徐小梅， 劉 翻， 萬益群*,

(1.南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)院，江西南昌 330031；2.南昌大學(xué)分析測試中心，江西南昌 330029)

鉛是一種毒性較強(qiáng)的重金屬，進(jìn)入人體后將會對人的神經(jīng)、消化、腎臟、心血管和內(nèi)分泌等多個系統(tǒng)造成危害，引起頭痛、頭暈、記憶力下降、睡眠障礙、腹脹便秘等不良癥狀，重則可以使人致死。飲酒是我國的一種傳統(tǒng)民族文化，也是很多人的一種嗜好。由于環(huán)境的污染以及在釀酒過程中相關(guān)生產(chǎn)原料、設(shè)備、用水、貯酒器等均有可能引入重金屬Pb2+，使酒的品質(zhì)受到一定程度的影響，也將直接危害消費(fèi)者的身體健康。為此，我國制定了各類酒中Pb2+的限量標(biāo)準(zhǔn)[1]，其中白酒為0.2 mg/kg，黃酒為0.5 mg/kg。因此，加強(qiáng)酒中Pb2+含量的監(jiān)測很有必要。

目前，食品中Pb2+的常見檢測方法包括原子熒光光譜法[2]、原子吸收光譜法[3]、電化學(xué)分析法[4]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[5]、高效液相色譜法[6]等。在這些分析方法中，原子吸收光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等儀器設(shè)備相對來講比較昂貴，且受樣品基質(zhì)干擾較大；相關(guān)電化學(xué)分析方法重現(xiàn)性較差。因此，探討構(gòu)建簡便、有效的酒中Pb2+的分析新技術(shù)具有較好的實(shí)用價(jià)值。本研究運(yùn)用溶劑熱法[7 - 9]制備了Fe3O4磁性材料，在此基礎(chǔ)上合成氨基功能化磁性納米材料Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2[10 - 23]。實(shí)驗(yàn)將合成的材料用于不同基質(zhì)酒中Pb2+的選擇性分離富集，并結(jié)合紫外-可見分光光度法，建立了酒中Pb2+的分析新方法，并應(yīng)用于實(shí)際樣品分析，取得了較好的效果，為酒的品質(zhì)監(jiān)測提供了一種新的手段。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

UV-2550型紫外-可見分光光度計(jì)(日本，島津公司)；pHS-3C型酸度計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)；KQ3200DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；電子天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)。

FeC13·6H2O、NaAc、NaOH、氨水、正硅酸乙酯(TEOS)、HCl、HNO3、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、Y-脲丙基三乙氧基硅烷(A-1160)均為分析純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；乙二醇、乙醇、異丙醇、二氯甲烷、NH4NO3均為分析純，購于廣東西隴化工股份有限公司；二甲酚橙(XO)、鄰菲啰啉均為分析純,購于美國Sigma-Aldrich公司；Pb(NO3)2(優(yōu)級純，華夏試劑有限公司)。實(shí)驗(yàn)用水為Mill-Q超純水儀(美國，Millipore公司)制備。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1溶液配制0.1 mg/mL Pb2+標(biāo)準(zhǔn)溶液：準(zhǔn)確稱取0.1599 g Pb(NO3)2于燒杯中，用超純水溶解，加入1 mL濃HNO3，移入1 000 mL的容量瓶中，用超純水稀釋定容，搖勻。0.1%二甲酚橙(XO)溶液：稱取0.05 g XO，用少量超純水溶解，加入少量HCl，并用超純水定容于50 mL的容量瓶中，備用。HAc-NaAc緩沖溶液：稱取100 g NaAc溶于500 mL水中，加入2.4 mL冰HAc，超純水60 mL，搖勻，在酸度計(jì)上調(diào)至溶液pH=6.0。0.25%鄰菲啰啉溶液：稱取0.25 g鄰菲啰啉，溶于7.5 mL的丙酮中，用超純水稀釋至100 mL。

1.2.2Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2的制備及表征稱取1.35 g FeCl3·6H2O，置于250 mL燒杯中，加入75 mL乙二醇，攪拌30 min形成透明溶液。接著加入3.6 g NaAc，繼續(xù)攪拌至均勻后，并將溶液轉(zhuǎn)移至100 mL 反應(yīng)釜中，放置于200 ℃烘箱中反應(yīng)16 h。將制備的材料用超純水和乙醇反復(fù)清洗,在60 ℃下于真空干燥箱中干燥9 h，即得到Fe3O4磁性納米微粒。稱取0.10 g Fe3O4磁性納米微粒，分散在所配制的混合溶液中(超純水10 mL、乙醇40 mL、氨水1.2 mL),超聲1 h，逐滴加入0.4 mL TEOS，攪拌6 h。然后通過磁分離收集，用乙醇、超純水清洗多次，60 ℃真空干燥8 h，得Fe3O4@SiO2。

