沙鷗，劉華，鮑佳琦，周浩，仝瑞，陳麗，王志，覃干景

（1.江蘇海洋大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，江蘇連云港222005；2.江蘇省海洋資源開(kāi)發(fā)研究院，江蘇連云港222005；3.江蘇海洋大學(xué)海洋生命與水產(chǎn)學(xué)院，江蘇連云港222005；4.江蘇深藍(lán)遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司，江蘇南通226100）

南極磷蝦（Euphausia superba），又名大磷蝦或南極大磷蝦，是一種小型的海洋浮游蝦狀甲殼類(lèi)動(dòng)物。南極磷蝦在南極生態(tài)系統(tǒng)中處于中心位置，是初級(jí)生產(chǎn)者和頂端捕食者之間的橋梁。南極磷蝦生物量約為6.5億噸～10億噸，是地球上最豐富的動(dòng)物物種之一[1-2]，也是人類(lèi)重要的后備蛋白庫(kù)。盡管南極磷蝦富含蛋白質(zhì)與多種微量元素，有研究發(fā)現(xiàn)該類(lèi)蝦中氟含量極為豐富，高氟含量不僅制約了南極磷蝦的加工與安全利用，也限制了南極磷蝦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3-6]，因此研究出一種可以快速高效檢測(cè)南極磷蝦中氟離子含量方法是極具意義。

目前，南極磷蝦中氟離子化合物的檢測(cè)方法主要有氟離子選擇電極法[7-8]、茜素分光光度法[9]以及離子色譜法[10]等。分光光度法由于方法簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便以及靈敏度高被廣泛用于牙膏、茶葉以及巖石[11-13]等物質(zhì)中氟含量測(cè)定，而采用離子液體增敏F--Al3+-CAS體系分光光度法測(cè)定南極磷蝦中氟化物的研究尚未報(bào)道。

室溫離子液體是指在室溫或室溫附近溫度下由不同陰陽(yáng)離子任意組合的新型綠色有機(jī)溶劑，具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于食品藥品分析、工業(yè)催化合成等領(lǐng)域[14-16]。有文獻(xiàn)報(bào)道側(cè)鏈具有長(zhǎng)碳鏈的咪唑類(lèi)離子液體具有表面活性劑的特性，可作為光度法的增敏劑來(lái)使用[17-18]。

本研究采用離子液體增敏分光光度法對(duì)南極磷蝦中氟含量測(cè)定，在pH 4.80的B-R緩沖體系中，Al3+與CAS形成二元絡(luò)合物，氟離子（F-）的加入對(duì)Al3+-CAS二元絡(luò)合物形成具有競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，使該體系發(fā)生褪色反應(yīng)，吸光度降低，研究還發(fā)現(xiàn)離子液體溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑（[C16MIM]Br）的加入使得上述體系吸光度的改變值增加更加顯著，且645 nm波長(zhǎng)下的吸光度改變值與氟離子加入量成正比，據(jù)此建立測(cè)定了離子液體增敏分光光度法，并將該法用于南極磷蝦實(shí)際樣品中氟離子的分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南極磷蝦全蝦、南極磷蝦去殼蝦肉：江蘇深藍(lán)遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司；氟化鈉、鉻天青S：阿拉丁試劑有限公司；無(wú)水乙酸鈉、二水合檸檬酸鈉、高氯酸、乙酸、鹽酸、磷酸：純度85%、硫酸、硼酸、硫酸鋁：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑（分析純）：上海成捷離子液體有限公司；氟標(biāo)準(zhǔn)溶液（5.0 mg/L）：準(zhǔn)確稱(chēng)取0.552 7 g氟化鈉，溶于二次去離子水中，并用二次去離子水定容至250 mL容量瓶中，配成1 000.0 mg/L的 F-儲(chǔ)備液，臨用前稀釋為 5 mg/L；Al3+溶液（4.0 mg/L）；鉻天青 S溶液（5×10-4mol/L）、溴化 1-十六烷基-3-甲基咪唑（1.0 g/L）、B-R緩沖液（pH1.80～7.00）、總離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖液劑均為分析純；實(shí)驗(yàn)室用水為二次去離子水。

1.2 儀器與設(shè)備

紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（TU-1901）：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；離子計(jì)（PXSJ-216）：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；臺(tái)式高速離心機(jī)（H1850）：湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；超聲波清洗劑：寧波立誠(chéng)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的前處理

