石墨爐原子吸收光譜法測定發酵香腸中的鎘

戴意強，劉輝,2，劉恩岐,2，陳安徽,2，陳尚龍,2*

(1.徐州工程學院 食品(生物)工程學院，江蘇 徐州 221018；2.徐州工程學院 江蘇省食品資源開發與質量安全重點建設實驗室，江蘇 徐州 221018)

Cd不是人體必需的元素，其毒性較大，一般通過食物鏈進入人體，并在人體內富集，嚴重威脅人體健康[1,2]，眾所周知的“骨痛病”就是由Cd中毒引起的[3]。因此，在食品中對Cd限量有嚴格的衛生標準[4]。適當的樣品前處理可以有效地降低基體干擾，常用的前處理方法有干法灰化、濕法消解和微波消解。干法灰化耗時短，但操作簡單，用酸量小，空白值低[5]；濕法消解用酸量大，產生大量有毒有害氣體，但用時短，待測元素揮發損失小[6]；微波消解需要特殊儀器設備，消解樣品量較小，但耗時短、用酸量小、空白值低[7-9]。

本試驗將實驗室所研制的發酵香腸作為研究對象[10-12]，采用石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)測定發酵香腸中Cd的含量[13-18]。利用單因素試驗，考察各因素對Cd吸光度的影響，選出最佳的基體改進劑[19,20]，在此基礎上通過正交試驗確定最佳樣品前處理方法、基體改進劑添加體積、灰化溫度和原子化溫度，建立GFAAS測定發酵香腸中Cd的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

發酵香腸：實驗室研發產品。

1.000 g/L Cd標準溶液：國家化學試劑質檢中心；磷酸二氫銨、濃HNO3、30% H2O2(V/V)：均為優級純，國藥集團化學試劑公司；十二烷基硫酸鈉、抗壞血酸、乙二胺四乙酸、檸檬酸、酒石酸、(NH4)2SO4、Mg(NO3)2、Pd(NO3)2：均為分析純，天津福晨化學試劑廠；18.2 MΩ·cm超純水；氬氣(純度>99.99%)。

1.2 儀器與設備

Contra AA 700連續光源原子吸收光譜儀(配有MPE60自動進樣器，簡稱HR-CS AAS) 德國Analytic Jena公司；XT-9900型智能微波消解儀及預處理裝置、XT-9800型多用預處理加熱儀 上海新拓微波溶樣測試技術公司；KSL-1400X-A2 智能箱式高溫爐 合肥科晶材料技術公司；220V-AC電子可調萬用電爐(0～2000 W) 上海樹立儀器儀表公司；FA-2004B電子天平(精度0.1 mg) 上海越平科學儀器公司；CascadaTM智能實驗室超純水系統 美國頗爾公司。

1.3 方法

1.3.1 發酵香腸工藝流程

原料肉處理(肥瘦分割)→腌制→絞肉→加入發酵劑→灌腸(包括結扎和排氣)→發酵→干燥→成熟→貯藏。

1.3.2 儀器工作參數

HR-CS GFAAS測定Cd工作參數：分析譜線為228.8018 nm，載氣為高純氬氣，進樣體積為20 μL；Cd元素原子化過程溫度參數：灰化溫度、原子化溫度分別為800，1500 ℃，原子化程序升溫速度為1400 ℃/s；基體改進劑：10 g/L磷酸二氫銨(加入體積5 μL)。

1.3.3 基體改進劑溶液的配制

磷酸二氫銨溶液(10 g/L)：先將1.00 g磷酸二氫銨放入燒杯中，加入0.5% HNO3(V/V)充分溶解，并轉移至100 mL容量瓶中，并以0.5% HNO3(V/V)定容至刻度，搖勻。

