周福林，宋少飞，弓巧娟，张稳婵，周 蓓
(运城学院应用化学系，山西 运城 044000)
催化氧化荧光法测定防腐剂苯甲酸
周福林，宋少飞，弓巧娟，张稳婵，周 蓓
(运城学院应用化学系，山西 运城 044000)
在pH8的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，Co2+催化KBrO3氧化苯甲酸产生强荧光，建立催化氧化荧光法间接测定苯甲酸的新方法。在最优化条件下，苯甲酸质量浓度在5×10-7～3×10-5g/mL范围内与荧光强度呈良好的线性关系，方法的检出限为2×10-8g/mL。对质量浓度为1×10-6g/mL的苯甲酸标准溶液进行11次平行测定，得相对标准偏差(RSD)为1.9%。该法应用于食醋及酱油中苯甲酸的测定，回收率为95.7%～101.6%，结果令人满意。
催化氧化；荧光法；苯甲酸；防腐剂
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)是一种有机化学防腐剂，具有杀死或抑制细菌生长和繁殖的作用，被广泛应用于食品工业。但是超标准使用防腐剂会加重人的肝脏负担并引起毒性反应，严重损害人体健康。我国对防腐剂使用有着严格的规定[1]，酱油和食醋是人们日常饮食中广泛使用的调味剂，因此测定酱油和食醋中的苯甲酸具有十分重要的意义。
目前，国内外对苯甲酸的测定方法主要有高效液相色谱法[2-7]、气相色谱法[8-11]和紫外光度法[12-14]，此外，还有毛细管电泳法[15-16]、离子色谱法[17]、极谱法[18]、化学发光法[19]等。催化动力学荧光法具有仪器简单、灵敏度高、检出限低等优点，用此法研究苯甲酸的报道目前甚少[20]。本实验在酸性条件下，Co2+催化KBrO3氧化苯甲酸产生强荧光，建立测定苯甲酸的催化氧化荧光新方法。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
酱油 佛山市海天调味食品有限公司；白醋 太原市古灯调味食品有限公司。
1×10-2g/mL苯甲酸标准溶液，临用时逐级稀释；NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液pH8；0.25mol/L KBrO3溶液、3.125×10-2mol/L Co(NO3)2溶液。实验所用水均为二次蒸馏水，所用试剂均为分析纯。
F-4600 荧光分光光度计 日本日立公司；FA1104型电子天平 上海恒平科学仪器有限公司；HHS型电热恒温水浴锅 天津市华北实验仪器有限公司。
1.2 方法
在两支25mL比色管中，一支加入一定量的苯甲酸标准溶液，另一支不加(空白)，再分别准确加入2mL NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液，3mL KBrO3溶液，0.8mLCo(NO3)2溶液，用二次蒸馏水稀释至刻度，摇匀。在40℃的水浴中加热18min，冷水冷却后，以303nm为激发波长，602nm为发射波长分别测定它们的荧光强度，催化反应荧光强度为I，非催化反应荧光强度为I0，计算ΔI=I－I0。
2 结果与分析
2.1 激发和发射光谱
配制不同体系的溶液(图1)，用荧光分光光度计分别绘制激发和发射光谱。图1曲线1、1′是苯甲酸溶液的荧光光谱，曲线2、2′说明KBrO3能氧化苯甲酸发出强荧光，当体系中加入Co(NO3)2后，反应速率明显加快(曲线3、3′)，而且只增强了荧光强度，光谱形状并没有改变，说明Co2+对此反应有明显的催化作用。
图1 荧光激发(a)和发射(b)光谱Fig.1 Excitation and emission spectra of reaction system
2.2 反应条件的选择
2.2.1 波长的选择
由图1可见，几种体系溶液的最大激发波长和最大发射波长均在303nm和602nm处。因此，本实验选最大激发波长和最大发射波长分别为303nm和602nm。
2.2.2 缓冲溶液体积的影响
溶液酸度是影响反应的重要参数之一。本实验选择磷酸盐作为缓冲溶液，发现pH8时，荧光强度最大，故实验选用pH8的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液。实验对缓冲溶液体积进行了考察。如图2所示，当缓冲溶液的体积为2.0mL时，ΔI最大，固实验选择pH8的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液的体积为2.0mL。
图2 缓冲溶液体积的影响Fig.2 Effect of buffer solution volume on fluorescence intensity
