彭 軍,梁敏華,馮錦澎

(廣州大學(xué),廣東 廣州 510006)

常見(jiàn)飲料中咖啡因的拉曼光譜定性檢測(cè)

彭 軍,梁敏華,馮錦澎

(廣州大學(xué),廣東 廣州 510006)

利用激光拉曼光譜儀在微弱光信號(hào)檢測(cè)方面的優(yōu)點(diǎn),用測(cè)試范圍200 nm-800 nm,測(cè)試精度0.1nm的激光拉曼光譜儀對(duì)幾種常見(jiàn)飲料進(jìn)行測(cè)試,將265nm處咖啡因特征峰作為判斷依據(jù),定性檢出飲料中含有咖啡因。

咖啡因;樣品提取;拉曼光譜;特征譜

1 應(yīng)用拉曼光譜檢測(cè)飲料中所含咖啡因的優(yōu)勢(shì)

咖啡因又叫咖啡堿,是一種生物堿,存在于茶葉、咖啡、可可等植物中。作為一種弱堿性化合物,咖啡因可溶于氯仿、丙醇、乙醇和熱水中?？Х纫蚣兤啡埸c(diǎn)235～236℃,含結(jié)晶水的咖啡因是無(wú)色針狀晶體,在100℃時(shí)失去結(jié)晶水,并開(kāi)始升華,120℃時(shí)顯著升華,178℃時(shí)迅速升華。利用這一性質(zhì)可純化咖啡因?？Х纫虻慕Y(jié)構(gòu)式為:

咖啡因(1,3,7-三甲基-2,6-二氧嘌呤)

在商場(chǎng)貨架上展示的各種飲料中都含有咖啡因。適量食用咖啡因有祛除疲勞、興奮神經(jīng)等作用。大量或長(zhǎng)期攝取咖啡因有損人體的健康,對(duì)孕婦、兒童尤其不利。咖啡因是精神類(lèi)藥物,在我國(guó)屬毒品管制物,其毒性可引發(fā)心臟病,對(duì)人體骨骼狀況及鈣平衡產(chǎn)生不利影響等。

激光拉曼光譜可對(duì)樣品中小含量物質(zhì)檢出,對(duì)液體的檢測(cè)尤其簡(jiǎn)便、快速、可靠。用激光拉曼檢測(cè)手段可降低有機(jī)溶劑消耗,縮短分析時(shí)間,由于樣品處理大多可采用液體稀釋的方法,拉曼光譜檢測(cè)不但高效,還具有更高的準(zhǔn)確率,在短時(shí)間定性檢測(cè)上有明顯優(yōu)勢(shì)。

本實(shí)驗(yàn)研究采用天津港東LRS-2/3型激光拉曼光譜儀進(jìn)行光譜測(cè)試。

2 飲料樣品處理

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品——茶葉中萃取的高純度咖啡因

從茶葉中提取咖啡因有很多方法,其中以索氏提取法最為簡(jiǎn)便,樣品處理分為提取、蒸餾、升華3個(gè)步驟[1-2]。

圖1 茶葉樣品萃取處理裝置

圖1中1為索氏提取器(燒瓶,提取筒,球型冷凝管)。將研細(xì)的固體物質(zhì)裝入濾紙筒內(nèi),再置于抽凝筒,燒瓶?jī)?nèi)盛溶液,并與抽提筒相連,抽提筒索氏提取器上端接冷凝管。溶劑受熱沸騰,其蒸氣沿抽提筒側(cè)管上升至冷凝管,冷凝為液體,滴入濾紙筒中,并浸泡筒中的樣品。當(dāng)液滴超過(guò)虹吸管最高處時(shí),即虹吸回流燒瓶,從而萃取出溶于溶劑的部分物質(zhì)。圖1中2為蒸餾裝置(三口管,彎尾管,錐形瓶,直型冷凝管,蒸發(fā)皿)。蒸出大部分乙醇,除去水分(不能干,成粉末狀即可止)。圖1中3為升華裝置(蒸發(fā)皿,漏斗,濾紙,棉花)升華出白色針狀的晶體。

本實(shí)驗(yàn)采用國(guó)產(chǎn)紅茶萃取的99.7%咖啡因作為標(biāo)準(zhǔn)樣品,比對(duì)其他各種常見(jiàn)飲料的拉曼光譜。

2.2 茶飲料、可樂(lè)、運(yùn)動(dòng)功能飲料、涼茶等飲料的樣品處理

2.2.1 實(shí)驗(yàn)溶劑

對(duì)樣品稀釋可采用乙醇、純水作為溶劑,用純水稀釋效果優(yōu)于乙醇。

由實(shí)驗(yàn)觀(guān)察可知,咖啡因樣品在無(wú)水乙醇中會(huì)發(fā)生一定的化學(xué)能量反應(yīng),使咖啡因特征譜產(chǎn)生移動(dòng),乙醇光譜相對(duì)復(fù)雜,在拉曼光譜中體現(xiàn)為多組能量峰,往往掩蓋咖啡因能量峰或造成干擾,對(duì)檢測(cè)不利。改用純凈水作為實(shí)驗(yàn)溶劑,稀釋后液體的532nm光源透過(guò)率增加,散射特征譜明顯。

