Cu2＋-钨酸盐-罗丹明6G体系共振散射光谱法测定面粉和茶叶中微量铜

邵娅婷，毛智成，王沛霖，陈 瑾，曹秋娥*

（云南大学化学科学与工程学院，教育部自然资源药物化学重点实验室，云南 昆明 650091）

Cu2＋-钨酸盐-罗丹明6G体系共振散射光谱法测定面粉和茶叶中微量铜

邵娅婷，毛智成，王沛霖，陈 瑾，曹秋娥*

（云南大学化学科学与工程学院，教育部自然资源药物化学重点实验室，云南 昆明 650091）

利用Cu2+和钨酸盐形成的铜钨杂多酸阴离子与罗丹明6G阳离子结合生成离子缔合物的反应，建立一种测定Cu2+的共振散射光谱法。该反应在聚乙烯醇存在条件下，于589 nm波长处产生的共振散射光强度与Cu2+质量浓度在0.05～1.0 ng/mL范围内有良好的线性关系，线性回归方程为ΔI=4.38+77.12c （r=0.997 1），方法的仪器检出限为0.026 ng/mL。方法简单、快速、灵敏度高，且大量存在的常见离子对Cu2+的测定不干扰，将其用于面粉和茶叶样品中铜的测定，相对标准偏差在3.5%以内，回收率在96.7%～104.1%之间。

共振散射光谱法；铜；罗丹明6G；面粉；茶叶

铜是人体健康不可缺少的微量元素之一，对机体的新陈代谢有重要的调节作用。体内铜摄入量不足，可引起头晕、乏力、耳鸣、眼花、骨质疏松等系列疾病；摄入过量，则会引起恶心、呕吐、上腹疼痛、急性溶血和肾小管变形等中毒现象[1-2]。由于铜主要从日常饮食中摄入，所以分析测定食品中铜的含量对于保护人体健康具有重要意义。目前用于测定微量铜的方法有原子吸收光度法[3-4]、原子荧光光谱法[5]、电感耦合等离子体发射光谱法[6-7]、电感耦合等离子体质谱法[8-9]、电化学分析法[10-11]、分子荧光光谱法[12-13]、分光光度法[14-15]以及共振散射光谱法[16-19]等，其中共振散射光谱法因为具有仪器和操作简单、灵敏度高、选择性好的特点，所以在微量和痕量组分包括铜的分析中具有明显优势[20-24]。王盛棉等[16]以DNA酶裂解-纳米金体系建立了一个测定痕量Cu2+的共振散射光谱法，该方法的线性范围为15～1 250 nmol/L，检出限为8 nmol/L；孙双姣等[17]基于Cu（Ⅱ）与铜试剂形成的螯合物微粒在320 nm波长处有强共振散射光，建立了一个测定痕量铜的共振散射光谱法，其线性范围为0.025～1.524 μg/mL，检出限为0.003 8 μg/mL；温桂清等[18]基于Cu2+被还原后的Cu+与新铜试剂生成的络合物对纳米金在580 nm波长处的共振散射光有较强的吸收，从而致使纳米金在580 nm波长处的共振散射光强度降低，建立测定痕量铜的共振散射光谱法，该方法的线性范围为0.02～2.54 μg/mL，检出限为0.001 μg/mL；Long Yunfei等[19]基于他们合成的一个新试剂N,N’-二（2-氨基苯基）乙二酰二胺与Cu2+反应后其散射光强度显著增强的现象，建立测定Cu2+的共振散射光谱法，其线性范围为0.9～31.0 μmol/L，检出限为97.6 nmol/L。但迄今为止，利用Cu2+与钨酸盐形成的铜钨杂多酸阴离子与罗丹明6G阳离子结合生成离子缔合物的反应，测定Cu2+的共振散射光谱法未见文献报道。实验发现，在聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）存在下，Cu2+与WO42—及罗丹明6G生成的离子缔合物在589 nm波长处能产生强烈的共振光散射现象，而且据此建立的测定Cu2+的共振散射光谱法的灵敏度明显高于很多同类方法的灵敏度[16-19]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

