□ 刘静 陕西学前师范学院

　　摘 要：合成了一种菁染料-b-环糊精化合物(Dye-b-CD)，采用紫外-可见光谱法探讨了以这种菁染料-b-环糊精作为带有荧光探针的主体化合物在食品检测中的应用。结果表明：该菁染料-b-环糊精能够在pH=7.2的缓冲溶液介质对Cu2+进行定量识别，根据Benesi-Hildebrand方程确定该菁染料-b-环糊精与硝酸铬包结比为1，其包合常数为2.51×105 L/mol ，合成的菁染料-b-环糊精化合物能够有效的对食品中铜含量进行测定。

　　关键词：菁染料-b-环糊精;紫外-可见光谱;食品检测

　　中图分类号：O657.31 文献标识码：A 文章编号：

　　人体血液中，铜与铁有着同样重要的地位，铜是铁的“助手”。人体中，能够吸收铜的部位主要是胃和小肠上部。当铜在人体中被吸收后，进入人体血液中，80%的结合成血浆铜蓝蛋白。铜在血红蛋白形成中的作用，一般认为是促进对肠道铁的吸收和从肝及网状内皮系统的贮藏中使它释放出来，故铜对于血红蛋白的形成起着重要作用。

　　从食品商品化的角度来看，少量的铜对产品质量的影响主要是在食油及含不饱和脂肪的食品中，铜离子实际上起着催化剂的作用，造成食品酸败、变色和其他一些反应。这些影响尽管使产品在外观上不受人欢迎，但通常并不会引起中毒和降低食品的营养价值。

　　食物中铜的丰富来源有口蘑、海米、红茶、花茶、砖茶、榛子、葵花子、芝麻酱、西瓜子、绿茶、核桃、黑胡椒、可可、肝等。良好来源有蟹肉、蚕豆、蘑菇(鲜)、青豆、小茴香、黑芝麻、大豆制品、松子、龙虾、绿豆、花生米、黄豆、土豆粉、紫菜、莲子、芸豆、香菇(香菇食品)、毛豆、面筋、果丹皮、茴香、豌豆、黄酱、金铁菜、燕麦片、栗子、坚果、黄豆粉和小麦胚芽。一般来源有杏脯、绿豆糕、酸枣、番茄酱、青梅果脯、海参、米花糖、香蕉、牛肉、面包、黄油、蛋、鱼、花生酱、花生、猪肉和禽肉。微量来源有巧克力、豌豆黄、木耳、麦乳精、豆腐花、稻米、动物脂肪、植物油、水果、蔬菜、奶及奶制品和糖。

　　目前，食品中铜含量的测定主要依照标准GB/5009.12-2003，其中规定的检出限分别为：石墨炉原子吸收光谱法5μg/kg;氢化物原子荧光光谱法固体试样为5μg/kg，液体试样为1μg/kg;火焰原子吸收光谱法0.1mg/kg;比色法为0.25mg/kg;单扫描极谱法为0.085mg/kg。而国家规定的卫生指标中，要求粮食、豆类、蔬菜、水果、肉类、水产类和蛋类的铜含量分别小于或等于10mg/Kg、20mg/Kg、10mg/Kg、10mg/Kg、10mg/Kg、50mg/Kg和5mg/Kg。这就使得在使用石墨炉原子吸收光谱法等常规手段检测食品种铜含量时要将样品稀释至合适的浓度，如果样品中铜含量过高，则使得样品的准备工作较为繁复，造成测量误差较大。

　　为应对石墨炉原子吸收光谱法等常规检测手段检测范围较窄等缺点，本工作采用3-吲哚甲醛对β-环糊精进行修饰，合成一种菁染料-β-环糊精：单-6-脱氧-6-[4-(2-甲基-2-苯并恶唑次甲基)吡啶鎓]-β-环糊精碘盐，研究以其作为带有荧光探针的主体化合物对样品中Cu2+的定量识别作用，为采用光谱法使用具有荧光探针的主体化合物进行食品中Cu2+提供实验基础。

　　1 实验

　　1.1 仪器和试剂

　　β-环糊精，硫酸铜、对甲苯磺酰氯、乙腈、吡啶和DMF均为分析纯。光谱实验所用溶剂为甲醇-水(3:7)的混合溶液，配制成pH=7.2的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液(0.1mol/L)。F-4500型荧光光谱仪(日本岛津公司);INOVA-400MHz型核磁共振仪(美国Varian公司);EQUINOX-55型傅立叶红外光谱仪(德国布鲁克公司);AXIMA-CFR™ plus基质辅助激光解吸附电离飞行质谱仪(岛津集团);Vario EL-III 元素分析仪(德国艾乐曼元素分析系统公司);UV-1700紫外-可见分光光度计(日本岛津公司)。

　　1.2 菁染料-b-环糊精的合成及表征[12]

　　合成路线：

 

　　1.2.1 单-6-脱氧-6-对甲基苯磺酰-β-环糊精的制备

　　在三口烧瓶中加入β-环糊精、NaOH分别为60.00g、6.28g，然后加入500.0mL水作为溶剂，降温至6℃，使其完全溶解;将对甲苯磺酰氯溶液10.08g溶于30.0mL乙腈中，搅拌在10min内缓慢滴加至三口烧瓶中。待对甲苯磺酰氯溶液滴加完毕，将反应液升温至30℃，继续反应12h，抽滤，得到的滤液于4℃下静置24-48h，抽虑并真空干燥，得6.50g单-6-O-(对甲苯磺酰基)-β-环糊精白色固体(1)，产率14.1%。

