多元校正分光光度法同时测定混合色素.docx
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多元校正分光光度法同时测定混合色素
实验一多元校正-分光光度法同时测定混合色素
一.目的
1.了解矢量数据的获取方法及其在多组分测定中的应用。
2.了解计算机技术及化学计量学基本方法在波谱解析中的应用。
二.原理
由于色素对可见光有较强吸收,故分光光度法是测定色素的基本方法。
但当有多种色素同时存在时,通常要借助薄层层析等方法使各组分分离后,才能进行定量测定。
这使得测定步骤十分烦琐。
化学计量学方法为混合色素不经分离进行准确地同时测定提供了可能。
设有nc个组分同时存在,配制一组已知样本共ns个溶液,其浓度矩阵为Cnc×ns,在nw个波长下测得吸光度矩阵Anw×ns。
根据朗伯—比耳定律有:
(1)
其中Knw×nc为吸光度矩阵,根据最小二乘法原理可求出各组分的纯物种谱,即K矩阵:
(2)
式
(2)中t和-1分别表示该矩阵的转置和逆。
对于一个或一组未知样,同样在nw个相同波长下测定后,可用最小二乘法根据下式求出未知物的浓度。
(3)
测定食用色素的吸光度,必须控制pH值,建议控制酸度为CHCl=0.01molL-1(pH=2.0)。
在酸性条件下,三种色素的最大吸收波长和吸光系数的参考值如下:
胭脂红
日落黄
柠檬黄
λmax/nm
510
480
400
K/(Lg-1cm-1)
20
31
33
三.仪器与试剂
1.仪器
722分光光度仪、Agilent8453UV-VIS分光光度仪
容量瓶:
50ml6个移液管:
5ml4支
2.试剂
胭脂红溶液(120mg/L)柠檬黄溶液(100mg/L)
日落黄溶液(100mg/L)HCl(0.1mol/L)
四.实验部分
1.混合色素的测定
标准溶液配制6份。
每份溶液中各组分的含量应线性不相关,所测得吸光度值0.11为宜。
具体步骤为:
分别吸三种色素储备液若干毫升,加入5.0mL0.10molL-1的HCl,定容至50mL。
每次标准溶液的吸取量填入表1。
表1.标准溶液的组成(即C矩阵)
样品号
1
2
3
4
5
6
胭脂红
0
2
4
6
8
10
日落黄
10
4
2
8
6
0
柠檬黄
4
8
10
2.05
0
6
2.模拟实验:
吸收光谱通常用洛仑兹函数来模拟,当第j个组分存在时,吸光度的计算公式如下:
(4)
式中λ0,j:
第j组分的最大吸收波长;λi:
第i个波长;
kmax,j:
波长为λ0时的吸光系数,即最大吸光系数;
cj:
第j个组分的含量(g/L);
bj:
调节峰宽的参数;b值越大,峰越窄。
当三组分同时存在时,则有:
(5)
AE为测量误差。
产生AE的方法如下:
2.1随机误差法:
AE=(0.5-random)×D
Random为01间的随机数,D为吸光度的随机波动范围,取D=0.004较合适。
2.2MontoCarlo法:
r1、r2为01间的随机数。
该方法获得的误差符合正态分布N(0,σ2),标准差σA取0.0020.003较合适。
2.3真实误差法:
在
(2)法的基础上,考虑到吸光度A的标准偏差随A的增大而增大,但透光率的标准差一般为常数,两者关系为
可取σT=0.002。
根据以上方法,可获得标准样本集和未知样本集的吸光度矩阵。
五.数据处理
1.利用实验室提供的软件:
multicom.exe,输入722型做出的相应数据后,运行结果如下图:
残余标准偏差RSD=0.0015
RSE%依次为:
0.870.340.52
2.对未知样预报
预报样为093855宋惟及的前三瓶数据,由于其溶液组成与我的相同,故可以比较出预报值与真实值的偏差,输入下组数据
理论上,前三瓶溶液浓度如下:
3.Agilent8453UV-VIS数据处理
RSD=0.00047
RSE%依次为:
35.72108.06106.95
RSE显然是不对的,经朱老师提醒,比对后发现原来是第5与第6瓶溶液颠倒了,改正后的结果如下:
RSE%依次为:
0.281.060.085
而上面722型RSE%依次为:
0.870.340.52
可以看出Agilent的分析更精确,但是对于日落黄而言,Agilent的RSE相对最大,722型的RSE却相对最小,我觉得应该一致,经向朱老师请教,原来是偶然因素的影响。
六.讨论题:
1.从理论上讲,任取三个波长测定后解联立方程,也能获得结果。
问:
多波长测定后并利用多元校正方法求解有什么优点?
多元校正以多通道测量和多组分同时测定为主要特征,从多个已知组分的混合溶液得到校正测量数据,用这些多变量数据建立分析体系的校正模型,并对模型中所含参量进行估计以获取有关物质系统成分的定量信息,进而预报未知混合样品中各组分的浓度,消除各组分测定时干扰因素的影响,提高分析方法的选择性,该方法能够方便地对多组分重叠光谱进行解析和分辨
2.根据各组分的吸收光谱,找出最大吸收波长及相应的吸光系数。
从K系列矩阵可以看出各组分的最大吸收波长依次为510580430;
吸光系数依次为18.224.136.5
3.如果要用本实验提供的方法,测定市售欲测定其中色素的含量,试分析在什么条件下能获得较可靠的结果?
