紫甘蓝花青素分光光度法同时测定微量铝和铁

胡晓荣，刘健，周莉

（成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都 610059）

紫甘蓝花青素分光光度法同时测定微量铝和铁

胡晓荣，刘健，周莉

（成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都 610059）

在pH 4.7的醋酸-醋酸钠缓冲体系中，自紫甘蓝中提取并经纯化的花青素与Al3+和Fe3+发生络合反应，花青素和两种络合物最大吸收波长分别为550，585，630nm。利用吸光度的加和性，建立起铝和铁混合溶液在585nm和630nm波长处的工作曲线方程组，铝和铁含量在0.1～1.0 mg/25m L范围内与吸光度呈良好的线性关系，相关系数大于0.995，络合物摩尔吸光系数大于103L·mol-1·cm-1。方法定量检出限铝为47.71μg/25mL、铁为26.12μg/25mL。方法应用于国家土壤标准样品（GBW07408）的测定获得准确结果，土壤样品加标回收率铝在96.1%～108.0%之间、铁在95.4%～108.1%之间，土壤样品测定精密度符合光度法要求。该方法干扰离子较少、显色时间短、络合物稳定，可用于低常量和微量铝和铁的同时测定。

分光光度法；花青素；铝；铁

0 引言

花青素（anthocyanin）属于酚类化合物中的类黄酮类，是一种植物色素，广泛存在于多种蔬菜水果中。花青素具有抗氧化、抗衰老、预防癌症、降低心血管疾病发生率等功效，目前对花青素的研究主要集中在它的生理活性及其应用上[1]，对其光谱性质在分析化学中的应用研究报道较少。相对于其他来源的花青素，紫甘蓝花青素热稳定性好，在广泛pH范围内具有颜色，在pH 3～7范围内对光降解不敏锐[2]。紫甘蓝花青素基本结构如图1所示[3]，其中邻位羟基能与高价金属离子发生络合反应生成有色络合物，实验显示花青素与Fe3+和Al3+形成的络合物颜色不同于花青素本身，并且两种络合物之间颜色也有显著差异。据此，本文研究了自紫甘蓝中提取并经纯化后的花青素与Al3+和Fe3+反应前后吸收光谱的变化，建立起一种同时测定微量铁和铝的分光光度新方法。

图1 花青素的基本结构

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

WFZ-2000型紫外-可见分光光度计（尤尼柯上海仪器有限公司）；RE-52CS型旋转蒸发仪。

1mg·mL-1Al3+、Fe3+标准溶液，分别用无水AlCl3和铁铵矾以0.1mol·L-1HAc-NaAc缓冲溶液为介质配制；1.0mol·L-1HAc-NaAc缓冲溶液；3.5 g·L-1CTMAB溶液；土壤标准样品（GBW07408，铝含量6.31±0.12%；铁含量4.08±0.07%）；XAD-2大孔吸附树脂（北京北实纵横科技发展有限公司）；硝酸、氢氟酸、高氯酸。以上试剂硝酸为优级纯，其他均为分析纯，水为二次去离子水。

1.2 花青素的提取与纯化

称取4.8g 50℃烘干的紫甘蓝叶片于250mL广口瓶中，加入200mL 10%（V∶V）的乙醇溶液于50℃水浴中提取2h，重复两次。提取液在50℃下旋转蒸发浓缩到50mL左右。浓缩液通过XAD-2大孔吸附树脂柱，用去离子水洗去水溶性杂质后用50%乙醇（V∶V）洗脱花青素，洗脱液50℃下旋转蒸发浓缩至40mL左右，去离子水定容到50mL得花青素溶液。

1.3 工作曲线的绘制

在25mL容量瓶中分别加入铝标准溶液，使铝的含量为0.10，0.20，0.40，0.60，0.80和1.00mg，依次加入3mL HAc-NaAc缓冲溶液、4mL花青素溶液，50℃水浴加热5min后以试剂空白为参比测定溶液吸光度，绘制工作曲线。同法绘制铁的工作曲线。

1.4 土壤标准样品中铁和铝的测定

准确称取0.5 g土壤标准样品于300m L聚四氟乙烯烧杯中，加入6mL浓HNO3，放置1h后加入2mL氢氟酸，浸泡12h后在电热板上加热消解，温度控制在200℃左右。当溶液蒸发至2～3m L时，加入6mL HNO3∶HClO4（V∶V=4∶1），继续加热蒸发至溶液呈黄色粘稠状时取下冷却，用1%HNO3溶解定容至50mL容量瓶中。取一定体积的土壤消解液经显色后，以试剂空白为参比测定吸光度值，从工作曲线上计算溶液的浓度。

2 结果与讨论

2.1 酸度的选择

实验显示花青素溶液在pH 3～11下呈紫色，该酸度范围内535 nm波长下的吸光度变化很小。对不同缓冲溶液中花青素与Al3+和Fe3+的络合物形成情况进行了研究，结果显示在pH 4.7的HAc-NaAc缓冲溶液中，这两种金属离子与花青素形成的络合物稳定且吸光度最大。

2.2 花青素和络合物的吸收光谱

在pH 4.7 0.1mol·L-1的醋酸缓冲溶液中，分别对花青素、花青素-Al3+络合物、花青素-Fe3+络合物的吸收光谱进行了测定，最大吸收波长分别为550，585，630nm，吸收曲线见图2。花青素与两种络合物之间的最大吸收波长之差分别达到35，80，45nm，能够满足两组分共同测定的要求。