面粉、茶叶 市购。

Cu2+标准溶液：准确称取0.100 0 g的电解铜用HCl和H2O2加热溶解完全后，继续加热除去过量的H2O2。待溶液冷却到室温后，用水定容于1 000 mL的容量瓶中，得到0.100 mg/mL的Cu2+储备液；Cu2+工作溶液（10.0 ng/mL）由储备液用水稀释得到。Na2WO4溶液：0.5 g/L；罗丹明6G溶液：0.05 g/L；PVA溶液：20.0 g/L；H2SO4溶液：6.0 mol/L。实验所用试剂均为分析纯，水为高纯水。

1.2 仪器与设备

F-4500型荧光分光光度计 日本岛津公司。

1.3 方法

1.3.1 样品溶液的制备

准确称取5.0 g左右干燥后的样品，先在300 ℃条件下炭化，然后放入650 ℃的马弗炉中灼烧4 h。取出冷却后，加入2.0 mL浓H2SO4溶解残渣，转入烧杯中，加过量浓NH3・H2O沉淀Fe3+和Al3+等离子，过滤，滤液加热除NH3。最后将滤液转入100 mL的容量瓶中，并用水稀释至刻度，摇匀。

比如，外资办百货商店、超级市场，涉及外资零售权、百货进口权、国内商品采购出口权、外汇调剂权、减征关税和所得税。又比如，建设保税区，涉及区内免关税、免许可证；国内外企业可以在区内设立国际贸易机构；区内企业不仅可做一般的进出口贸易，还可做国际转口贸易，可从事生产资料交易中心业务；作为境内关外的地区，外汇全额留成，各国货币可以流通。

1.3.2 原理

本方法是利用Cu2+先与钨酸盐形成铜钨杂多酸，然后铜钨杂多酸阴离子再与酸性介质中的罗丹明6G阳离子结合生成离子缔合物，该离子缔合物在有分散剂PVA存在的水溶液中于589 nm波长处能产生强烈的共振光散射信号，从而实现对Cu2+的检测。

1.3.3 测定方法

移取适量Cu2+标准溶液或样品溶液（Cu2+含量不高于25.0 ng）于25 mL比色管中，加入2.5 mL 0.5 g/L的Na2WO4溶液，用水稀释至10.0 mL刻度后，放置10 min。然后依次加入3.0 mL 6.0 mol/L的H2SO4溶液，2.5 mL 20.0 g/L的PVA溶液，2.0 mL 0.05 g/L的罗丹明6G溶液，用水稀至刻度，摇匀。设置荧光光谱仪的激发和发射狭缝宽度均为5.0 nm，于250～700 nm范围内进行同步波长扫描（Δ λ= 0），获得共振散射光谱，或在589 nm波长处分别测定缔合物体系及试剂空白的光散射强度I及I0，计算ΔI = I—I0。

2 结果与分析

2.1 共振散射光谱及波长的选择

图1 体系的共振散射光谱Fig.1 Resonance scattering spectrum

离子缔合物体系与试剂空白的共振散射光谱见图1，在试剂空白中加入一定量的Cu2+以后，体系的最大共振散射波长由551 nm红移到了589 nm处，说明Cu2+与WO42—及罗丹明6G之间发生了明显的缔合反应，形成了离子缔合物。由于离子缔合物体系与试剂空白在589 nm波长处的散射光强度差值ΔI最大，并与Cu2+的加入量在一定的质量浓度范围内有良好的线性关系，因此，实验选择589 nm作为测定波长。

