可樂飲料中咖啡因含量的測定范文

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《理化檢驗(yàn)雜志》2015年第十二期

咖啡因又名咖啡堿，屬于甲基黃嘌呤的生物堿，具有一定的藥理作用，能有效治療偏頭痛，具有利尿、促進(jìn)胃酸分泌等功效［1］。同時(shí)咖啡因又有很強(qiáng)的中樞興奮作用，大劑量或長期食用可導(dǎo)致失眠、激動不安、心悸，甚至可引起驚厥［2］。在人們?nèi)粘ｏ嬍持?，咖啡因被廣泛應(yīng)用于各種碳酸及功能性飲料中。目前，可樂飲料已成為人們攝入咖啡因的一個(gè)重要來源。長時(shí)間大劑量攝入咖啡因會對人體健康造成很大的影響，特別是孕婦和兒童，更需要在醫(yī)生指導(dǎo)的咖啡因攝取含量范圍內(nèi)食用。我國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可樂型飲料中咖啡因的最大使用量為0．15g•kg－1［3］。因此，建立一種簡便、快速、準(zhǔn)確的分析方法用于測定市售可樂飲料中咖啡因的含量非常重要。目前，測定飲料中咖啡因含量的方法主要有高效液相色譜法［4－6］、氣相色譜法、氣相色譜－質(zhì)譜法［7－8］、毛細(xì)管電泳法［9］、紫外分光光度法［10］以及電化學(xué)分析方法［11］等。通常，色譜及色譜－質(zhì)譜法較為準(zhǔn)確，但往往在樣品前處理中，有機(jī)溶劑消耗多，對環(huán)境和操作人員健康不利。本工作采用氣相色譜－質(zhì)譜法結(jié)合微型化的樣品前處理方法測定可樂飲料中咖啡因的含量，有機(jī)溶劑使用量少，是一種環(huán)境友好的分析方法。

1試驗(yàn)部分

1．1儀器與試劑ThermoTraceGC－DSQⅡ型氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀；KQ－50B型超聲波儀；微量進(jìn)樣器100μL?？Х纫驑?biāo)準(zhǔn)儲備溶液：100mg•L－1，以三氯甲烷為溶劑，于4℃冰箱中保存，使用時(shí)用三氯甲烷稀釋至所需質(zhì)量濃度。內(nèi)標(biāo)物儲備溶液：100mg•L－1特丁基對苯二酚（TBHQ）溶液，以三氯甲烷為溶劑，于4℃冰箱中保存，使用時(shí)用三氯甲烷稀釋至所需質(zhì)量濃度。所用試劑均為分析純。

1．2儀器工作條件1）色譜條件CP－SIL8CBLowBLEED／MS毛細(xì)管色譜柱（30m×0．25mm，0．25μm）；進(jìn)樣口溫度250℃；載氣為高純氦氣（純度不小于99．99％），流量1．0mL•min－1；分流模式，分流比為5比1；進(jìn)樣量10μL。升溫程序：初始溫度120℃，保持2min；然后以40℃•min－1速率升溫至240℃，保持4min。2）質(zhì)譜條件電子轟擊離子源（EI），離子源溫度220℃；電子能量70eV；接口溫度250℃；電子倍增電壓1568V；選擇離子監(jiān)測模式（SIM）：咖啡因檢測離子m／z194，109，TBHQ檢測離子m／z166，151；溶劑延遲3min。

1．3試驗(yàn)方法取少量可樂飲料用超聲波清洗器超聲脫氣1～2min，用100μL微量進(jìn)樣器移取100μL超聲脫氣后的可樂飲料至小試管中，加入10mg•L－1TBHQ溶液1．00mL，振搖萃取后，取清液，在儀器工作條件下進(jìn)行氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用分析。

