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紫外分光光度法测定食物铁元素研究

发布时间:2021-05-16 21:44:30.0

摘要:铁元素是生物体,特别是人休不可缺少的重要元素。因为一方面人体需要一定量的铁元素,但过多的铁元素会造成食品中某些成分的氧化和维生素的分解,导致食物变质,从而影响人们的身体健康,因此无论从哪个方面出发,研究饮用水及食物中的铁元素都有重要的现实意义和实用价值。

关键词:食物;饮用水;铁元素;紫外分光光度法

一、实验原理

在pH为2~9的溶液中,二价亚铁离子Fe2+能与邻二氮菲生成稳定的橙红色配合物,在510nm处有最大吸收,其吸光度与铁的含量成正比。本实验是利用过量的还原型抗坏血酸与样品中的三价铁反应,生成氧化型抗坏血酸和二价铁产物,因三价铁含量与剩余抗坏血酸的量成反比,故可根据剩余的还原型抗坏血酸的吸光度计算样品中三价铁的含量。

二、实验控制操作技术要点

因为溶剂对紫外-可见吸收光谱的影响较为复杂。因此在样品制备环节中,选择合适的溶剂至关重要。选择溶剂时需遵循以下原则:

①所选溶剂不能与被测组分发生化学反应,形成的溶液应具有良好的光学稳定性。②所选溶剂在测定波长内没有明显的吸收。③所选溶剂应该对被测组分有良好的溶解能力,并在溶剂中有良好的吸收峰。④在溶解度允许的范围内,尽量选择极性较小的溶剂。因为改变溶剂极性会引起吸收光谱形状发生变化。⑤所选溶剂应该挥发性小,不易燃,无毒性,价格便宜。

2.1仪器测量条件的选择

1)测量波长的选择

根据光谱吸收曲线,通常选择被测组分的最大吸收波长(λmax)作为测量波长来获得较高的灵敏度和精确度,并能减少非单色光引起的误差,此为最大吸收原则。但当在λmax处有干扰时,则应根据“吸收最大干扰最小”的原则重新选择测量波长。如用丁二酮肟比色法测定钢中的镍时,丁二铜肟镍络合物的λmax为470nm,而试样中的铁用酒石酸钾掩蔽后,在470nm处也有吸收,对测定有干扰。而当测量波长大于500nm后干扰就比较小,因此选择520nm作为测量波长,符合“吸收最大干扰最小”的原则。

2)吸光度范围的选择

任何分光光度计都有一定的测量误差,测量误差的来源主要由仪器误差引起,如光源的发光强度不稳定、仪器噪声过大、电位计响应性不好、杂散光的影响导致单色光不纯等因素。对于一台固定的光度计来说,以上引起测量误差的因素都是固定的,即误差具有一定的稳定性。一般而言,当待测试液浓度较大或较小时,相对误差都比较大。 在实际工作中,可以通过调节待测试液的浓度、选用不同厚度的比色皿等办法来调整待测试液的浓度,使其在适宜的吸光度范围内。通常采用的办法:①改变取样量的大小,吸光度过高时可减少取样量,吸光度过低时可适当增加取样量或通过富集浓缩;②改变显色后溶液的总体积。

3)狭缝宽度的选择

出射狭缝的宽度会直接影响到测定的灵敏度和标准曲线的线性范围。选择最佳狭缝宽度的原则是:在不引起吸光度减小的前提下尽量选取最大狭缝宽度。一般来说,狭缝宽度大约是待测物质吸收峰半宽度的1/10。

2.2消除干扰离子的影响

待测试液中或多或少会存在干扰离子,对吸光度的分析带来影响:①干扰物质本身有色。②干扰离子与显色剂反应生成有色配合物,并对测定波长有吸收。如用硅钼蓝光度法测定钢中硅时,干扰离子磷也能与硅酸铵生成杂多酸.③干扰离子与待测离子或显色剂形成更稳定的配合物,消耗大量试剂而使被测离子配位不完全,使显色反应不能进行完全。如由于中F-的存在,在待测试液中与待测离子Fe3+以FeF36-形式存在,使得有色配合物Fe(SCN)3根本不会生成,因而无法正常显色测量。④干扰离子水解,析出沉淀使溶液混浊,导致无法进行吸光度的测定。

在实际工作中,往往需要采取控制酸度、加入掩蔽剂、分离干扰离子、使用参比溶液、选择适当的波长等方法消除干扰离子。

①控制溶液的酸度是消除干扰最简便、最重要的方法。许多显色剂对金属离子和干扰离子间存在着竞争反应。根据配合物的稳定性不同,可以利用控制酸度的方法提高反应的选择性,以保证主反应进行完全。

②选择适当的掩蔽剂来消除干扰也是常用的有效方法。要求选取的掩蔽剂不与待测离子发生反应,与干扰离子形成的有色配合物的颜色不应干扰待测离子的测定。

③改变干扰离子的化合价达到消除干扰的目的。可以利用氧化还原反应改变干扰离子的价态,使干扰离子不与显色剂反应。④改变测量波长。通常使用物质的最大吸收波长为测量波长可以达到仪器最佳的灵敏度。但是如果待测试液中有干扰离子对最大吸收波长也有吸收时,则根据“吸收最大干扰最小”的原则选择其他波长为测量波长,也可达到满意的结果。

