图 1 吸收光谱曲线
Fig.1 Absorption spectra of crystal violet in different systems
秦建芳 1，李佳润 2，弓巧娟 1，*，杨海英 1，王永东 3，姚陈忠 1，黄 珊 1
（1.运城学院应用化学系，山西 运城 044000；2.北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院，广东 珠海 619000；3.山西大学化学化工学院，山西 太原 030006）
摘 要：在硫酸介质中，甲醛能催化过氧化氢氧化结晶紫的褪色反应，其褪色程度与甲醛的含量呈正比，以此建立一种测定啤酒中痕量甲醛的新方法，研究影响该反应速率的条件。结果表明，最佳实验条件下，甲醛在质量浓度0.4～2.0 μg/mL范围内与吸光度呈良好的线性关系。方法的检出限为0.35 μg/mL，对质量浓度1.6 μg/mL甲醛标准溶液进行11 次平行检测，得到相对标准偏差为1.03%，该方法的灵敏度高、选择性好，适用于啤酒中痕量甲醛的检测，加标回收率为98.6%～104.6%，结果令人满意。
关键词：动力学光度法；甲醛；结晶紫；过氧化氢
生活中，啤酒、果汁是人们最喜爱的饮品。饮品中的甲醛主要来源于食品容器内壁涂料的浸出 ［1-3］。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌致畸物质之一 ［4］。因此测定及控制饮品中甲醛的污染问题已越来越受到人们的普遍关注。对痕量甲醛检测的方法主要有气相色谱法 ［5］、高效液相色谱法 ［6-7］、化学发光法 ［8-9］、萃取法 ［10］、极谱法 ［11-12］、荧光法 ［13］和催化光度法 ［14-17］等。
本实验采用催化动力学褪色光度法测定食物中痕量甲醛，目前该法普遍使用的氧化剂为溴酸钾 ［18-23］，由于Φ θH 2O 2/H 2O＞Φ θBrO 3 3－/Br －可知H 2O 2的氧化性强于KBrO 3，且H 2O 2较KBrO 3对环境和人体较安全，因此本实验选用H 2O 2做氧化剂。而还原剂结晶紫法鲜见报道。本研究发现在酸性介质中，过氧化氢在甲醛的催化作用下能使结晶紫褪色，在此基础上拟建立结晶紫-过氧化氢体系测定啤酒中痕量甲醛的新方法。
1.1 材料与试剂
1 mol/L盐酸、0.1 mol/L过氧化氢、1.00×10 －4g/mL结晶紫，1 mg/mL HCHO标准贮备液配制：吸取1.40 mL质量分数为36%～38% HCHO试剂定容至500 mL容量瓶中，碘量法标定其准确浓度，用时逐级稀释；实验所用试剂均为分析纯，所用水均为二次蒸馏水。
1.2 仪器与设备
Cary5000型紫外-可见-近红外分光光度计 美国安捷伦公司；HH-2型电热恒温水浴锅 北京科伟永兴仪器有限公司；FA1204B型电子分析天平 上海精科天美科学仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 样品处理
取新购雪花牌啤酒100 mL置于三角瓶中，振荡10 min，静置，直到啤酒的气泡全部消失。吸取处理好的啤酒50 mL移入500 mL蒸馏瓶中，加入40 mL 200 g/L磷酸溶液于蒸馏瓶中，蒸馏，收集流出液于100 mL容量瓶中定容。另移取50 mL去离子水同上操作，制得空白液。
1.3.2 吸光度测定
取两支25 mL比色管，分别依次加入1.00×10 －4g/mL结晶紫溶液4 mL，0.1 mol/L硫酸溶液4 mL，再加入0.1 mol/L过氧化氢溶液3 mL。混匀，向其中一支中加入10 μg/mL甲醛标准溶液5 mL或样品溶液，用二次蒸馏水定容至25 mL，振荡摇匀。放置于60 ℃恒温水浴中加热l5 min取出后用流动水冷却4 min来终止反应。用1 cm比色皿，以蒸馏水为参比，在波长400～640 nm范围内分别扫描催化和非催化体系的吸收光谱，在波长583 nm处分别测量催化体系的吸光度A和非催化体系的吸光度A 0，并计算ΔA=A－A 0；采用单因素试验考察各种因素对体系吸光度的影响，从而得到最佳实验条件。
1.3.3 样品中甲醛含量及回收率的测定
移取10.00 mL经预处理的啤酒待测液，按照实验方法测定其吸光度（A），计算出甲醛含量，加标液，继续测定其总值，计算回收率。
2.1 吸收曲线
图 1 吸收光谱曲线
Fig.1 Absorption spectra of crystal violet in different systems
由图1可知，体系1在波长583 nm处有最大吸收峰
（曲线1），体系2在甲醛的作用下，其吸光度明显下降
（曲线2），说明甲醛对结晶紫-过氧化氢体系有较明显的催化作用，两条曲线均在波长583 nm处有最大的吸收峰且ΔA最大。故选择波长583 nm作为测量波长。
2.2 反应条件的优化
2.2.1 酸的种类和体积的影响