按上述方法，配制酒石酸溶液(1 g/L)、檸檬酸溶液(1 g/L)、抗壞血酸溶液(1 g/L)、十二烷基硫酸鈉溶液(1 g/L)、乙二胺四乙酸(飽和溶液)、(NH4)2SO4溶液(1 g/L)、Pd(NO3)2溶液(1 g/L)、Mg(NO3)2溶液(1 g/L)。

1.3.4 標準工作曲線的配制

用0.5% HNO3(V/V)將Cd標準溶液(1.000 g/L)逐級稀釋至5.00 μg/L Cd標準使用液，再將其置于MPE自動進樣器中，設置5個質量濃度梯度(0.50，1.25，2.50，3.75，5.00 μg/L)。

1.3.5 樣品前處理方法

干法灰化：稱取1.0～1.2 g經粉碎、攪勻的發酵香腸(精確至0.1 mg)置于坩堝中，炭化至無煙后，轉移至箱式高溫爐中，高溫灰化(500 ℃，8 h)，待灰分冷卻至室溫后，用1% HNO3(V/V)充分溶解，溶解液和坩堝洗滌液經過濾后轉移至規格為25 mL的容量瓶中，定容至刻度，搖勻備用；同時以同樣方法做空白試驗。

濕式消解：取0.4～0.5 g樣品(精確至0.1 mg)和10 mL混合酸(硝酸∶高氯酸為9∶1，V/V)置于具塞錐形瓶中，先振蕩均勻后放置過夜，再加熱消解，直至冒白煙，待消解液冷卻后，用1% HNO3(V/V)洗入規格為10 mL容量瓶中，再用1% HNO3(V/V)定容至刻度，搖勻備用；同時以同樣方法做空白試驗。

微波消解：將0.4～0.5 g樣品(精確至0.1 mg)、5 mL濃 HNO3和2 mL 30% H2O2(V/V)一起置于微波消解罐中，經輕微震蕩、混勻后進行微波消解，待消解完畢后，用小火加熱除酸至近干，用1% HNO3(V/V)洗入規格為10 mL的容量瓶中，定容至刻度，搖勻備用；同時以同樣方法做空白試驗。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 基體改進劑種類的選擇

發酵香腸成分較為復雜，含有大量蛋白質、脂肪等有機成分和無機鹽成分，添加適當的基體改進劑可以防止灰化過程中Cd的損失，有效地改善吸收峰形和提高Cd的吸光度。將基體改進劑種類作為試驗變量，研究基體改進劑種類對Cd吸光度的影響，結果見圖1。

圖1 基體改進劑對吸光度的影響Fig.1 Effect of matrix modifier on absorbancy

由圖1可知，不同基體改進劑對Cd的吸光度影響差異很大，其中10 g/L NH4H2PO4影響最顯著。因此，試驗選擇10 g/L NH4H2PO4作為測定Cd的基體改進劑。

2.1.2 基體改進劑添加體積的優化

加入適量的基體改進劑可以得到穩定性和重現性更好的吸收峰。將基體改進劑添加體積作為試驗變量，固定其他試驗因素，利用GFAAS測定Cd的吸光度，結果見圖2。

圖2 基體改進劑添加體積對吸光度的影響Fig.2 Effect of matrix modifier volume on absorbancy

由圖2可知，吸光度大小隨基體改進劑添加體積的增大而增加，然后趨于穩定，并伴隨小幅下降。當基體改進劑添加體積為5 μL時，Cd的吸光度達到最大值。

2.1.3 灰化溫度的優化

灰化溫度過低會使樣品中基體殘留，灰化溫度過高會使樣品中Cd元素損失，這兩種情況都會影響Cd的吸光度。將灰化溫度作為試驗變量，固定其他試驗因素，利用GFAAS測定Cd的吸光度，結果見圖3。