在PH=2.0,溶液各组分的含量在25mg/L以下,且不含影响吸光度的其它杂质,这样才能获得较可靠的结果
7.心得与讨论
首先说一下自己那天状态吧,其实那天因为从星期一的感冒,一直没时间去医院,打算快点做完,然后好去看病。
先是移液,胭脂红和柠檬黄使用移液枪移的,日落黄和盐酸用移液管移的。
从RSE可以看出两者几乎没有差别,要移的准都是得考实验技巧。
接下来测吸光度时,发现四个比色皿不怎么配套,于是决定只选两个做,这样一列一列下来,总共调仪器约一百次,而别的同学三列三列下来,按理说比我快三倍,但由于我清楚应该怎么做,所以做的比较快,最后也正常完成。
最后输入数据一看,结果刚达优秀标准,没想到自己能做这么好,确实有点侥幸,但分析实验是一门严谨的工作,这次实验只能给自己敲响警钟,要想做得好,只有好好努力了,认真细心了。
做Agilent实验的时候其实有个小插曲,在测第5瓶吸光度时,一下达到了4以上,当时研究生学姐说你是不是配错了,我说配错了也不可能达到这么大的吸光度啊,首先想到的是放的毛面,但不是。
然后我觉得是不是光路被卫生纸挡住了,我只看了放比色皿的那里,结果没有,然后学姐发现是光路接收端被卫生纸挡住了。
在这过程中,我就重新往比色皿中倒入液体,这时溶液很可能就错了,导致我事后发现5、6瓶溶液颠倒了。
在用Agilent做出的RSD没问题,但RSE差别很大,后来也想到可能是溶液编号混乱,但自己就是没耐心去找一下,成功就在于你去做不做,自己能解决的就尽量自己解决,这样才能提高。
从这看来,实验还是有趣味的,就这么一个简单的事故导致我数据错位。
其实做Agilent实验的时候有好多人看着,然后从容量瓶往比色皿中装溶液时手就不自觉地在斗,虽然自己心里感觉不到有什么,但实际如此。
看来自己的心理素质需要加强,今天在上课时想回答老师问题之前,心跳都会不自觉的加快,虽然自己知道没什么,但是还是心跳加快,以后要多多锻炼自己。
分析实验虽然简单,但是想要达到很高的准确度却是非常有挑战性的,任何一件小事中都能学到很多,只要做好一点一滴,生活就充实一点一滴。
八.解决实际问题
通过文献查阅,设计一种测定市售饮料中色素含量的方法并用于美年达中日落黄的测定
市售饮料中色素含量的测定方法
1原理
聚酰胺是具有二级性的化合物,水溶性的酸性合成色素在酸性条件下被聚酰胺吸附,在碱性条件下解吸附。
由于聚酰胺能在很稀的溶液中吸附色素,且对人工合成色素吸附牢固,对天然色素吸附不紧密,能用甲醇一甲酸洗脱天然色素。
因此经提取、浓缩、分离后,再用容量瓶配成一定PH下的溶液,经在390至540nm波长下测定一系列吸光度后,利用上述实验已求出的K系列矩阵,就可知道未知物的浓度。
2仪器
722分光光度仪
容量瓶:
50ml3个移液管:
5ml4支
3实验试剂
三瓶美年达聚酰胺粉(尼龙6)60-80目甲醇一甲酸溶液:
(6+4)。
乙醇一氨溶液:
取1mL氨水,加乙(70%)至100mL。
柠檬酸溶液:
200g/L。
0.1ml/LHCl
4实验步骤
4.1样品处理
取一瓶美年达,移取50ml,加热除去二氧化碳(含酒精的饮料需要加热驱除乙醇)于100mL烧杯中,加热至70℃时加入0.5~1.0g聚酰胺粉充分搅拌,用柠檬酸溶液(200g/L)调pH至4,使色素完全被吸附(如溶液还有颜色,可再加一些聚酰胺粉充分搅拌)。
将吸附色素的聚酰胺全部转入G3垂融漏斗中过滤。
用柠檬酸(200g/L)酸化至pH4的70℃水反复洗涤,20mL/次,边洗边搅拌。
再用甲醇-甲酸溶液(6+4)洗涤1~3次,去除天然色素,每次20mL,至洗液无色为止。
再用70℃水反复洗涤至流出的溶液为中性,洗涤过程中必须充分搅拌。
然后用乙醇—氨溶液分次解吸全部色素,收集全部解吸液,于水浴上驱氨后移入50mL容量瓶中,用蒸馏水洗涤容器,洗液并入容量瓶中,加入5mlHCl,用蒸馏水稀释至刻度。
另两瓶相同处理。
4.2吸光度测定
用722型分光光度仪在390-540nm,每隔10nm分别测定三组溶液的吸光度,然后用上次实验求得的k系列矩阵,利用multicom.exe软件求出未知样中各混合色素的浓度,最后取平均值。
计算后自然可知美年达中日落黄的浓度。
参考文献
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稳健多元校正方法及其比较研究,刘世庆,丁德荣
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偏最小二乘多元校正法用于三组分食用色素的同时测定,司圣柱
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光谱多元校正中的模型传递,褚小立,袁洪福,陆婉珍
饮料食品中合成色素的测定方法,姚作睿梁侃
饮料中合成色素的测定方法研究,杨国先
二阶导数光谱法在食品合成色素测定中的应用,陈庆胜郑创亮
高效液相色谱法对挂面中食用合成色素的测定,符锋范会平秦学磊
色酒中合成色素的测定,崔珊娜,许秀举
食品中合成色素测定方法几个问题探讨,李明元,邵变徽,田永泉
五茄皮药酒中合成色素的测定,亓跃蓉,蒋利康
雪糕中合成色素的测定,黄建蓉,杨洋
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- 多元 校正 分光光度法 同时 测定 混合 色素