由于过氧化氢只有在酸性介质中才能氧化结晶紫，因此比较了硫酸、磷酸、盐酸3 种酸介质，发现硫酸作为反应介质时，甲醛能显著催化这一褪色反应。因此，选用硫酸溶液。结果表明，用0.100 mol/L硫酸控制体系的酸度，ΔA值最大且稳定。且其用量在4.00～5.00 mL时，Δ A值最大，如图2所示。因此选用4.00 mL 0.1 mol/L硫酸溶液。
图 2 硫酸用量的影响
Fig.2 Effects of sulfate acid dosage on ΔA
2.2.2 结晶紫用量的影响
考察1.00×10 －4g/mL结晶紫用量在1.00～7.00 mL其对ΔA的影响，如图3所示。结果表明，结晶紫用量为4.00 mL时，体系的ΔA值最大，所以选用结晶紫的用量为4.00 mL。
图 3 结晶紫用量的影响
Fig.3 Effect of crystal violet dosage on Δ A
图 4 过氧化氢用量的影响
Fig.4 Effect of hydrogen peroxide dosage on ΔA
2.2.3 过氧化氢用量的影响考察了不同浓度的过氧化氢溶液（0.01～1 mol/L）以及用量对测定结果的影响，如图4所示。结果表明，用
0.1 mol/L过氧化氢溶液进行反应，ΔA最大且稳定。因此选用0.1 mol/L过氧化氢溶液，当其用量为3.00 mL时，体系的ΔA最大，故选用过氧化氢的用量为3.00 mL。
图 5 反应温度的影响
Fig.5 Effect of reaction temperature on ΔA
2.2.4 反应温度的影响考察反应温度对体系吸光度的影响。在室温条件下，甲醛对该体系几乎没有催化作用，因此本实验选取了在40～90 ℃的恒温水浴进行测试。从图5可以看出，当温度在40～60 ℃范围内，ΔA随温度的升高而增加。当温度高于60 ℃后，由于空白反应速率加快，使得ΔA减小。反应温度为60 ℃时，体系的ΔA最大，且有较宽的线性范围。所以，选取反应温度为60 ℃。
2.2.5 反应时间的影响
图 6 反应时间的影响
Fig.6 Effect of reaction time on ΔA
考察反应时间对体系吸光度的影响，如图6所示。结果表明：Δ A随着加热时间延长而增大。当加热时间为15 min时，Δ A最大且趋于稳定，因此选择加热时间为15 min。
2.2.6 标准曲线与检出限
在最佳实验条件下，记录了不同质量浓度甲醛标准溶液的吸光度，结果显示，甲醛在0.4～2.0 μg/mL的范围内与吸光度呈现良好的线性关系，如图7所示。线性回归方程为ΔA=0.060 6+0.098 5ρ 甲醛，相关系数为0.997 7。对质量浓度为1.6 μg/mL的甲醛标准溶液进行11 次重复测定，得到相对标准偏差为1.03%。对不含甲醛的空白溶液进行11 次平行测定，得到空白标准偏差，检出限由3 倍的空白标准偏差除以标准曲线的斜率得到，结果为0.35 μg/mL。
图 7 标准曲线
Fig.7 Standard curve for formaldehyde determination
2.2.7 共存物质的影响
考察了常见的物质和离子对甲醛测定的干扰性实验，以0.5 μg/mL甲醛做测试，测量的相对误差不大于±5%，甲酸、苯、苯甲酸、丙酮500 倍；Na +、K +、Cl －、Ca 2+、NH + 4、OH －、HCO － 3、CO 3 2－、I －、Br －、SO 4 2－300 倍不干扰测定。
2.2.8 样品分析
表1 啤酒中的甲醛含量及回收率
TTaabbllee ll FFoorrmmaallddeehhyyddee ccoonntteennttss iinn bbeeeerr aanndd ssppiikkee rreeccoovveerriieess
样品 测定/ （μg/mL）加标/ （μg/mL）总值/ （μg/mL） 回收率/% 1 0.534 0.5 1.038 100.8 2 0.512 0.5 1.008 99.2 3 0.526 1.0 1.530 100.4 4 0.529 1.0 1.515 98.6 5 0.518 1.0 1.519 100.1 6 0.535 0.3 0.849 104.6 7 0.539 0.3 0.842 101.0
如表1所示，测得样品中甲醛含量为1.317 μg/mL，虽然样品中有甲醛检出但是啤酒中存在一定量的甲醛本底值，根据GB 2758—2012《发酵酒及其配制酒》规定甲醛应含量低于2 μg/mL，故所检测样品中未人为添加甲醛防腐剂或用工业甲醛浸渍大麦、给罐体、管道消毒等。测得的加标回收率在98.6%～104.6%之间，符合标准。
2.3 催化机理