圖3 灰化溫度對吸光度的影響Fig.3 Effect of ashing temperature on absorbancy

由圖3可知，當灰化溫度小于800 ℃時，Cd的吸光度上升明顯；當灰化溫度大于800 ℃時，Cd的吸光度明顯下降，表明過高的灰化溫度導致待測元素受到了損失。

2.1.4 原子化溫度的優化

GFAAS原子化階段的作用是產生原子蒸汽，原子化溫度會影響測定的準確度和靈敏度，因此在測定Cd吸光度過程中，需要選擇合適的原子化溫度。將原子化溫度作為試驗變量，固定其他試驗因素，利用GFAAS測定Cd的吸光度，結果見圖4。

圖4 原子化溫度對吸光度的影響Fig.4 Effect of atomizing temperature on absorbancy

由圖4可知，當原子化溫度在1300～1600 ℃時，Cd吸光度隨原子化溫度升高而增加，當原子化溫度大于1600 ℃時，Cd的吸光度隨原子化溫度的增加而緩慢下降。

2.2 正交試驗設計及方差分析

在單因素試驗的基礎上，以前處理方法、基體改進劑添加體積、灰化溫度和原子化溫度為影響因素，以Cd的吸光度為指標，選用L9(34)正交表進行正交試驗設計[21]，試驗設計及結果見表1，對試驗結果進行方差分析，結果見表2。

表1 正交試驗設計及試驗結果Table 1 Orthogonal experimental design and results

由表1可知，4個因素對吸光度的影響順序為A>B>C>D，即前處理方法>基體改進劑添加體積>灰化溫度>原子化溫度，其中前處理方法對吸光度的影響最強，且分析最佳測定條件為A1B2C2D1。

表2 正交試驗方差分析Table 2 Variance analysis of orthogonal experiment

注：F0.05(2,2)=19.00，P<0.05，*表示影響顯著。

由表2可知，前處理方法對吸光度的影響顯著(P<0.05)，基體改進劑添加體積、灰化溫度和原子化溫度對吸光度的影響不顯著。

為了進一步驗證正交試驗結果的可靠性與重現性，在分析最佳測定條件下，重復測定6次，得到吸光度的平均值為0.1691(高于試驗最佳吸光度0.1675)，RSD=3.43%。因此最佳測定條件為A1B2C2D1，即前處理方法為干法灰化，基體改進劑添加體積為5 μL，灰化溫度為800 ℃，原子化溫度為1500 ℃。

2.3 標準工作曲線

通過Aspect CS軟件設置Cd的檢測方法，使用HR-CS GFAAS進行順序測定。以標準液所配制的Cd質量濃度為橫坐標、所測定的Cd吸光度為縱坐標，利用軟件繪制非線性標準工作曲線，所得方程為A=(0.0265347+0.207538×c)/(1+0.1421586×c)，相關系數為0.9979，特征質量濃度為0.04 μg/L，測定結果表明Cd的質量濃度在0.50～5.00 μg/L范圍內，Cd的質量濃度與吸光度呈現良好的關系。

2.4 樣品測定和回收率試驗

發酵香腸經干法灰化后，在最優測定條件下平行測定6次，根據標準工作曲線，計算得出發酵香腸中Cd的平均含量為18.24 μg/kg，此含量小于國家標準(GB 2762-2012)中的限量(100 μg/kg)，RSD=3.67%。將一定量Cd的標準溶液和發酵香腸一起進行干法灰化(加標水平為20 μg/kg)，在最優試驗條件下平行測定6次，計算得樣品平均加標回收率為97.3%，RSD=2.86%，表明使用該方法測定發酵香腸中Cd，結果準確可靠。

3 結論

通過單因素試驗，試驗選擇10 g/L NH4H2PO4作為測定Cd的基體改進劑，系統地分析了影響發酵香腸中Cd測定的因素；再通過正交試驗，篩選出最優測定條件，即采用干法灰化進行前處理，添加基體改進劑體積為5 μL，石墨爐灰化溫度和原子化溫度分別800，1500 ℃；在此條件下，測定發酵香腸中Cd的含量為18.24 μg/kg，低于國家標準，加標平均回收率為97.3%，且RSD≤3.67%。

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