準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量南極磷蝦全蝦與蝦肉樣品分別置于50 mL聚乙烯塑料管中，各加入30 mL去離子水，在65℃條件下超聲輔助浸提45 min，浸提后12 000 r/min離心5 min，取上清液，作為水溶性氟的樣品液[19]。

準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量南極磷蝦全蝦與蝦肉樣品分別置于50mL聚乙烯塑料管中，各加10mL鹽酸（1∶11，體積比），室溫條件下超聲輔助浸提30 min，浸提后12 000 r/min離心5 min，取上清液，作為酸溶性氟的樣品液[20]。

1.3.2 測(cè)定方法

準(zhǔn)確移取適量氟離子標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品溶液于10 mL比色管中，依次加入1.50 mL Al3+溶液，1.00 mLCAS溶液，1.00 mL[C16MIM]Br溶液以及 2.00 mL pH4.80的B-R緩沖液，用水定容至刻度搖勻，并室溫下反應(yīng)40 min，以相應(yīng)的試劑空白為參比，在645 nm波長(zhǎng)處測(cè)定絡(luò)合物的吸光度A。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸收曲線(xiàn)

按照試驗(yàn)方法，以各自試劑空白為參比，對(duì)不同反應(yīng)體系在500 nm～700 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行光譜掃描，結(jié)果如圖1所示。

圖1 吸收光譜Fig.1 Absorption spectrum

向 Al3+CAS（曲線(xiàn) 1）體系中加入 F-后，F(xiàn)-對(duì) Al3+-CAS二元絡(luò)合物形成具有競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用從而使體系吸光度降低（曲線(xiàn)2）；分別向上述體系中各加入[C16MIM]Br，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)曲線(xiàn)3與曲線(xiàn)4吸光度差值大于曲線(xiàn)2與曲線(xiàn)1的吸光度差值。該結(jié)果表明具有表面活性劑特性的[C16MIM]Br的加入對(duì)于Al3+-CAS二元絡(luò)合物體系具有增敏作用，并生成新的三元絡(luò)合體系[18，21]，最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生藍(lán)移，由原來(lái)的545 nm藍(lán)移至645 nm，吸光度改變值由0.205增加至0.564，故試驗(yàn)選擇645 nm作為本研究體系的測(cè)定波長(zhǎng)。

2.2 酸度的影響

試驗(yàn)考察了酸度對(duì)于體系吸光度的影響。溶液pH值過(guò)低，F(xiàn)-易形成氫氟酸使參與反應(yīng)的有效氟離子濃度減少，溶液pH值過(guò)高，Al3+與氫氧根形成氫氧化鋁沉淀，故試驗(yàn)選擇在pH 2.50～7.00范圍內(nèi)對(duì)體系吸光度進(jìn)行研究，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 酸度對(duì)吸光度的影響Fig.2 Effect of acidity on absorbance

pH值在4.80～5.50時(shí)吸光度較大且穩(wěn)定，且研究發(fā)現(xiàn)緩沖液用量對(duì)體系吸光度影響可忽略，故研究選擇2.00 mL的pH4.80 B-R緩沖液控制體系的酸度。

2.3 Al3+用量的影響

按試驗(yàn)方法項(xiàng)，考察Al3+的用量對(duì)體系吸光度的影響，如圖3所示。

圖3 Al3+用量對(duì)吸光度的影響Fig.3 Effect of Al3+dosage on absorbance

在0.30 mL～2.00 mL范圍內(nèi)，隨著鋁離子用量增加，體系吸光度逐漸增加，鋁離子用量在1.50 mL時(shí)吸光度最靈敏，此后隨著鋁離子用量增加，吸光度減少，因此試驗(yàn)選擇Al3+的用量為1.50 mL進(jìn)行后續(xù)研究。

2.4 CAS用量的影響

按試驗(yàn)方法項(xiàng)，僅改變CAS的用量，考察CAS用量對(duì)體系吸光度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 CAS用量對(duì)吸光度的影響Fig.4 Effect of CAS dosage on absorbance

當(dāng)CAS的用量在1.00 mL～1.60 mL時(shí)吸光度較大且穩(wěn)定，此后隨著CAS用量增加吸光度不斷降低。故選擇CAS的用量為1.00 mL。

2.5 離子液體的選擇與用量的影響

考察了不同碳鏈長(zhǎng)度離子液體（[C12MIM]Br、[C14MIM]Br以及[C16MIM]Br）對(duì)體系的增敏效果，離子液體濃度固定為1 g/L，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。隨著側(cè)鏈碳鏈上碳原子數(shù)增加，體系吸光度增加，[C16MIM]Br增敏效果最好。