从吸收光谱可知，2 个体系的最大吸收峰的位置和光谱的形状没有改变，但是催化体系的吸光度明显下降，可以认为HCHO在此体系中起催化作用。根据有关文献［24-26］机理的探讨，推测可能的机理如下：过氧化氢作为氧化剂时，通过热解直接产生·OH，产生的·OH直接进攻结晶紫生成了无色结晶紫，但是由于·OH存在的时间很短，使得反应进行的速度较慢。加入甲醛以后，产生的·OH通过加成具有高电子云密度的双键，产生新的自由基
。该自由基可能具有更高的活性存在的时间更长，它进攻结晶紫改变了反应历程，降低了反应的活化能，从而使反应的速率加快，详细的分析在进一步的研究之中。
本实验建立了结晶紫-过氧化氢体系催化动力学褪色光度法测定啤酒中痕量甲醛的新方法，它具有灵敏度高、选择性好、操作简单的优点，用于啤酒中甲醛含量的测定，加标回收率在98.6%～104.6%之间，结果满意。参考文献：
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Catalytic Kinetic Spectrophotometric Determination of Trace Formaldehyde in Beer
QIN Jianfang
1， LI Jiarun
2， GONG Qiaojuan
1，*， YANG Haiying
1， WANG Yongdong
3， YAO Chenzhong
1， HUANG Shan
1
（1. Department of Applied Chemistry， Yuncheng University， Yuncheng 044000， China；2. College of United International， Beijing Normal University-Hong Kong Baptist University， Zhuhai 619000， China；3. College of Chemistry and Chemical Engineering， Shanxi University， Taiyuan 030006， China）
Abstract：In sulfuric acid medium， hydrogen peroxide can oxidize and decolorize crystal violet under the catalysis of formaldehyde， and the extent of decolorization is proportional to the content of formaldehyde. A new method was established for the determination of trace formaldehyde. The factors affecting the rate of catalytic fading reaction were investigated. Under the optimal conditions， the formaldehyde concentrations within a range of 0.4-2.0 μg/mL exhibited a good linear relationship， the detection limit was 0.35 μg/mL and the relative standard deviation （RSD） of 1.03% for 11 repetitive determinations of 1.6 μg/mL formaldehyde solution. The proposed method is of high sensitivity and selectivity. When it was applied in the detection of trace formaldehyde in beer， the spike recoveries were between 98.6% and 104.6%. Key words: catalytic kinetic spectrophotometry； formaldehyde； crystal violet； hydrogen peroxide
中图分类号：O657.32
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2015）24-0205-04
doi：10.7506/spkx1002-6630-201524038
收稿日期：2015-01-21
基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（51101138）；运城市科技局项目（2060499）
作者简介：秦建芳（1978—），女，讲师，硕士，主要从事化学相关领域研究。E-mail：jianfangqin2011@126.com
*通信作者：弓巧娟（1962—），女，教授，博士，主要从事化学相关领域研究。E-mail：gqjuan@163.com