三、仪器与试剂选择

1.仪器

可见分光光度计、电子天平、紫外分光光度计、灰化炉、坩埚、比色管、量筒、容量瓶、烧杯、吸管、离心机、干燥箱等。

2.试剂

①铁标准储备液(Fe3+含量为1.000mg/mL)②铁标准使用液(Fe3+含量为10.0μg/mL)③1.2g/L邻二氮菲水溶液④100g/L盐酸羟胺(NH2OH·HCL)⑤1mol/L醋酸钠溶液⑥新鲜的菠菜、大米、花生 、猪肉、鸡肝 、蒸馏水等。

四、实验操作步骤

①准备9个洁净的50mL容量瓶,在6个容量瓶中分别加入铁标准使用液0mL、2.0mL、4.0mL、6.0mL、10.0mL、14.0mL,在另3个容量瓶中分别加入10mL样品。

②往9个容量瓶中依次加入1.0mL盐酸羟胺溶液、2.0mL邻二氮菲溶液和5.0mL醋酸钠溶液,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀,放置10min。

③用1×1cm玻璃比色皿,以试剂空白为参比溶液,在510nm下,测定并记录各溶液吸光度。

④以铁标准使用液中铁的质量浓度C铁为横坐标,与其对应的吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。

⑤在标准曲线上查出与待测试液的吸光度对应的铁的质量浓度(μg/mL)。

4.1还原型抗坏血酸的吸收光谱

先取已经配置好的的标准的还原型抗坏血酸溶液4毫升,滴入25毫升的比色管里,再用蒸馏水确定容至刻度值,并用水作为参比,在190纳米到310纳米的波长范围内,每隔10秒钟,就测定一下它的吸光度的值,在此基础上绘画出吸收曲线图1-1。

图1-1

4.2铁氧化产物与还原型抗坏血酸的吸收光谱测定

同理,先取已经配置好的的标准的还原型抗坏血酸溶液2毫升,滴入25毫升的比色管里,在加入2毫升的3价铁溶液,5分钟后,再加入浓度为百分之20的NH4F溶液,再用蒸馏水确定容至刻度值,并用水作为参比,在210纳米到310纳米的波长范围内,每隔5秒钟,就测定一下它的吸光度的值,在此基础上绘画出吸收曲线图1-2。

图1-2

4.3饮用水中铁含量的测定

主要实验步骤及结果

①铁标准储备液(Fe3+含量为1.000mg/mL)②铁标准使用液(Fe3+含量为10.0μg/mL):③1.2g/L邻二氮菲水溶液④100g/L盐酸羟胺(NH2OH·HCL)溶液⑤1mol/L醋酸钠溶液

4.4食物铁含量的测定

对选取的菠菜、鸡肝、猪瘦肉、花生、糯米等原材料,做成实验样品,以上述水实验相同的方法测出不同蔬菜中的铁含量。见表3-2

样品

菠菜

鸡肝

猪瘦肉

花生

糯米

Fe+1

3.36

3.47

3.69

3.61

3.57

Fe+2

3.39

3.43

3.78

3.44

3.65

4.5结果可靠性分析

按照实验方法分别对 5种样品进行了平行实验和回收实验,验证了方法的精密度和准确度。见表3-3

精密度试验结果

样品


五次平行测定值(MG/100G)

平均值(MG/100G)

标准偏差(MG/100G)


RSD%

菠菜

Fe1+

29

11

29

32

30

21

28

94

29

71

29

42

0.22

0.76

Fe2+

0

28

0

29

0

31

0

27

0

32

0

29

0.01

3.4

鸡肝

Fe1+

81

92

82

31

81

23

83

11

82

47

82

21

0.85

1.04

Fe2+

32

32

32

42

33

11

32

95

31

92

32

51

0.61

1.92

猪肉

Fe1+

22

13

22

42

19

85

21

31

20

90

21

32

0.97

4.53

Fe2+

6

82

6

79

6

85

6

91

6

89

6

85

0.12

1.82

花生

Fe1+

43

41

45

22

42

72

44

35

43

54

43

83

0.96

2.17

Fe2+

0

71

0

72

0

81

0

79

0

68

0

74

0.01

3.43

糯米

Fe1+

66

92

67

23

66

14

68

27

62

98

67

24

0.88

1.36

Fe2+

0

21

0

19

0

24

0

30

0

27

0

24

0.02

8.32

 由表3-3可以看出,在5种样品中铁元素的五次平均测定值的在0.76~ 4.5之间,其中花生、菠菜、糯米、鸡肝的铁元素测量精密度较好,但猪瘦肉中铁元素的测量精密度比较低。

五、结论

紫外-可见分光光度法主要用于有机化合物的分析和鉴定、同分异构体的鉴别、物质结构推断和纯度检验等。定性分析的方法常采用比较吸收光谱曲线法。在定性分析具体操作时,为消除溶剂的影响,应将待测物质与标准物质以相同浓度配制在相同溶剂中,在相同实验条件下分别扫描吸收光谱。通过对比待测物质和标准物质的紫外-可见吸收光谱图是否相同,包括对比吸收光谱吸收曲线的形状、最大吸收波长、峰的个数及位置等,来鉴定两者是否为同一物质。但是该法比较适用于不饱和有机化合物,尤其是共轭体系的鉴定,并以此推断出未知物的化学结构。另外,在结合红外光谱法、核磁共振波谱法和质谱法等常用的定性分析仪器进行未知物质的定性鉴定和结构分析中,紫外-可见分光光度法不失为一种有用的辅助方法。

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