□ 劉靜 陜西學(xué)前師范學(xué)院

　　摘 要：合成了一種菁染料-b-環(huán)糊精化合物(Dye-b-CD)，采用紫外-可見(jiàn)光譜法探討了以這種菁染料-b-環(huán)糊精作為帶有熒光探針的主體化合物在食品檢測中的應用。結果表明：該菁染料-b-環(huán)糊精能夠在pH=7.2的緩沖溶液介質(zhì)對Cu2+進(jìn)行定量識別，根據Benesi-Hildebrand方程確定該菁染料-b-環(huán)糊精與硝酸鉻包結比為1，其包合常數為2.51×105 L/mol ，合成的菁染料-b-環(huán)糊精化合物能夠有效的對食品中銅含量進(jìn)行測定。

　　關(guān)鍵詞：菁染料-b-環(huán)糊精;紫外-可見(jiàn)光譜;食品檢測

　　中圖分類(lèi)號：O657.31 文獻標識碼：A 文章編號：

　　人體血液中，銅與鐵有著(zhù)同樣重要的地位，銅是鐵的“助手”。人體中，能夠吸收銅的部位主要是胃和小腸上部。當銅在人體中被吸收后，進(jìn)入人體血液中，80%的結合成血漿銅藍蛋白。銅在血紅蛋白形成中的作用，一般認為是促進(jìn)對腸道鐵的吸收和從肝及網(wǎng)狀內皮系統的貯藏中使它釋放出來(lái)，故銅對于血紅蛋白的形成起著(zhù)重要作用。

　　從食品商品化的角度來(lái)看，少量的銅對產(chǎn)品質(zhì)量的影響主要是在食油及含不飽和脂肪的食品中，銅離子實(shí)際上起著(zhù)催化劑的作用，造成食品酸敗、變色和其他一些反應。這些影響盡管使產(chǎn)品在外觀(guān)上不受人歡迎，但通常并不會(huì )引起中毒和降低食品的營(yíng)養價(jià)值。

　　食物中銅的豐富來(lái)源有口蘑、海米、紅茶、花茶、磚茶、榛子、葵花子、芝麻醬、西瓜子、綠茶、核桃、黑胡椒、可可、肝等。良好來(lái)源有蟹肉、蠶豆、蘑菇(鮮)、青豆、小茴香、黑芝麻、大豆制品、松子、龍蝦、綠豆、花生米、黃豆、土豆粉、紫菜、蓮子、蕓豆、香菇(香菇食品)、毛豆、面筋、果丹皮、茴香、豌豆、黃醬、金鐵菜、燕麥片、栗子、堅果、黃豆粉和小麥胚芽。一般來(lái)源有杏脯、綠豆糕、酸棗、番茄醬、青梅果脯、海參、米花糖、香蕉、牛肉、面包、黃油、蛋、魚(yú)、花生醬、花生、豬肉和禽肉。微量來(lái)源有巧克力、豌豆黃、木耳、麥乳精、豆腐花、稻米、動(dòng)物脂肪、植物油、水果、蔬菜、奶及奶制品和糖。

　　目前，食品中銅含量的測定主要依照標準GB/5009.12-2003，其中規定的檢出限分別為：石墨爐原子吸收光譜法5μg/kg;氫化物原子熒光光譜法固體試樣為5μg/kg，液體試樣為1μg/kg;火焰原子吸收光譜法0.1mg/kg;比色法為0.25mg/kg;單掃描極譜法為0.085mg/kg。而國家規定的衛生指標中，要求糧食、豆類(lèi)、蔬菜、水果、肉類(lèi)、水產(chǎn)類(lèi)和蛋類(lèi)的銅含量分別小于或等于10mg/Kg、20mg/Kg、10mg/Kg、10mg/Kg、10mg/Kg、50mg/Kg和5mg/Kg。這就使得在使用石墨爐原子吸收光譜法等常規手段檢測食品種銅含量時(shí)要將樣品稀釋至合適的濃度，如果樣品中銅含量過(guò)高，則使得樣品的準備工作較為繁復，造成測量誤差較大。

　　為應對石墨爐原子吸收光譜法等常規檢測手段檢測范圍較窄等缺點(diǎn)，本工作采用3-吲哚甲醛對β-環(huán)糊精進(jìn)行修飾，合成一種菁染料-β-環(huán)糊精：?jiǎn)?6-脫氧-6-[4-(2-甲基-2-苯并惡唑次甲基)吡啶鎓]-β-環(huán)糊精碘鹽，研究以其作為帶有熒光探針的主體化合物對樣品中Cu2+的定量識別作用，為采用光譜法使用具有熒光探針的主體化合物進(jìn)行食品中Cu2+提供實(shí)驗基礎。