　　1.2.2 单-6-脱氧-6-(2-甲基吡啶鎓)-b-环糊精对甲苯磺酸盐的合成

　　在三口烧瓶中加入单-6-O-6-(对甲基苯磺酰基)-β-环糊精(1)和4-甲基吡啶分别为5.40g(4.20mmol)和24.0mL，装上带有干燥管的冷凝管，加热至85℃下，反应12h。待反应完毕收，冷却至室温，将其倒入大量丙酮中，得到肉红色固体，抽滤得粗品，分别用水和丙酮洗涤纯化、真空干燥得到5.20g肉色固体粉末单-6-脱氧-6-(4-甲基吡啶鎓)-β-环糊精对甲基苯磺酸盐(2)，熔点：267~269℃，产率87%

　　1.2.3 单-6-脱氧-6-[4-(3-乙基-3-吲哚)吡啶鎓]-β-环糊精碘盐的合成

　　在圆底烧瓶中分别加入2.74g(2.00mmol)单-6-脱氧-6-(4-甲基吡啶)-β-环糊精对甲基苯磺酸盐(2)、3-吲哚甲醛0.30g(2.04mmol)，用DMF20.0mL溶解，然后加入约0.8mL哌啶使溶液变成黄棕色，加热至85~90℃，反应下3h。待反应完全后，冷却反应液至室温，并倒入大量丙酮中，生成大量黄色沉淀，抽滤，真空干燥。粗产物用少量水溶解、然后加丙酮析出、抽滤、用丙酮浸泡，进行初步纯化后，使用硅胶色谱柱进一步纯化，洗脱液为V(水):V(乙醇)=6:1混合溶剂，柱层析后再用V(水):V(乙醇)=3:1混合溶剂重结晶，得0.56g产物(3)，产率19%，熔点大于300 ℃。

　　产品结构经过UV-vis, 1HNMR, IR, 元素分析及飞行质谱证实：红色固体. 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做基质): 1339.32 (M+).

　　1.3 光谱实验方法

　　固定菁染料-b-环糊精的浓度为2.15×10-5 mol/L，改变加入硫酸铜的浓度从0~2.14×10-3 mol/L，分别测定300.0nm～600.0nm范围内，不同客体浓度下体系的紫外-可见光谱。结果见图1。

　　图1 Dye-b-CD在磷酸缓冲溶液(pH=7.2)中随客体硫酸铜加入的吸收光谱变化

　　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 包合配合物稳定常数的计算

　　假设菁染料-β-环糊精与硫酸铜之间形成了1:1的包结配合物，则主-客体分子间的包结配合作用如下式表示：

  (1)

　　将主体(H)和客体(G)的初始浓度表示为[H]0和[G]0，则达到平衡时，主体、客体和包合配合物(HG)的平衡浓度可分别表示为[H]、[G]和[HG]，配位稳定常数Ks表示为：

  (2)

　　在实验中，保持客体浓度远远大于主体浓度，即[G]0>>[H]0，则上式可简化为：

  (3)

　　主客体包结配位前，吸光强度定为：

  (4)

　　主客体包结配位达到平衡后，吸光强度定为：

    (5)

其中、定义为吸光度敏感因子。

　　式(4)减去式(5)得到：

   (6)

　　将式(6)带入式(3)式将得到：

    (7)

其中为一常数，其数值与反应构象变化的程度有关。根据式(7)以对

作图，得到一条直线(如图2所示)，由此得出硫酸铜与Dye-b-CD之间的包合比为1:1，根据直线的斜率和截距可以得到主客体配合物的稳定常数Ks和构象变化敏感因子[14]。

　　2 结果与讨论

　　菁染料-β-环糊精与硫酸铜相互作用紫外-可见光谱

　　图1为Dye-β-CD与Cu2+相互作用的吸收光谱。从图可以看出：Dye-β-CD的最大吸收波长随Cu2+的加入没有发生变化。Dye-β-CD与Cu2+形成的主-客体体系的吸光度值随着Cu2+的不断加入在不断增加呈现出规律性的上升。这是这是因为在Dye-β-CD溶液中，发色团首先进入了b-环糊精的空腔，改变了发色团所处微环境，而使得体系吸光强度值增加;而当在溶液中加入Cu2+后，Cu2+能够诱导发色团与β-环糊精空腔之间的几何互补，即发色团与β-环糊精空腔之间发生更紧密的包结[13]，从而使得吸光度值进一步增加。

　　图2是菁染料-b-环糊精与硫酸铜形成的体系中，体系吸光强度变化值(△A)与硫酸铜浓度之间的关系图。

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

　　根据图2可得到改直线线性回归方程：y=0.04757x+11.96920，R=0.79567，根据此方程，可得出硝酸铬与Dye-b-CD之间的包合比为1，主客体配合物的稳定常数Ks为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)

　　图3是Dye-β-CD分别与硫酸铜形成的体系中，体系吸光强度值的变化值(△A)与硫酸铜浓度变化的关系图，根据呈现出良好线性关系，直线线性回归方程为：y=0.0036x+0.0018，R=0.99388。因此，Dye-β-CD

　　能够对溶液中的Cu2+含量进行检测[15]。

　　3 结论

　　本文通过三步反应合成了一种菁染料-b-环糊精，产物的结构经1H NMR、IR、UV-vis和飞行质谱进行了表征。并研究了以其作为带有荧光探针的主体化合物对Cu2+的识别作用。结果表明：菁染料-b-环糊精化合物是一种优良的带有荧光探针的主体化合物，能够对食品中铜含量进行有效的测定。若采用不同波段的半菁、菁染料对b-环糊精进行修饰，就可以得到适合的荧光探针，这类新型的主体化合物，本身带有荧光探针功能，可使各种光谱手段，紫外-可见光谱、荧光光谱等方法广泛应用于食品检测分析研究。

　　(作者简介：刘静，1982年生，女，陕西富平人，陕西学前师范学院(原陕西教育学院)教师)

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