稱取0.10 g Fe3O4@SiO2，分散在所配制的混合溶液中(超純水40 mL、乙醇30 mL、氨水1.2 mL)，超聲處理，加0.20 g CTAB，超聲30 min，逐滴加入0.3 mL TEOS形成均一的溶液，在攪拌下30 ℃反應(yīng)6 h。將產(chǎn)物分散在6 g/L NH4NO3-乙醇中，在60 ℃條件下分多次進(jìn)行超聲，每次30 min。材料磁分離后，在60 ℃下真空干燥8 h，得Fe3O4@SiO2@m-SiO2。稱取0.05 g Fe3O4@SiO2@m-SiO2分散到60 mL異丙醇中，逐滴加入1.0 mL A-1160，N2保護(hù)，室溫下機(jī)械攪拌24 h，反應(yīng)結(jié)束后，所得材料依次用異丙醇和二氯甲烷洗滌數(shù)次，將產(chǎn)物在60 ℃下真空干燥12 h，即得Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2。

1.2.3樣品前處理準(zhǔn)確移取15.0 mL酒樣至50 mL離心管中,加入5 mg Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2磁性納米材料，在迷你振蕩器上震蕩30 min，靜置2 min，然后用磁鐵將磁性納米材料與溶液分離。接著用5 mL 0.1 mol/L HCl對磁性納米材料進(jìn)行洗脫，洗脫液進(jìn)行紫外-可見光譜測定。

1.2.4紫外-可見光譜測定在25 mL容量瓶中,依次加入0.25 mL Pb2+標(biāo)準(zhǔn)溶液,5 mL HAc-NaAc緩沖溶液(pH=6.0),1.0 mL 0.1% XO 溶液,用超純水稀釋至刻度。用2 cm比色皿，在535 nm波長處，以相應(yīng)試劑空白作為參比測量吸光度[24]。

2 結(jié)果與討論

2.1 分光光度法測定條件的優(yōu)化

2.1.1最佳測定波長選擇在25 mL容量瓶中,依次加入0.50 mL Pb2+標(biāo)準(zhǔn)溶液,5 mL HAc-NaAc緩沖溶液(pH=6.0),1.0 mL 0.1% XO 溶液,超純水稀釋至刻度。用2 cm比色皿以試劑空白為參比，測量該顯色體系吸光度，并繪制吸收曲線，見圖1。從圖1可看出當(dāng)波長為535 nm時，該體系有最大吸收。

2.1.2顯色條件的優(yōu)化在λ=535 nm,固定Pb2+的濃度為0.3 mg/L，分別探討顯色體系pH(5～7)，顯色劑用量(0.5～2 mL)、顯色時間(5～30 min)等因素對顯色體系的影響。結(jié)果表明，當(dāng)顯色體系的pH=6.0，顯色劑用量為1.0 mL、顯色時間20 min，可以取得較好的效果。

2.2 工作曲線與檢出限

配制Pb2+標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液，按照優(yōu)化條件進(jìn)行測定，結(jié)果表明，Pb2+的濃度在0.05～3.6 mg/L范圍內(nèi)遵循比爾定律，呈良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為：A=0.0989c+0.00965，相關(guān)系數(shù)為0.9976,檢出限(S/N=3)為0.025 mg/L。

2.3 磁性納米材料的表征

2.3.1X-射線衍射分析圖2為所制備的磁性納米粒子Fe3O4的X-射線衍射(XRD)圖。從圖中可以看出，在2θ=30.10°、35.5°、43.09°、53.4°、56.95°、62.83°處出現(xiàn)明顯的衍射峰，與JCPDS卡片72-23034比較可知，這些峰與Fe3O4的X-射線衍射圖中(220)、(311)、(400)、(422)、(440)、(511)標(biāo)出峰的位置一致，說明產(chǎn)物為立方尖晶石結(jié)構(gòu)的Fe3O4。

圖1 紫外-可見(UV-Vis)吸收光譜圖Fig.1 UV-Vis absorption spectruma.absorption spectrum of the complex Pb2+-XO for XO;b.absorption spectrum of the complex Pb2+-XO for water.

圖2 Fe3O4的X-射線衍射(XRD)分析Fig.2 XRD analysis of Fe3O4

圖3 Fe3O4(a)、Fe3O4@SiO2(b)、修飾CTAB模板(c)、Fe3O4@SiO2@m-SiO2(d)和Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2(e)的紅外(IR)光譜圖Fig.3 IR spectra of Fe3O4(a)，F(xiàn)e3O4@SiO2(b)，modified CTAB template(c)，F(xiàn)e3O4@SiO2@m-SiO2(d)and Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2(e)

2.3.2紅外光譜分析圖3為所制備的各種材料的紅外光譜圖。圖3a表明，582 cm-1為Fe3O4的Fe-O特征吸收峰；800 cm-1和1 080 cm-1分別為Si-O-Si的對稱振動和不對稱伸縮振動吸收峰(圖3b)，表明Fe3O4@SiO2形成;CTAB模板的-CH2在2 800～3 000 cm-1范圍內(nèi)的吸收峰可以確定(圖3c),但圖3d表明此范圍的吸收峰消失，表明CTAB模板已成功洗脫掉，形成了介孔結(jié)構(gòu)；960 cm-1處為Si-OH的吸收峰，圖3e表明，當(dāng)氨基硅烷基團(tuán)取代硅羥基時，此峰變?nèi)酰? 635 cm-1、1 560 cm-1分別為吸附水的O-H和自由的N-H或者質(zhì)子化的氨基吸收峰，表明氨基成功地修飾在磁性介孔材料上。