2.2 反应条件的优化结果

2.2.1 酸的种类及其用量的选择

考察2.0 mL浓度为6.0 mol/L的H2SO4溶液以及体积比均为1∶1的HCl、HNO3与HClO4溶液对试剂空白及离子缔合物体系散射光强度的影响。结果表明，缔合物体系在6.0 mol/L的H2SO4介质中灵敏度最高，而且在6.0 mol/L的H2SO4溶液中，试剂空白小。进一步考察6.0 mol/L的H2SO4溶液用量对测定的影响。结果发现，随着H2SO4溶液用量的增加，试剂空白的散射光强度变化不大，但离子缔合物体系的散射光强度则先逐渐增加，然后H2SO4溶液用量在2.5～4.0 mL之间时达到最大值并基本稳定，随后又稍有下降。这可能是因为随H2SO4浓度的增加，体系中H+浓度增加，从而有利于罗丹明6G的质子化和离子缔合物的形成；但当H2SO4浓度过高时，SO42—可能会与铜钨杂多酸阴离子竞争结合质子化的罗丹明6G阳离子，从而不利于铜钨杂多酸与罗丹明6G形成离子缔合物。实验选择以3.0 mL 6.0 mol/L的H2SO4溶液来控制体系的酸度。

2.2.2 分散剂种类及其用量的选择

Cu2+与WO42—及罗丹明6G生成的离子缔合物难溶于水，所以实验采用分散剂进行増溶。考察体积分数为2.0%的Tween-20、Tween-80、OP以及质量体积分数为20.0 g/L的PVA和阿拉伯胶对体系散射光强度及离子缔合物溶解能力的影响。结果表明，上述分散剂都能增溶缔合物，但以PVA的增敏效果最好。因此，实验选择PVA作为分散剂。

在0.5～5.0 mL范围内考察20.0 g/L PVA的用量对检测灵敏度的影响。结果表明，离子缔合物体系和试剂空白的散射光强度都随PVA溶液加入量的增加而增加，但缔合物体系与试剂空白的散射光强度差值ΔI在PVA溶液的加入量2.0～3.5 mL时具有最大并基本稳定的值，故实验选择PVA溶液的用量为2.5 mL。

2.2.3 Na2WO4溶液用量的选择

Na2WO4溶液的质量浓度对试剂空白和离子缔合物体系的散射光强度都有强烈的影响。在0.5～5.0 mL范围内，随着0.5 g/L Na2WO4溶液用量的增加，试剂空白的散射光强度不断增加，而离子缔合物体系的散射光强度则先增加后减弱。这可能是因为在Na2WO4质量浓度不高时，随Na2WO4溶液用量的增加，一方面WO42—与罗丹明6G阳离子之间的结合能力增加，另一方面，WO42—与Cu2+形成铜钨杂多酸阴离子并进一步与罗丹明6G形成离子缔合物的能力也在增加，导致试剂空白和离子缔合物体系的散射光强度都增加。但是，当体系中的Cu2+与WO42—反应完后，进一步增大Na2WO4的质量浓度，WO42—与罗丹明6G之间的结合能力继续增加，这不仅会使试剂空白的散射光强度继续增加，也会导致铜钨杂多酸与罗丹明6G之间的缔合能力下降和离子缔合物体系的散射光强度下降。当Na2WO4溶液的用量为2.0～3.0 mL时，离子缔合物体系和试剂空白的散射光强度差值ΔI达到了最大并基本稳定。实验选用0.5 g/L Na2WO4溶液的用量为2.5 mL。

2.2.4 罗丹明6G用量的选择

质量浓度为0.05 g/L的罗丹明6G溶液的加入量对试剂空白的散射光强度影响很小，但随着其用量的增加，离子缔合物体系的散射光强度先增加，然后基本稳定在其用量达到1.5 mL以后。因此，实验选用0.05 g/L罗丹明6G溶液的用量为2.0 mL。

2.2.5 反应时间和稳定性

Cu2+与WO42—形成杂多酸需要5 min以上，而杂多酸可以与罗丹明6G迅速反应形成离子缔合物。因此，本实验在加入Na2WO4以后，放置10 min再加入其他试剂。离子缔合物一旦形成，其散射光强度在24 h以内基本不变。