图2 花青素和花青素-Al3+、Fe3+络合物的吸收光谱

2.3 缓冲溶液用量的选择

按照1.3的显色方法，分别用0.2mg/25mL铝和铁标准溶液，考察1～8mL 1.0mol·L-1醋酸缓冲溶液用量对络合物吸光度的影响，结果如图3所示。随着缓冲溶液用量增加，花青素-Al3+的吸光度一直上升并趋于稳定；但当用量超过3mL后，花青素-Fe3+络合物吸光度下降，综合考虑选择用量为3mL。

图3 吸光度随缓冲溶液用量的变化

2.4 表面活性剂的选择

分别考察了CTMAB、CPB、TritonX-100等3种不同类型的表面活性剂对体系的增敏作用。CTMAB可使花青素-Fe3+络合物吸光度增加0.2，但降低花青素-Al3+络合物吸光度值。其他两种表面活性剂对体系没有明显作用，综合考虑选择显色体系中不加入表面活性剂。

2.5 花青素用量的选择

按照1.3的显色方法，分别用0.4mg/25m L铝和铁标准溶液，考查1～10mL花青素用量对两种络合物形成的影响，结果如图4所示。随着花青素用量的增加，花青素-Fe3+的吸光度一直增加并于7mL后趋于稳定，但当用量超过4mL后花青素-Al3+的吸光度开始下降。Al3+与花青素显色灵敏度低于Fe3+，出于同时测定中Al3+显色灵敏度的需要选择花青素的用量为4mL。

2.6 络合物的稳定时间

分别研究了室温（15℃）和水浴加热（50℃）下花青素-Al3+，花青素-Fe3+的吸光度变化。结果显示，室温下花青素加入后立即显色，5～20min内吸光度逐渐升高，20～55min内吸光度稳定。50℃水浴加热5min后显色反应就已完成，5～60min内溶液吸光度稳定。本实验选择50℃水浴加热5min后进行测定。

图4 吸光度随花青素用量的变化

2.7 共存离子的影响

对于0.5mg/25mL的Al3+标准溶液，当测量误差在±5%以内，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%）对测定不产生干扰；1倍的Cu2+、Sn2+对测定产生干扰。

对于0.5mg/25mL的Fe3+标准溶液，当测量误差在±5%以内，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%）对测定不产生干扰；1倍的Cu2+、Sn2+对测定产生干扰。

2.8 标准曲线、精密度、准确度和检出限

铝和铁在波长585nm和630nm下的工作曲线：

由朗伯比尔定律的加和性可得混合离子溶液分别在585nm和630 nm波长下的工作曲线：

A630=0.1307cAl+0.730 0cFe

实验表明Al3+和Fe3+含量都在0.1～1.0mg/25mL时呈良好的线性关系，根据曲线斜率求得络合物的摩尔吸光系数为

分别取土壤标准样品消解液0.5mL至12只25mL容量瓶中，显色并测定溶液吸光度。12个溶液吸光度值的相对标准偏差RSD585=0.57%，RSD630= 0.91%符合光度法对测试精密度的要求。

准确称取0.5g土壤标准样品3份进行消解，定容到25mL容量瓶中。每份样品再各取1mL两份于25mL容量瓶中，显色并测定吸光度，计算铝和铁的含量，结果见表1。

表1 准确度实验数据

经t检验，铝和铁含量的测定值与标准值一致（P＜0.01），表明本方法没有明显的系统误差，用于土壤这样的复杂样品测定可获得准确结果。

准确称取3份0.25g和3份0.15g的土壤标准样品，在其中加入适量铝和铁标准溶液消解进行加标回收实验，测得加标回收率见表2。铝和铁的回收率分别在96.1%～108.0%和95.4%～108.1%之间。

表2 样品中铝和铁的加标回收率

在13只25mL比色管中加入3mL醋酸缓冲溶液、3mL花青素溶液，去离子水定容，50℃水浴加热5min后以第1个溶液作参比分别测量585nm和630 nm处的吸光度，吸光度值标准偏差分别为S585=2.61×10-3，S630=2.53×10-3，以3倍吸光度标准偏差对应浓度作为定性检出下限为：DAl=14.3μg/25mL；DFe=7.84μg/25mL，10倍吸光度标准偏差对应浓度作为定量检出下限为：DAl=47.71μg/25mL；DFe=26.12μg/25mL。

3 结束语

岩石、土壤、植物等样品中的铁和铝一般都同时存在，建立同时测定铁和铝的分光光度法可大大节约试剂和测试时间，降低分析成本。以偶氮类[4]、荧光酮类[5-7]和三苯甲烷类染料铬天青S[8-9]显色剂双波长法或化学计量学计算方法建立起来的同时测定铝和铁的方法有很高的灵敏度，摩尔吸光系数在104～105L·mol-1·cm-1之间。本文中的紫甘蓝花青素显色剂结构中缺乏吸电子基团，羟基酸性较弱络合能力不强，从而与铝和铁反应显色的灵敏度不高。但是与其他人工合成显色剂相比，花青素显色时间短，络合物稳定，选择性较好，干扰离子的种类较少，面对土壤这样复杂基体样品中铝和铁的同时测定不需掩蔽干扰离子，采用简单的线性方程组求解即可获得准确结果。另外花青素来源于天然植物，以此为显色剂建立的测定方法对环境友好、绿色环保。该方法可用于低常量和微量含铝和铁试样的测定。

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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

四川省教育厅重点资助项目（082A101）

胡晓荣（1965-），女，四川西昌市人，副教授，主要从事环境分析化学研究。