　　1 實(shí)驗

　　1.1 儀器和試劑

　　β-環(huán)糊精，硫酸銅、對甲苯磺酰氯、乙腈、吡啶和DMF均為分析純。光譜實(shí)驗所用溶劑為甲醇-水(3:7)的混合溶液，配制成pH=7.2的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液(0.1mol/L)。F-4500型熒光光譜儀(日本島津公司);INOVA-400MHz型核磁共振儀(美國Varian公司);EQUINOX-55型傅立葉紅外光譜儀(德國布魯克公司);AXIMA-CFR™ plus基質(zhì)輔助激光解吸附電離飛行質(zhì)譜儀(島津集團);Vario EL-III 元素分析儀(德國艾樂(lè )曼元素分析系統公司);UV-1700紫外-可見(jiàn)分光光度計(日本島津公司)。

　　1.2 菁染料-b-環(huán)糊精的合成及表征[12]

　　合成路線(xiàn)：

 

　　1.2.1 單-6-脫氧-6-對甲基苯磺酰-β-環(huán)糊精的制備

　　在三口燒瓶中加入β-環(huán)糊精、NaOH分別為60.00g、6.28g，然后加入500.0mL水作為溶劑，降溫至6℃，使其完全溶解;將對甲苯磺酰氯溶液10.08g溶于30.0mL乙腈中，攪拌在10min內緩慢滴加至三口燒瓶中。待對甲苯磺酰氯溶液滴加完畢，將反應液升溫至30℃，繼續反應12h，抽濾，得到的濾液于4℃下靜置24-48h，抽慮并真空干燥，得6.50g單-6-O-(對甲苯磺?；?-β-環(huán)糊精白色固體(1)，產(chǎn)率14.1%。

　　1.2.2 單-6-脫氧-6-(2-甲基吡啶鎓)-b-環(huán)糊精對甲苯磺酸鹽的合成

　　在三口燒瓶中加入單-6-O-6-(對甲基苯磺?；?-β-環(huán)糊精(1)和4-甲基吡啶分別為5.40g(4.20mmol)和24.0mL，裝上帶有干燥管的冷凝管，加熱至85℃下，反應12h。待反應完畢收，冷卻至室溫，將其倒入大量丙酮中，得到肉紅色固體，抽濾得粗品，分別用水和丙酮洗滌純化、真空干燥得到5.20g肉色固體粉末單-6-脫氧-6-(4-甲基吡啶鎓)-β-環(huán)糊精對甲基苯磺酸鹽(2)，熔點(diǎn)：267~269℃，產(chǎn)率87%

　　1.2.3 單-6-脫氧-6-[4-(3-乙基-3-吲哚)吡啶鎓]-β-環(huán)糊精碘鹽的合成

　　在圓底燒瓶中分別加入2.74g(2.00mmol)單-6-脫氧-6-(4-甲基吡啶)-β-環(huán)糊精對甲基苯磺酸鹽(2)、3-吲哚甲醛0.30g(2.04mmol)，用DMF20.0mL溶解，然后加入約0.8mL哌啶使溶液變成黃棕色，加熱至85~90℃，反應下3h。待反應完全后，冷卻反應液至室溫，并倒入大量丙酮中，生成大量黃色沉淀，抽濾，真空干燥。粗產(chǎn)物用少量水溶解、然后加丙酮析出、抽濾、用丙酮浸泡，進(jìn)行初步純化后，使用硅膠色譜柱進(jìn)一步純化，洗脫液為V(水):V(乙醇)=6:1混合溶劑，柱層析后再用V(水):V(乙醇)=3:1混合溶劑重結晶，得0.56g產(chǎn)物(3)，產(chǎn)率19%，熔點(diǎn)大于300 ℃。

　　產(chǎn)品結構經(jīng)過(guò)UV-vis, 1HNMR, IR, 元素分析及飛行質(zhì)譜證實(shí)：紅色固體. UV-vis (MeOH): λmax=452.0 nm; 1H NMR (400 MHz, DMSO-d6): δ(ppm): 2.29 (s, 1H), 3.17 (s, 2H,), 3.55-3.47 (m, 59H), 3.99 (s, 1H,), 5.78(s, 1H), 6.41 (s, 2H), 6.44 (s, 1H), 6.65 (s, 1H),6.85(m, 1H), 8.63 (m, 2H), 9.35(m, 2H, ); IR (KBr) υ: 3385 (s, υ-OH), 2928 (w, υC-H), 1641, 1522, 1373 (m, υC=C, υC=N), 1079, 1032 (s, υC-O-C), 945 (w, υ=CH); MS (MALDI-TOF, CHCA做基質(zhì)): 1339.32 (M+).

　　1.3 光譜實(shí)驗方法

　　固定菁染料-b-環(huán)糊精的濃度為2.15×10-5 mol/L，改變加入硫酸銅的濃度從0~2.14×10-3 mol/L，分別測定300.0nm～600.0nm范圍內，不同客體濃度下體系的紫外-可見(jiàn)光譜。結果見(jiàn)圖1。

　　圖1 Dye-b-CD在磷酸緩沖溶液(pH=7.2)中隨客體硫酸銅加入的吸收光譜變化

　　Fig. 1 UV-vis spectral changes of Dye-b-CD upon the addition of Chromium nitrate in NaH2PO4-Na2HPO4 buffer solution (pH=7.2).