隨著[C16MIM]Br用量增加，體系吸光度先增加，而后降低，[C16MIM]Br加入量為1.00 mL時(shí)吸光度體系最大，故選擇[C16MIM]Br為增敏劑且用量為1.00 mL。試驗(yàn)進(jìn)一步研究了[C16MIM]Br加入量對(duì)體系吸光度的影響，結(jié)果如圖6所示。

圖5 碳鏈長(zhǎng)度對(duì)吸光度的影響Fig.5 Effect of carbon chain length on absorbance

2.6 干擾離子影響

圖6 [C16MIM]Br用量對(duì)吸光度的影響Fig.6 Effect of[C16MIM]Br on absorbance

按試驗(yàn)方法項(xiàng)，對(duì)0.50 mg/L的F-標(biāo)準(zhǔn)溶液加入干擾離子進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于測(cè)定0.50 mg/L的氟離子，以誤差在±5%計(jì)為不干擾測(cè)定。以倍數(shù)計(jì)算可共存離子允許量：500 倍的 Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、HPO42-；100 倍的 Fe2+、Mn2+、Zn2+，50 倍的酪蛋白、Ni2+、Cr3+；10倍的 Cu2+，F(xiàn)e3+的干擾以加抗壞血酸還原和鄰菲羅啉掩蔽進(jìn)行消除。

2.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)與檢出限

準(zhǔn)確移取不同量的5.00 mg/L F-標(biāo)準(zhǔn)溶液分別于10 mL的比色管中，按1.3.2項(xiàng)，以試劑空白為參比，測(cè)定吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，結(jié)果如圖7所示。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)Fig.7 Standard curve

氟離子質(zhì)量濃度在0.050 mg/L～1.0 mg/L范圍內(nèi)與吸光度成正比，線(xiàn)性回歸方程為A645=0.878C（mg/L）+0.052 4，線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)為0.999 2，摩爾吸光系數(shù)ε645=1.67×104L/（mol·cm）。按照試驗(yàn)方法，取5.0 mg/L F-標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL進(jìn)行10次平行測(cè)定，求得標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.009 6，檢出限LOD=3SD/k=0.032 8 mg/L（SD為10次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，k是線(xiàn)性方程的斜率）。

2.8 樣品分析

按1.3.1項(xiàng)對(duì)樣品進(jìn)行處理，準(zhǔn)確移取稀釋后的樣品溶液，按試驗(yàn)方法項(xiàng)1.3.2進(jìn)行操作，測(cè)得體系吸光度，計(jì)算樣品含氟量，并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 回收率測(cè)定結(jié)果（n=5）Table 1 Result of the recover（n=5）

由表1可知，南極磷蝦蝦肉水溶性氟與酸溶性氟的含量為31.8、50.7 mg/kg，南極磷蝦全蝦水溶性氟與酸溶性氟的含量為270.1、1 608.9 mg/kg，與文獻(xiàn)報(bào)道的南極磷蝦氟主要富集在蝦殼中一致[6]，回收率在95.8%～106.9%以?xún)?nèi)，并將測(cè)定結(jié)果與氟離子選擇電極法進(jìn)行比較見(jiàn)表2，兩種方法測(cè)定氟含量的相對(duì)誤差在5%左右。

表2 南極磷全蝦、蝦肉中氟離子含量Table 2 Fluoride content in Antarctic krill whole shrimp and shrimp meat

3 結(jié)論

本文系統(tǒng)地考察了鋁離子用量、鉻天青S用量、離子液體溴化1-十六烷基-3-甲基咪唑用量等對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，在此基礎(chǔ)上建立了離子液體增敏分光光度法對(duì)南極磷蝦中氟含量進(jìn)行測(cè)定的新方法。該法加標(biāo)回收率在95.8%～106.9%以?xún)?nèi)，并將測(cè)定結(jié)果與氟離子選擇電極法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，該方法適于南極磷蝦中氟離子含量的測(cè)定。樣品含氟量結(jié)果表明，本研究南極磷蝦樣品中蝦肉水溶性氟與酸溶性氟的含量為31.78、50.7 mg/kg，南極磷蝦全蝦水溶性氟與酸溶性氟的含量為270.1、1 608.9 mg/kg，南極磷蝦全蝦氟含量遠(yuǎn)高于南極磷蝦蝦肉氟含量，可以采用脫殼技術(shù)降低南極磷蝦的氟含量，為南極磷蝦的開(kāi)發(fā)利用提供了理論基礎(chǔ)。