2.3 方法的线性范围、灵敏度及精密度

在选定的实验条件下研究了用Cu2+-钨酸盐-罗丹明6G体系测定Cu2+的工作曲线。结果表明，缔合体系相对于空白的散射光强度ΔI与Cu2+的质量浓度在0.05～1.0 ng/mL范围内具有良好的线性关系，其线性回归方程为ΔI=4.38+77.12c，相关系数r=0.997 1。对试剂空白进行7 次平行测定，其标准偏差s为0.67，按3s/K（K为工作曲线的斜率）计算得到该方法的仪器检出限为0.087 ng/mL。对质量浓度为0.25 ng/mL的Cu2+标准溶液平行测定7 次，相对标准偏差为2.3%。

2.4 方法的应用性研究

2.4.1 共存离子的影响

考察20多种常见共存离子对方法的影响结果表明，当允许相对误差在±5%以内时，各共存离子在下列存在量（ng/mL）不干扰0.25 ng/mL Cu2+的测定：Ca2+、Mg2+、Zn2+、Co2+、Mn2+、F—、I—、Br—（200）；Ag+、Pb2+、Hg2+（50）；V（V）、Cr（VI）（25）；Cd2+、Sn2+、As（Ⅴ）（15）；Bi3+、Al3+、Se（Ⅳ）、Mo（Ⅵ）（10）；Fe3+、Ni2+（5）；Au（Ⅲ）、Pt（Ⅳ）、Pd（Ⅱ）（2.5）。可见，方法具有较好的选择性。

2.4.2 样品分析

将样品溶液经适当稀释后，按实验方法和GB/T 5009.13—2003《食品中铜的测定》中的火焰原子吸收光谱（flame atomic absorption spectrometry，FAAS）法进行测定，并对样品溶液进行加标回收实验。样品测定结果和加标回收率测定结果见表1。可见，用本方法测定得到的结果与标准值或用FAAS法测定得到的结果基本一致，而且本方法测定结果的相对标准偏差在3.5%以内，加标回收率在96.7%～104.1%间。

表1 食品样品中铜分析结果（n=5）Table1 Results for the determination of copper in food samples (n = 5) = 5)

3 结 论

本实验基于Cu2+和钨酸盐形成的铜钨杂多酸阴离子与罗丹明6G阳离子结合生成离子缔合物的反应，建立了测定Cu2+的共振散射光谱法。该方法不仅操作简单、方便，而且与部分文献报道的测定铜的共振散射光谱法[16-19]相比，具有更高的灵敏度和更好的选择性。

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Determination of Copper in Flour and Tea by Resonance Light-Scattering Technique with Cu2+-Tungstate-Rhodamine 6G System

SHAO Yating, MAO Zhicheng, WANG Peilin, CHEN Jin, CAO Qiu’e*
(Key Laboratory of Medicinal Chemistry for Nature Resource, Ministry of Education, School of Chemical Science and Technology, Yunnan University, Kunming 650091, China)

Objective: To develop a method for the determination of copper in food samples. Methods: Resonance lightscattering technique was used. Results: The resonance light-scattering signal at 589 nm was observed when a ion-associated complex was formed among Cu2+, tungstate and rhodamine 6G in the presence of polyvinyl alcohol (PVA). The lightscattering intensity increased linearly with increasing concentration of Cu2+in the range of 0.05–1.0 ng/mL. The linear regression equation was ΔI = 4.38 + 77.12c (r = 0.997 1), and the detection limit was 0.026 ng/mL. The relative standard deviations and recovery rates of the proposed method for the determination of copper in flour and tea were less than 3.5% and in the range of 96.7%–104.1%, respectively, suggesting that this method was free from the interference of significant amounts of other common ions. Conclusion: The proposed method possesses the advantages of simple operation, rapid determination, excellent reproducibility, high sensitivity and good selectivity so that it can be used for the determination of copper in food samples.

resonance light-scattering technique; copper; rhodamine 6G; flour; tea

TS207.3

A

1002-6630（2015）04-0110-04

10.7506/spkx1002-6630-201504021

2014-03-28

教育部博士点专项基金项目（20125301110005）

邵娅婷（1990—），女，硕士研究生，研究方向为光谱分析。E-mail：yatingshao@126.com

*通信作者：曹秋娥（1967—），女，教授，博士，研究方向为分离科学与光谱分析。E-mail：qecao@ynu.edu.cn