2.2.3 KBrO3浓度的影响
实验考察0.005～0.035mol/L范围内不同浓度KBrO3对荧光强度的影响(图3)。当KBrO3浓度为0.03mol/L时，ΔI最大。因此，本实验选择KBrO3溶液的最佳浓度为0.03mol/L。
图3 KBrO3浓度的影响Fig.3 Effect of KBrO3concentration on fluorescence intensity
2.2.4 Co(NO3)2浓度的影响
由图4可见，随着Co(NO3)2浓度的增大，ΔI也增大，当Co(NO3)2浓度大于1.0×10-3mol/L时，ΔI反而降低。所以Co(NO3)2溶液的最佳浓度为1×10-3mol/L。
图4 Co(NO3)2浓度的影响Fig.4 Effect of Co(NO3)2concentration on fluorescence intensity
2.2.5 反应温度的影响
实验对反应温度进行考察，结果表明(图5)，当温度为40℃时，ΔI达到最大值，所以最佳反应温度为40℃。
图5 反应温度的影响Fig.5 Effect of reaction temperature on fluorescence intensity
2.2.6 反应时间的影响
ΔI值随着反应时间的增加而增大，当时间大于18min时，ΔI值随着时间的增加反而减小(图6)。所以，本实验选择的反应时间为18min。
图6 反应时间的影响Fig.6 Effect of reaction time on fluorescence intensity
2.3 苯甲酸标准曲线的绘制
按上述实验方法，在最优实验条件下，对不同质量浓度的苯甲酸标准溶液进行测定。苯甲酸质量浓度在5×10-7～3×10-5g/mL范围内与ΔI成线性关系(图7)，其回归方程为ΔI=40.85C＋792.6(C为标准品质量浓度/(10-6g/mL))，r=0.9979。
图7 苯甲酸标准曲线Fig.7 Standard curve establishment for the determination of benzoic acid
2.4 精密度与检出限
按实验方法，对质量浓度为1×10-6g/mL的苯甲酸标准溶液进行11次平行测定，相对标准偏差为1.9%，根据IUPAC建议，计算出该方法的检出限是2×10-8g/mL。
2.5 共存离子的影响
实验考察不同物质对苯甲酸的干扰实验，对相同质量浓度的苯甲酸(1×10-6g/mL)，测量误差在±5%以内，结果如下：Na+、K+、Ag+、BrO3-(1000 倍)，Mg2+、Ca2+、Zn2+、Cd2+、NO3-、Cl-(500 倍)，PO43-、Al3+、Cr3+(400倍)，SO42-(350倍)不干扰测定。
2.6 样品分析
实验对酱油和白醋中的苯甲酸进行了测定，取酱油和白醋各1mL，稀释至50mL，分别取稀释后的样品溶液1、2、3mL，按2.2节实验方法进行测定，同时进行了加标回收实验，结果见表1。
表1 酱油和白醋中苯甲酸的测定结果(n=6)Table l Determination of benzoic acid in sauce and white vinegar (n=6)
2.7 反应机理研究
在pH8的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液介质中，40℃水浴条件下，KBrO3氧化苯甲酸发出强荧光。反应进行的较慢，当体系中加入Co2+后，反应速率明显加快，荧光强度得到了增强，但光谱形状没有改变，可以认为Co2+在此体系中起催化作用。根据有关文献机理的探讨和该催化反应体系的荧光光谱行为[21-22]，推测催化反应机理如下：
图8 苯甲酸催化反应机理Fig.8 Catalytic reaction mechanism of benzoic acid
3 结 论
本实验建立了间接测定苯甲酸的催化氧化荧光新方法，该方法具有灵敏度高，选择性好，操作简便等优点。已用于食醋及酱油中苯甲酸的测定，回收率为95.7%～101.6%，结果令人满意。
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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
运城学院2009年度院级基础研究项目(JC-2009005)；运城学院基金项目(20060228)；山西省教育厅高等教育研究基金项目(200713033)
周福林(1980—)，女，讲师，硕士，主要从事仪器分析及食品分析的应用研究。E-mail：ssfzfl@163.com
