紫外光谱分析法测定饮料中咖啡因的含量

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234—238℃,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（λ）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/dm^3)，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A~c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350～2500纳米），氘灯或氢灯（180～460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0.5～10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%(v／v)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%(m／V)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 (C~COO)：．2H20]加入3mL冰乙酸，加水溶解并稀释至100mL。

(8) 10%(m／V)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