究。E-mail:swb02182001@126.com
賀薇(1983—),女,講師,碩士,主要從事化學(xué)發(fā)光及光散射分析研究。E-mail:heweiyznu@163.com