微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定明膠中鉻含量

（甘肅省食品檢驗(yàn)研究院，甘肅蘭州730030）

食用明膠是由動(dòng)物皮膚、骨等結(jié)締組織中的膠原部分降解而成，屬于一種大分子的親水膠體，具有吸水性強(qiáng)、黏度高、不含膽固醇等特性，可以用來(lái)制作糖果添加劑、冷凍食品添加劑等，也被廣泛應(yīng)用到醫(yī)藥和化工產(chǎn)業(yè)中。工業(yè)明膠是從皮革中將水解蛋白脫出而制成的明膠，熬制過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，一些不法分子在利益的驅(qū)使下使用工業(yè)明膠代替食用明膠。但是工業(yè)明膠中鉻含量嚴(yán)重超標(biāo)，過(guò)量的鉻將破壞人體骨骼及造血干細(xì)胞，體內(nèi)蓄積有致癌性并可能誘發(fā)基因突變，因此明膠鉻含量檢測(cè)已成為食品檢測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo)[1]。衛(wèi)生部制定的《食品添加劑明膠生產(chǎn)企業(yè)衛(wèi)生規(guī)范》強(qiáng)調(diào)，禁止使用制革廠鞣制后的任何廢料生產(chǎn)食用明膠[2-3]，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》中也規(guī)定明膠中的鉻含量不得超過(guò)2.0 mg/kg[4]。

國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)食品中鉻元素測(cè)定的方法一種是石墨爐原子吸收光譜法[5-7]，根據(jù)GB 5009.123-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉻的測(cè)定》[8]，石墨爐法靈敏度雖高，但每次只能檢測(cè)1種元素，測(cè)樣時(shí)間較長(zhǎng)，延長(zhǎng)了試驗(yàn)分析時(shí)間，且因樣品基體成分復(fù)雜而容易產(chǎn)生背景干擾；另一種是電感耦合等離子體質(zhì)譜法（inductively coupled plasma massspectrometry，ICP-MS）[9-11]，根據(jù) GB 5009.268-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中多元素的測(cè)定》[12]，ICP-MS具有更高的穩(wěn)定性和更低的檢出限，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但是檢測(cè)設(shè)備價(jià)格過(guò)高，極大地增加了檢測(cè)成本，限制了其方法的使用范圍，且存在光譜及非光譜的干擾較多。故綜合考慮干擾、檢測(cè)靈敏度和資金投入等因素，本試驗(yàn)采用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定考核樣明膠中的鉻含量，對(duì)其測(cè)試條件、試驗(yàn)準(zhǔn)確度和精密度進(jìn)行了研究，并與石墨爐原子吸收法的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，以期為電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（inductively coupled plasma optical emission specrometry，ICP-OES）在食品鉻含量測(cè)定中的研究提供可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

超純水（比電阻為18.2 MΩ·cm）：美國(guó)熱電公司；硝酸（優(yōu)級(jí)純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鉻元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 （1 000 μg/mL，GBW08614）、奶粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW10017）：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；磷酸二氫銨（優(yōu)級(jí)純，批號(hào)：20080507）：美國(guó)PE公司；明膠考核樣品：中國(guó)食品藥品檢定研究院組織的能力驗(yàn)證考核樣品。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（iCAP7000）：Thermo Fisher Scientific公司；原子吸收分光光度計(jì)（ICE3500）、超純水機(jī)（LAB Tower ED1）：Thermo Fisher Scientific公司；微波消解儀（UltraCLAVE）：意大利Milestone；趕酸板：Lab Tech VB ClaveA。

1.2 方法

1.2.1 儀器工作條件

1.2.1.1 石墨爐原子吸收光譜儀工作條件相關(guān)參數(shù)

波長(zhǎng)為357.9 nm，燈電流為100%，狹縫寬為0.5 nm，氬氣流量為0.2 L/min，讀數(shù)方式為峰高，縱向加熱，塞曼扣背景，測(cè)試模式為吸收，石墨爐升溫程序如表1。

1.2.1.2 ICP-OES法的測(cè)定工作條件相關(guān)參數(shù)

ICP-OES測(cè)定工作條件見(jiàn)表2。

1.2.1.3 微波消解儀器相關(guān)參數(shù)

微波消解儀測(cè)定參數(shù)見(jiàn)表3。

表1 石墨爐原子吸收光譜儀測(cè)定工作條件Table 1 Working conditions of graphite furnace atomic absorption spectrometer

