紫外光谱分析法测定饮料中咖啡因的含量(5页).doc

-紫外光谱分析法测定饮料中咖啡因的含量-第 5 页紫外光谱分析测定饮料中咖啡因的含量摘要 咖啡因，一种黄嘌呤生物碱化合物，是一种中枢神经兴奋剂，能够暂时的驱走睡意并恢复精力。因此，目前咖啡因也是世界上最普遍被使用的精神药品。现今含咖啡因成分的咖啡、茶、软饮料及能量饮料十分畅销，随着可口可乐，百事可乐等碳酸饮料在全世界的风靡，各种可乐型饮料已成为人们在日常饮食中摄取大量咖啡因的一主要来源之一。但大量咖啡因的摄取会严重影响人们的健康，因此各国对饮料中咖啡因的含量都做出了相应的限制与规定。虽咖啡因具有提神醒脑刺激中枢神经的作用，但长期引用含大量咖啡因的饮料，易上瘾，为此，各国制订了咖啡因在饮料中相应的食品卫生标准。美国，加拿大，阿根廷，日本，菲律宾规定饮料中咖啡因的含量不的超过200mg/L,南斯拉夫规定不得超过120mg/L，目前我国允许饮料中加入咖啡因并规定其含量不得150mg/kg。为加强国家食品卫生监督管理，建立简便得咖啡因的检测标准十分必要。关键词 紫外分光光谱法；饮料；咖啡因；含量测定前言 咖啡因又名生物碱，属甲基黄嘌呤化合物，化学名称为1,3,7三甲基黄嘌呤。白色，无臭味，一般成发亮针丝状或为粉末状的结晶。熔点为234238,178升华，能溶于乙醚，丙酮，氯仿，水，微溶于石油醚。以往测定咖啡因含量时都采用容量法，因操作复杂不太理想。实践证明本实验采用的方法简单快速准确，可用于可乐型饮料中咖啡因的测定。本文采用紫外光谱分析法测定饮料中咖啡因的含量，该方法简便，稳定，准确，灵敏度高，同时也可巩固所学的知识。紫外分光光度法是可乐型饮料，咖啡和茶叶以及其制成品中咖啡因含量测定的简便方法，其快速，准确。其最低检出浓度：紫外法对可乐型饮料为3mg/L，对咖啡茶叶以及其固体制品为5mg/100g，对咖啡和茶叶的液体制品为5mg/L。一 紫外可见分光光度计的概述（一） 分光光度法原理 通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。在分光光度计中，将不同波长的光连续地照射到一定浓度的样品溶液时，便可得到与众不同波长相对应的吸收强度。如以波长（）为横坐标，吸收强度（A）为纵坐标，就可绘出该物质的吸收光谱曲线。利用该曲线进行物质定性、定量的分析方法，称为分光光度法，也称为吸收光谱法。用紫外光源测定无色物质的方法，称为紫外分光光度法；用可见光光源测定有色物质的方法，称为可见光光度法。它们与比色法一样，都以Beer-Lambert定律为基础。 上述的紫外光区与可见光区是常用的。但分光光度法的应用光区包括紫外光区，可见光区，红外光区。当一束强度为I0的单色光垂直照射某物质的溶液后,由于一部分光被体系吸收,因此透射光的强度降至I,则溶液的透光率T为: 根据朗伯(Lambert)-比尔(Beer)定律: A=abc 式中A为吸光度，b为溶液层厚度（cm），c为溶液的浓度（g/dm3)， a为吸光系数。其中吸光系数 与溶液的本性、温度以及波长等因素有关。溶液中其他组分（如溶剂等）对光的吸收可用空白液扣除。由上式可知，当固定溶液层厚度l和吸光系数 时，吸光度A与溶液的浓度成线性关系。在定量分析时，首先需要测定溶液对不同波长光的吸收情况（吸收光谱），从中确定最大吸收波长 ，然后以此波长 的光为光源，测定一系列已知浓度c溶液的吸光度A，作出Ac工作曲线。