周福林，宋少飛，弓巧娟，張穩(wěn)嬋，周 蓓

(運城學院應用化學系，山西 運城 044000)

催化氧化熒光法測定防腐劑苯甲酸

周福林，宋少飛，弓巧娟，張穩(wěn)嬋，周 蓓

(運城學院應用化學系，山西 運城 044000)

在pH8的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液中，Co2+催化KBrO3氧化苯甲酸產生強熒光，建立催化氧化熒光法間接測定苯甲酸的新方法。在最優(yōu)化條件下，苯甲酸質量濃度在5×10-7～3×10-5g/mL范圍內與熒光強度呈良好的線性關系，方法的檢出限為2×10-8g/mL。對質量濃度為1×10-6g/mL的苯甲酸標準溶液進行11次平行測定，得相對標準偏差(RSD)為1.9%。該法應用于食醋及醬油中苯甲酸的測定，回收率為95.7%～101.6%，結果令人滿意。

催化氧化；熒光法；苯甲酸；防腐劑

Abstract：Based on the catalytic effect of cobalt (II) on the oxidation of benzoic acid by potassium bromate in NaH2PO4-Na2HPO4 buffer solution at the condition of pH 8, a new catalytic oxidation fluorometry method was proposed for the indirect determination of benzoic acid. Under optimal determination conditions, an excellent linear relationship between benzoic acid concentration within a range of 5×10-7－3×10-5g/mL and fluorescence intensity was observed. The detection limit of this established method was 2×10-8g/mL. The reproducibility experiments revealed the relative standard deviation (RSD) of 1.9%for benzoic acid solution at the concentration of 1×10-6g/mL. This established method has been applied for the detection of benzoic acid in vinegar and sauce. The recovery rates were in the range of 95.7%－101.6% with satisfactory results.

Key words：catalysis oxidation；fluorimetry；benzoic acid；preservative

苯甲酸又名安息香酸(C6H5COOH)是一種有機化學防腐劑，具有殺死或抑制細菌生長和繁殖的作用，被廣泛應用于食品工業(yè)。但是超標準使用防腐劑會加重人的肝臟負擔并引起毒性反應，嚴重損害人體健康。我國對防腐劑使用有著嚴格的規(guī)定[1]，醬油和食醋是人們日常飲食中廣泛使用的調味劑，因此測定醬油和食醋中的苯甲酸具有十分重要的意義。

目前，國內外對苯甲酸的測定方法主要有高效液相色譜法[2-7]、氣相色譜法[8-11]和紫外光度法[12-14]，此外，還有毛細管電泳法[15-16]、離子色譜法[17]、極譜法[18]、化學發(fā)光法[19]等。催化動力學熒光法具有儀器簡單、靈敏度高、檢出限低等優(yōu)點，用此法研究苯甲酸的報道目前甚少[20]。本實驗在酸性條件下，Co2+催化KBrO3氧化苯甲酸產生強熒光，建立測定苯甲酸的催化氧化熒光新方法。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

醬油 佛山市海天調味食品有限公司；白醋 太原市古燈調味食品有限公司。

1×10-2g/mL苯甲酸標準溶液，臨用時逐級稀釋；NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液pH8；0.25mol/L KBrO3溶液、3.125×10-2mol/L Co(NO3)2溶液。實驗所用水均為二次蒸餾水，所用試劑均為分析純。

F-4600 熒光分光光度計 日本日立公司；FA1104型電子天平 上海恒平科學儀器有限公司；HHS型電熱恒溫水浴鍋 天津市華北實驗儀器有限公司。

1.2 方法

在兩支25mL比色管中，一支加入一定量的苯甲酸標準溶液，另一支不加(空白)，再分別準確加入2mL NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液，3mL KBrO3溶液，0.8mLCo(NO3)2溶液，用二次蒸餾水稀釋至刻度，搖勻。在40℃的水浴中加熱18min，冷水冷卻后，以303nm為激發(fā)波長，602nm為發(fā)射波長分別測定它們的熒光強度，催化反應熒光強度為I，非催化反應熒光強度為I0，計算ΔI=I－I0。

2 結果與分析

2.1 激發(fā)和發(fā)射光譜

配制不同體系的溶液(圖1)，用熒光分光光度計分別繪制激發(fā)和發(fā)射光譜。圖1曲線1、1′是苯甲酸溶液的熒光光譜，曲線2、2′說明KBrO3能氧化苯甲酸發(fā)出強熒光，當體系中加入Co(NO3)2后，反應速率明顯加快(曲線3、3′)，而且只增強了熒光強度，光譜形狀并沒有改變，說明Co2+對此反應有明顯的催化作用。

圖1 熒光激發(fā)(a)和發(fā)射(b)光譜Fig.1 Excitation and emission spectra of reaction system

2.2 反應條件的選擇

2.2.1 波長的選擇

由圖1可見，幾種體系溶液的最大激發(fā)波長和最大發(fā)射波長均在303nm和602nm處。因此，本實驗選最大激發(fā)波長和最大發(fā)射波長分別為303nm和602nm。