2.3.3掃描電鏡和透射電鏡表征圖4為所制備材料的掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)圖。由圖4a可見，F(xiàn)e3O4@SiO2@m-SiO2-NH2為球形的納米顆粒；由圖4b可見，F(xiàn)e3O4外面明顯包裹SiO2層；圖4c可見，在SiO2層外面包裹了介孔SiO2層，且SiO2層厚度約45 nm，介孔SiO2層厚度約135 nm，修飾-NH2后厚度并無明顯變化。由上述對材料的各種表征結(jié)果可知，本實(shí)驗(yàn)已成功制備了Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2磁性納米材料。

圖4 Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2(a)的掃描電鏡(SEM)圖和Fe3O4(b)、Fe3O4@SiO2(c)、Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2(d)的透射電鏡(TEM)圖Fig.4 SEM images of Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2(a)and TEM images of Fe3O4(b)，F(xiàn)e3O4@SiO2(c)，F(xiàn)e3O4@SiO2@m-SiO2-NH2(d)

2.4 Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2富集Pb2+條件優(yōu)化

2.4.1Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2用量的選擇取15 mL Pb2+溶液，固定Pb2+的濃度為0.3 mg/L，改變Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2的用量，探討該材料對Pb2+的富集效果，結(jié)果見圖5。由圖5可知，當(dāng)所制備磁性納米材料的用量為5.0 mg以上時，Pb2+能完全被富集。實(shí)驗(yàn)選擇其用量為5.0 mg。

2.4.2pH的影響改變?nèi)芤?pH值,用5.0 mg Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2對溶液中Pb2+進(jìn)行富集，結(jié)果見圖6。當(dāng)pH在5～7范圍時磁性納米材料對Pb2+的富集效果較好，本實(shí)驗(yàn)選擇pH為6.0。

圖5 Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2的用量對Pb2+的富集效率影響Fig.5 Effect of the amount of Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2 on the enrichment efficiency of Pb2+

圖6 pH對Pb2+的富集效率影響Fig.6 Effect of pH on the enrichment efficiency of Pb2+

2.4.3最佳洗脫條件的選擇分別采用0.1 mol/L HCl、HNO3對富集了Pb2+的磁性納米材料進(jìn)行洗脫。結(jié)果表明，HCl的洗脫效果較好。改變HCl的用量，探討Pb2+的洗脫效果。結(jié)果表明，當(dāng)HCl的用量大于5.0 mL時，Pb2+能較好地從富集的材料上洗脫下來，洗脫效率超過96.0%。實(shí)驗(yàn)選擇HCl用量為5.0 mL。

2.5 共存離子影響

實(shí)驗(yàn)探討了酒中一些共存物對Pb2+測量的影響。當(dāng)Pb2+的濃度為0.3 mg/L時，其他一些共存組分濃度(mg/L)為：Na+(2.0)、K+(2.0)、Ca2+(0.3)、Mg2+(0.1)、Zn2+(0.15)、Fe3+(0.2)、Cd2+(0.1)、Co2+(0.1)、Cr3+(0.3)、Mn2+(0.2)、Cu2+(0.2)時對測定的影響。結(jié)果表明所制備的磁性納米材料對Cu2+、Cd2+有一定的吸附，對Pb2+的分析會產(chǎn)生一定影響。實(shí)驗(yàn)采用加入0.25%鄰菲啰啉溶液1.25 mL，可將Cu2+、Cd2+完全掩蔽，能消除對Pb2+分析的影響。

2.6 樣品分析

分別移取紅酒、白酒、黃酒等不同基質(zhì)酒樣各15.0 mL至50 mL離心管中，加入1.25 mL 0.25%鄰菲啰啉溶液，按所建立分析方法進(jìn)行測定，結(jié)果見表1。由表1可知，采用本方法測定Pb2+的結(jié)果與原子吸收光譜法(AAS)分析結(jié)果相近，表明本方法具有較好的準(zhǔn)確性。

表1 酒樣中Pb2+的分析結(jié)果

3 結(jié)論

本文采用溶劑熱法，以TEOS為硅源，CTAB為模板，A-1160為氨基化試劑，制備了磁性納米材料Fe3O4@SiO2@m-SiO2-NH2，運(yùn)用該材料對酒樣中Pb2+進(jìn)行分離富集，結(jié)果表明所制備的材料能選擇性地富集Pb2+，結(jié)合分光光度法，建立了酒中Pb2+的分析方法。方法具有檢測成本較低、操作簡便的優(yōu)點(diǎn)，能較好的滿足不同基質(zhì)酒樣中Pb2+含量的監(jiān)測。