在分析未知溶液时，根据测量的吸光度A，查工作曲线即可确定出相应的浓度。这便是分光光度法测量浓度的基本原理。（二） 分光光度仪构成紫外-可见分光光度计由5个部件组成：1辐射源 必须具有稳定的、有足够输出功率的、能提供仪器使用波段的连续光谱，如钨灯、卤钨灯（波长范围3502500纳米），氘灯或氢灯（180460纳米），或可调谐染料激光光源等。2单色器 它由入射、出射狭缝、透镜系统和色散元件（棱镜或光栅）组成，是用以产生高纯度单色光束的装置，其功能包括将光源产生的复合光分解为单色光和分出所需的单色光束。3试样容器，又称吸收池 供盛放试液进行吸光度测量之用，分为石英池和玻璃池两种，前者适用于紫外到可见区，后者只适用于可见区。容器的光程一般为0.510厘米。4检测器，又称光电转换器 常用的有光电管或光电倍增管，后者较前者更灵敏，特别适用于检测较弱的辐射。近年来还使用光导摄像管或光电二极管矩阵作检测器，具有快速扫描的特点。5显示装置 这部分装置发展较快。较高级的光度计，常备有微处理机、荧光屏显示和记录仪等，可将图谱、数据和操作条件都显示出来。（三） 紫外可见分光光度计特点 1应用广泛 由于各种各样的无机物和有机物在紫外可见区都有吸收，因此均可借此法加以测定。到目前为止，几乎化学元素周期元素表上的所有元素（除少数放射性元素和惰性元素之外）均可采用此法。2灵敏度高由于相应学科发展，使新的有机显色剂的合成和研究取得可喜的进展，从而对元素测定的灵敏度大大提高一步。特别是由于多元络合物和各种表面活性剂的应用研究，使许多元素的摩尔吸光系数由原来的几万提高到几十万。相对于其它痕量分析方法而言，光度法的精密度和准确度一致公认是比较高的。不但在实际工作中光度法被广泛采用，在标准参考物质的研制中，它更受重视，很多光度分析法已制定为标准方法。3选择好目前已有些元素只有利用控制适当的显色条件就可直接进行光度法测定，如钴、铀、铜、镍、银、铁等元素的测定，已有比较满意的方法了。4准确度高对于一般的分光光度法来说，其浓度测量的相对误差在1 3%范围内，如采用示差分光度法测量，则误差往往可减少到千分之几。5适用浓度范围广可从常量（1-50%）(尤其是使用示差法)到恒量（10-6-10-8%）（经预富集后）6分析成本低、操作简便、快递（三） 紫外可见分光光度法的应用1、有机化合物定性鉴定的一般方法2、有机化合物结构的测定 （1）共轭体系的判断 （2）分子骨架的推定 （3）构型、构象的测定 （4）互变异构体的测定 （5）标准光谱的应用3、氢键强度与摩尔质量的测定 （1）氢键强度的测定 （2）摩尔质量的测定4、定量分析5、在轻工、化工产品中的应用 （1）洗涤制品、化妆品中表面活性剂分析 （2）木素化学结构研究及木素含量测定 （3）食品中添加剂及维生素分析二 紫外分光光度法测饮料中咖啡因含量（一） 实验药品及仪器1 药品本实验所用试剂均为分析纯试剂，实验用水为蒸馏水。(1) 无水硫酸钠(2) 三氯甲烷使用前重新蒸馏(3)1.5(m/v)高锰酸钾溶液：称取1.5g高锰酸钾，用水溶解并稀释至100mL。(4) 亚硫酸钠和硫氰酸钾混合溶液：称取1Og无水亚硫酸钠，用水溶解并稀释至1OOmL，另取10g硫氰酸钾，用水溶解并稀释至1OOmL，然后一者均匀混合。