2.2.2 液體飲料樣品處理

本實(shí)驗(yàn)選取比較常見(jiàn)的茶飲料、可樂(lè)、咖啡、功能飲料和罐裝涼茶作為檢測(cè)目標(biāo),通過(guò)物理的離心、過(guò)濾、靜置等手段對(duì)樣品進(jìn)行處理[3]。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)樣品——茶葉中提取的高純度咖啡因拉曼光譜

圖4 可樂(lè)飲料咖啡因拉曼光譜

(1)可樂(lè)樣品處理

①置備可樂(lè)50 mL;

②在20℃下對(duì)可樂(lè)進(jìn)行30 min的超聲脫氣;

③取脫氣可樂(lè)10 mL,通過(guò)混纖微孔濾膜,棄去最初5mL,保留后5mL備用。

(2)咖啡型飲料樣品處理

①將飲料溶液過(guò)濾后,置于800D離心機(jī)內(nèi)離心3min;

②用注射器吸取底層清液,取3mL備用。

(3)茶飲料、運(yùn)動(dòng)功能飲料、罐裝涼茶樣品處理

①取茶飲料、某維生素/牛磺酸功能飲料、某品牌廣東涼茶各10 mL,于室溫內(nèi)放置30 min;

②用濾紙對(duì)樣品進(jìn)行過(guò)濾,取樣備用。

3 拉曼光譜咖啡因定性檢測(cè)

3.1 定性檢測(cè)

以上各液體飲料的稀釋液分別置于拉曼光譜儀鉛直液體管中,檢測(cè)其拉曼光譜,均找到265nm處明顯特征峰,與標(biāo)準(zhǔn)樣品光譜值一致。標(biāo)準(zhǔn)樣品光譜如圖2,各檢測(cè)飲料樣品特征譜如圖3～圖7所示。

圖3 茶飲料咖啡因拉曼光譜

圖5 咖啡飲料咖啡因拉曼光譜

圖6 維生素/?；撬峁δ茱嬃峡Х纫蚶庾V

對(duì)比以上樣品的拉曼光譜圖,可以很清楚地看到:各種飲料樣品都在265nm附近都有一個(gè)明顯的拉曼光譜峰,這個(gè)光譜峰與咖啡因標(biāo)準(zhǔn)樣品的特征峰相同。而在其余的波段,由于樣品的純度問(wèn)題、溶劑里存在合成飲料的其他物質(zhì),圖線(xiàn)有細(xì)微的波動(dòng),不過(guò)并不明顯。比較各光譜圖,我們可以認(rèn)定這種波動(dòng)是普遍而微小的,并不影響判斷。

從以上圖中可以更清晰地看到:不論是那種飲料,也不論其咖啡因濃度有多少,其拉曼光譜圖都顯示樣品在相同的波段(265nm)有一個(gè)明顯散射峰。

4 結(jié) 論

從以上檢測(cè)結(jié)果可知,應(yīng)用激光拉曼光譜儀可檢測(cè)到含咖啡因飲料都在265nm波段有明顯峰值,通過(guò)與茶葉中提取的高純度咖啡因標(biāo)準(zhǔn)樣品拉曼光譜圖的對(duì)比,可以確定該峰值即咖啡因散射峰。由此可知,拉曼光譜在265nm明顯的能量峰可以作為判斷飲料樣品存在咖啡因的一種依據(jù)。與其他現(xiàn)行辦法相比,用拉曼光譜法檢測(cè)飲料中含有咖啡因,不需要經(jīng)過(guò)繁瑣的萃取或分離流程,只需簡(jiǎn)單的物理溶解、去氣、離心等手段就可以處理好樣品,該分析過(guò)程具有操作簡(jiǎn)便,測(cè)定時(shí)間短,靈敏度高的優(yōu)點(diǎn),適用于實(shí)驗(yàn)室對(duì)常見(jiàn)飲料中咖啡因的定性檢測(cè)。

圖7 某廣東涼茶咖啡因拉曼光

[1]丁明珍,鄒連凱.離心萃取-紫外光譜法測(cè)定可樂(lè)飲料中咖啡因的含量[J].分析化學(xué)研究簡(jiǎn)報(bào),2008,36(3):381-384.

[2]黃攀豪.茶葉中咖啡因的提取和分析[J].佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院報(bào),2008,26(2):48-50.

[3]關(guān)淑霞,朱建喜,于凱.咖啡因的檢測(cè)[J].哈爾濱師范大學(xué)學(xué)報(bào),2007,23(1):71-74.

The Qualitative Test of Laser Raman Spectrometer in Common Caffeine Drinks

PENGJun,LIANG Min-hua,FENGJin-peng

(Guangzhou University,Guangzhou 510006)

As laser Raman spectrometer has its advantage in testing signals in dim light,a test of several common drinks has been carried out by laser Raman spectrometer of 200nm-800nm spectrum and 0.1nm accuracy.The finding is that common drinks contain caffeine in the position of 265nm caffeine feature peak under the qualitative test.The sample liquids that laser Raman spectrometer needs can be obtained by chemical extraction and physical dissolving.Physical dissolving is easy tOcarry out as it produces nOmolecular changes that influence the move of wave length.

caffeine;sampling;Raman spectrometer;feature spectrum

O433.2

A

1007-2934(2011)03-0029-03

2010-10-22