2.2.2 緩沖溶液體積的影響

溶液酸度是影響反應的重要參數(shù)之一。本實驗選擇磷酸鹽作為緩沖溶液，發(fā)現(xiàn)pH8時，熒光強度最大，故實驗選用pH8的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液。實驗對緩沖溶液體積進行了考察。如圖2所示，當緩沖溶液的體積為2.0mL時，ΔI最大，固實驗選擇pH8的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液的體積為2.0mL。

圖2 緩沖溶液體積的影響Fig.2 Effect of buffer solution volume on fluorescence intensity

2.2.3 KBrO3濃度的影響

實驗考察0.005～0.035mol/L范圍內不同濃度KBrO3對熒光強度的影響(圖3)。當KBrO3濃度為0.03mol/L時，ΔI最大。因此，本實驗選擇KBrO3溶液的最佳濃度為0.03mol/L。

圖3 KBrO3濃度的影響Fig.3 Effect of KBrO3concentration on fluorescence intensity

2.2.4 Co(NO3)2濃度的影響

由圖4可見，隨著Co(NO3)2濃度的增大，ΔI也增大，當Co(NO3)2濃度大于1.0×10-3mol/L時，ΔI反而降低。所以Co(NO3)2溶液的最佳濃度為1×10-3mol/L。

圖4 Co(NO3)2濃度的影響Fig.4 Effect of Co(NO3)2concentration on fluorescence intensity

2.2.5 反應溫度的影響

實驗對反應溫度進行考察，結果表明(圖5)，當溫度為40℃時，ΔI達到最大值，所以最佳反應溫度為40℃。

圖5 反應溫度的影響Fig.5 Effect of reaction temperature on fluorescence intensity

2.2.6 反應時間的影響

ΔI值隨著反應時間的增加而增大，當時間大于18min時，ΔI值隨著時間的增加反而減小(圖6)。所以，本實驗選擇的反應時間為18min。

圖6 反應時間的影響Fig.6 Effect of reaction time on fluorescence intensity

2.3 苯甲酸標準曲線的繪制

按上述實驗方法，在最優(yōu)實驗條件下，對不同質量濃度的苯甲酸標準溶液進行測定。苯甲酸質量濃度在5×10-7～3×10-5g/mL范圍內與ΔI成線性關系(圖7)，其回歸方程為ΔI=40.85C＋792.6(C為標準品質量濃度/(10-6g/mL))，r=0.9979。

圖7 苯甲酸標準曲線Fig.7 Standard curve establishment for the determination of benzoic acid

2.4 精密度與檢出限

按實驗方法，對質量濃度為1×10-6g/mL的苯甲酸標準溶液進行11次平行測定，相對標準偏差為1.9%，根據(jù)IUPAC建議，計算出該方法的檢出限是2×10-8g/mL。

2.5 共存離子的影響

實驗考察不同物質對苯甲酸的干擾實驗，對相同質量濃度的苯甲酸(1×10-6g/mL)，測量誤差在±5%以內，結果如下：Na+、K+、Ag+、BrO3-(1000 倍)，Mg2+、Ca2+、Zn2+、Cd2+、NO3-、Cl-(500 倍)，PO43-、Al3+、Cr3+(400倍)，SO42-(350倍)不干擾測定。

2.6 樣品分析

實驗對醬油和白醋中的苯甲酸進行了測定，取醬油和白醋各1mL，稀釋至50mL，分別取稀釋后的樣品溶液1、2、3mL，按2.2節(jié)實驗方法進行測定，同時進行了加標回收實驗，結果見表1。

表1 醬油和白醋中苯甲酸的測定結果(n=6)Table l Determination of benzoic acid in sauce and white vinegar (n=6)

2.7 反應機理研究

在pH8的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液介質中，40℃水浴條件下，KBrO3氧化苯甲酸發(fā)出強熒光。反應進行的較慢，當體系中加入Co2+后，反應速率明顯加快，熒光強度得到了增強，但光譜形狀沒有改變，可以認為Co2+在此體系中起催化作用。根據(jù)有關文獻機理的探討和該催化反應體系的熒光光譜行為[21-22]，推測催化反應機理如下：

圖8 苯甲酸催化反應機理Fig.8 Catalytic reaction mechanism of benzoic acid

3 結 論

本實驗建立了間接測定苯甲酸的催化氧化熒光新方法，該方法具有靈敏度高，選擇性好，操作簡便等優(yōu)點。已用于食醋及醬油中苯甲酸的測定，回收率為95.7%～101.6%，結果令人滿意。

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Determination of Preservative Benzoic Acid by Catalytic Oxidation Fluorometry

ZHOU Fu-lin，SONG Shao-fei，GONG Qiao-juan，ZHANG Wen-chan，ZHOU Bei
(Department of Applied Chemistry, Yuncheng University, Yuncheng 044000, China)

O657. 32

A

1002-6630(2010)22-0417-04

2010-02-06

運城學院2009年度院級基礎研究項目(JC-2009005)；運城學院基金項目(20060228)；山西省教育廳高等教育研究基金項目(200713033)

周福林(1980—)，女，講師，碩士，主要從事儀器分析及食品分析的應用研究。E-mail：ssfzfl@163.com