　　1.4 包合配合物穩定常數的計算

　　假設菁染料-β-環(huán)糊精與硫酸銅之間形成了1:1的包結配合物，則主-客體分子間的包結配合作用如下式表示：

  (1)

　　將主體(H)和客體(G)的初始濃度表示為[H]0和[G]0，則達到平衡時(shí)，主體、客體和包合配合物(HG)的平衡濃度可分別表示為[H]、[G]和[HG]，配位穩定常數Ks表示為：

  (2)

　　在實(shí)驗中，保持客體濃度遠遠大于主體濃度，即[G]0>>[H]0，則上式可簡(jiǎn)化為：

  (3)

　　主客體包結配位前，吸光強度定為：

  (4)

　　主客體包結配位達到平衡后，吸光強度定為：

    (5)

其中、定義為吸光度敏感因子。

　　式(4)減去式(5)得到：

   (6)

　　將式(6)帶入式(3)式將得到：

    (7)

其中為一常數，其數值與反應構象變化的程度有關(guān)。根據式(7)以對

作圖，得到一條直線(xiàn)(如圖2所示)，由此得出硫酸銅與Dye-b-CD之間的包合比為1:1，根據直線(xiàn)的斜率和截距可以得到主客體配合物的穩定常數Ks和構象變化敏感因子[14]。

　　2 結果與討論

　　菁染料-β-環(huán)糊精與硫酸銅相互作用紫外-可見(jiàn)光譜

　　圖1為Dye-β-CD與Cu2+相互作用的吸收光譜。從圖可以看出：Dye-β-CD的最大吸收波長(cháng)隨Cu2+的加入沒(méi)有發(fā)生變化。Dye-β-CD與Cu2+形成的主-客體體系的吸光度值隨著(zhù)Cu2+的不斷加入在不斷增加呈現出規律性的上升。這是這是因為在Dye-β-CD溶液中，發(fā)色團首先進(jìn)入了b-環(huán)糊精的空腔，改變了發(fā)色團所處微環(huán)境，而使得體系吸光強度值增加;而當在溶液中加入Cu2+后，Cu2+能夠誘導發(fā)色團與β-環(huán)糊精空腔之間的幾何互補，即發(fā)色團與β-環(huán)糊精空腔之間發(fā)生更緊密的包結[13]，從而使得吸光度值進(jìn)一步增加。

　　圖2是菁染料-b-環(huán)糊精與硫酸銅形成的體系中，體系吸光強度變化值(△A)與硫酸銅濃度之間的關(guān)系圖。

　　Fig. 2 Benesi-Hildebrand analyses for Dye-b-CD with Cr3+

　　根據圖2可得到改直線(xiàn)線(xiàn)性回歸方程：y=0.04757x+11.96920，R=0.79567，根據此方程，可得出硝酸鉻與Dye-b-CD之間的包合比為1，主客體配合物的穩定常數Ks為2.51×105 L/mol。

　　Fig. 3-12 UV-vis spectral changes of Dye-b-CD upon the addition of Cr3+ in NaH2PO4-Na2HPO4 buffer solution (pH=7.2)

　　圖3是Dye-β-CD分別與硫酸銅形成的體系中，體系吸光強度值的變化值(△A)與硫酸銅濃度變化的關(guān)系圖，根據呈現出良好線(xiàn)性關(guān)系，直線(xiàn)線(xiàn)性回歸方程為：y=0.0036x+0.0018，R=0.99388。因此，Dye-β-CD

　　能夠對溶液中的Cu2+含量進(jìn)行檢測[15]。

　　3 結論

　　本文通過(guò)三步反應合成了一種菁染料-b-環(huán)糊精，產(chǎn)物的結構經(jīng)1H NMR、IR、UV-vis和飛行質(zhì)譜進(jìn)行了表征。并研究了以其作為帶有熒光探針的主體化合物對Cu2+的識別作用。結果表明：菁染料-b-環(huán)糊精化合物是一種優(yōu)良的帶有熒光探針的主體化合物，能夠對食品中銅含量進(jìn)行有效的測定。若采用不同波段的半菁、菁染料對b-環(huán)糊精進(jìn)行修飾，就可以得到適合的熒光探針，這類(lèi)新型的主體化合物，本身帶有熒光探針功能，可使各種光譜手段，紫外-可見(jiàn)光譜、熒光光譜等方法廣泛應用于食品檢測分析研究。

　　(作者簡(jiǎn)介：劉靜，1982年生，女，陜西富平人，陜西學(xué)前師范學(xué)院(原陜西教育學(xué)院)教師)

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