2結(jié)果與討論

2．1咖啡因與TBHQ定量分析的色譜質(zhì)譜特征咖啡因和內(nèi)標(biāo)物TBHQ的定性分析是通過比較它們與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的保留時(shí)間和質(zhì)譜圖進(jìn)行指認(rèn)?？Х纫虻谋Ａ魰r(shí)間為6．00min，內(nèi)標(biāo)物TBHQ的保留時(shí)間為4．79min，總分析時(shí)間為9min?？Х纫蚺cTBHQ有相近的色譜行為，且在試驗(yàn)條件下得到了很好的分離，因此，TBHQ可以作為咖啡因定量分析的內(nèi)標(biāo)物。由圖1（a）可以看出：咖啡因有很強(qiáng)的分子離子峰m／z194和較強(qiáng)的碎片離子峰m／z109；圖1（b）中TBHQ有中等強(qiáng)度的分子離子峰m／z166和較強(qiáng)的碎片離子峰m／z151。因此，采用選擇離子模式（SIM）定量分析時(shí)，咖啡因和TBHQ的定量離子分別為m／z194，109和m／z166，151。實(shí)際樣品分析中，通過比較選擇離子的豐度比值與其在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的豐度比值來檢測是否存在外來碎片離子的干擾。試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)咖啡因m／z194與m／z109的豐度比為1．5387，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)TBHQm／z151與m／z166的豐度比為2．2036。在加入內(nèi)標(biāo)物TBHQ的可樂飲料中，咖啡因和TBHQ相應(yīng)的選擇離子豐度比分別為1．5309，2．2098，因此，在試驗(yàn)條件下進(jìn)行定量分析時(shí)，不存在外來碎片離子的干擾。

2．2相對校正因子和檢出限移取1，10，20mg•L－1等3種不同質(zhì)量濃度的咖啡因標(biāo)準(zhǔn)溶液（其中每份標(biāo)準(zhǔn)溶液中內(nèi)標(biāo)物TBHQ的質(zhì)量濃度均為10mg•L－1），分別進(jìn)樣10μL，連續(xù)測定3次，按式（1）計(jì)算相對校正因子（Rf）。式中：A為峰面積；w為質(zhì)量濃度。3種濃度所測定的相對校正因子平均為0．5467，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1．6％。方法的檢出限為測量信號是空白樣品信號（娃哈哈無咖啡因兒童可樂飲料）標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對應(yīng)的被測物濃度，咖啡因的檢出限（3s）為0．001mg•L－1。

2．3精密度試驗(yàn)為了考查本方法的重現(xiàn)性，分別測定了日內(nèi)及日間精密度。日內(nèi)精密度是通過1d之內(nèi)平行測定6次實(shí)際樣品，得到咖啡因和內(nèi)標(biāo)物TBHQ峰面積比值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差；日間精密度是通過連續(xù)5d測定實(shí)際樣品，得到咖啡因和內(nèi)標(biāo)物峰面積比值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果表明：測定咖啡因的日內(nèi)精密度為1．4％，日間精密度為1．9％。

2．4樣品分析及回收試驗(yàn)按試驗(yàn)方法對市售可樂飲料進(jìn)行樣品處理，在儀器工作條件下進(jìn)行測定，可樂飲料中咖啡因及內(nèi)標(biāo)物TBHQ的色譜圖見圖2。采用內(nèi)標(biāo)法計(jì)算咖啡因的含量，結(jié)果見表1。在市售可樂飲料樣品中加入不同濃度的咖啡因標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表1。由表1可知：咖啡因的測定結(jié)果與美國飲料協(xié)會官方報(bào)道數(shù)據(jù)及其它分析方法測定的結(jié)果一致［10］，官方報(bào)道咖啡因的質(zhì)量濃度為：可口可樂95．7mg•L－1，百事可樂104．2mg•L－1，健怡可口可樂126．7mg•L－1。在市售的可樂飲料中，常規(guī)可口可樂咖啡因含量相對較低，而健怡的可樂飲料中咖啡因含量相對較高，回收率在95．5％～105％之間。本工作建立了簡單、準(zhǔn)確、環(huán)境友好的測定可樂飲料中咖啡因含量的氣相色譜－質(zhì)譜法。本方法可用于市售可樂飲料中咖啡因的測定，結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

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作者：丁明珍 于海燕 王丹 單位：南京大學(xué) 金陵學(xué)院