(5) 15%(vv)磷酸溶液：吸取15mL磷酸置于1OOmL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。(6) 20%(mV)氢氧化钠溶液：称取20g氧氧化钠，用水溶解，冷却后稀释至100mL。(7) 20%(m/V)醋酸锌溶液：称取20g醋酸锌Zn (CCOO)：2H20加入3mL冰乙酸，加水溶解并稀释至100mL。(8) 10%(mV)亚铁氰化钾溶液：称取10g亚铁氰化钾。K4Fe (CN)6·3H2O用水溶解并稀释至100mL。(9） 咖啡因标准品：含量98 0%以上。(10) 咖啡因标准储备液：根据咖啡因标准品的含量用重蒸三氯甲烷配制成每mL相当于0.5mg咖啡液，置于冰箱中保存。2 仪器紫外分光光度计（二） 实验分析步骤1 样品的处理在250mL的分液漏斗中，准确移入lmL经超声脱气后的均匀可乐型饮料试样，加入1.5%高锰酸钾溶液5mL，摇匀，静置于5min，加入混合溶液10mL，摇匀，加入30mL重蒸三氯甲烷。振摇100镒，静止分层，收集三氯甲烷。水层再加入10mL重蒸三氯甲烷，振摇100次，静置分层。合并二次三氯甲烷萃取液，并用重蒸三氯甲烷定容至100mL，摇匀，备用。2标准曲线的绘制 从0 5mg/mL的咖啡因标准储备tfit中，用重蒸三氯甲烷配制成浓度分别为2.00，4.00，6.00，8.00，10.0，12.00，14.00ug/mL的标准系列，以0ug/mL作对比管，调节零点，用1cm比色杯于276.5nm下测量吸光度A，得出吸光度-咖啡因浓度的标准曲线。3 样品的测定在25mL巨塞试管中，加入5g无水硫酸钠，倒入20mL样品的三氯甲烷制备液，摇匀，静置。将澄清的三氯甲烷用1cm比色杯于276.5nm处测其吸光度，根据标准曲线求出样品的吸光度相当于咖啡因的浓度。测定时用重蒸三氯甲烷作试剂空白。（三） 实验结果 计算样品中咖啡因含量（mg/L）=c ：样品吸光度相当于咖啡因浓度（ug/L）c0 ：试剂空白吸光度相当于咖啡因浓度（ug/L）,本实验c0=0ug/LV : 样品的体积（mL）（四） 实验条件的选择1 吸收曲线如图，咖啡因在276.5nm处有最大吸收峰。2 pH的影响pH值在110范围内，对萃取效果，没有明显地差异，其吸光度稳定。说明pH在110范围内，对咖啡因没有影响，但萃取咖啡因的最佳pH范围为6.010.0；在pH6.0以下时，当剧烈摇动是，易乳化，分层慢，在pH6.010,0没有以上现象。3萃取时间萃取时间的长短对对吸光度值无明显的影响，故选定摇荡时间为1min。4提取溶剂的使用量提取剂三氯甲烷使用量在18mL以上均可提取完全，但为适应各种可乐型饮料，将提取剂的量定为50mL。(五)结果与讨论1 标准曲线观察咖啡因的标准曲线可知，随咖啡因含量的增加，其在最大吸收波长处的吸光度值也随之增加，呈现良好的线性关系。2溶剂的选择准确移取三份1.0mL200mg/L咖啡因水溶液于三只10mL试管中，分别加入二氯甲烷，三氯甲烷，乙酸乙酯8.0mL，充分震荡，萃取后离心分离，取清液在250300nm波长范围内扫描。比较咖啡因在不同溶剂中的紫外吸收光谱，可看出三氯甲烷作溶剂时，吸收光度最大，最大吸收峰位于276nm。由此可知，三氯甲烷做萃取剂最好。通过实验得出：用紫外光谱分析法测定市售饮料中咖啡因的含量，有快速，准确，溶剂消耗少等特点。