表2 ICP-OES測(cè)定工作條件Table 2 Operating conditions of ICP-OES

表3 微波消解儀測(cè)定參數(shù)Table 3 Determination parameters of microwave dissolver

1.2.2 鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及測(cè)定

1.2.2.1 ICP-OES法鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及測(cè)定

吸取 1 mL鉻元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/mL），用超純水定容于100 mL容量瓶中，得到鉻元素儲(chǔ)備液（10 000 μg/L）備用。取6個(gè)100 mL的容量瓶，分別吸取鉻元素儲(chǔ)備液 0.00、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mL，用6%的硝酸溶液定容至100 mL，混勻，配制成濃度為 0.0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0 μg/L 的鉻元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，并按1.2.1.2 ICP-OES儀器工作條件測(cè)定。

1.2.2.2 石墨爐原子吸收法鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及測(cè)定

吸取 1 mL 鉻元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/mL），用超純水定容于10 mL玻璃試管中，得到鉻元素儲(chǔ)備液I（100 μg/mL）備用。接著，吸取1 mL鉻元素儲(chǔ)備液I（100 μg/mL），用超純水定容于100 mL容量瓶中，得到鉻元素儲(chǔ)備液П（1 000 μg/L）備用。取6個(gè)50 mL的容量瓶，分別吸取鉻元素儲(chǔ)備液 П（1 000 μg/L）0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL，用 1%的硝酸溶液定容至50 mL容量瓶中，混勻，配制成濃度為0.0、4.0、8.0、12.0、16.0、20.0 μg/L 的鉻元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，并按

1.2.1.1 石墨爐原子吸收儀器工作條件測(cè)定。

1.2.3 樣品前處理微波消解法

準(zhǔn)確稱取約0.500 0 g（精確至0.000 1 g）的明膠樣品于石英消化管中，加入4 mL硝酸，加蓋密封后放入微波消解儀中，按1.2.1.3設(shè)定好的消解程序進(jìn)行樣品消解。消化完畢后取出消化管，進(jìn)行趕酸再定容及不趕酸直接定容的樣品處理。其中，不需趕酸的樣品消化液直接用6%的硝酸溶液定容至50 mL容量瓶中；需要趕酸處理的消化液放置在趕酸板上于140℃趕酸，當(dāng)樣品殘余量約為1 mL時(shí)，取出并冷卻至室溫后，將剩余消化液用1%的硝酸轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用超純水多次洗滌，合并洗滌液，定容至刻度,混勻備用，同時(shí)做試劑空白。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法線性范圍和檢出限

根據(jù)樣品的含鉻量范圍及儀器的實(shí)際使用情況，按1.2.2配制石墨爐原子吸收法（atomic absorption spectroscopy，AAS）和 ICP-OES標(biāo)準(zhǔn)溶液梯度，其線性范圍 AAS 為 0～20 μg/L、ICP-OES 為 0～50 μg/L。ICPOES法測(cè)定明膠中的鉻元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)為0.999 9，石墨爐原子吸收光譜法的鉻元素標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.999 0。將樣品空白溶液連續(xù)測(cè)定11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算儀器檢出限，AAS法為0.025 ng/mL，ICP-OES法為0.000 2 ng/mL。

2.2 干擾的消除

石墨爐原子吸收法常因樣品基體成分復(fù)雜而產(chǎn)生背景干擾，常用方法是加入基體改進(jìn)劑消除或減少干擾。本試驗(yàn)采用磷酸二氫銨為基體改進(jìn)劑，反應(yīng)過(guò)程提高了灰化和原子化溫度，降低了背景干擾，增加了元素測(cè)定的穩(wěn)定性。在1 100℃的灰化溫度和2 400℃的原子化溫度下，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性好、靈敏度高。ICPOES法分析技術(shù)的干擾主要有電離、光譜、記憶效應(yīng)干擾、基體效應(yīng)等，本研究采用最優(yōu)化的儀器條件，通過(guò)基體匹配和外標(biāo)法消除干擾，得到的鉻元素標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)好，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性好。

2.3 樣品加標(biāo)回收率、精密度試驗(yàn)

2.3.1 石墨爐法和ICP-OES法的兩種檢測(cè)方法結(jié)果比較

石墨爐法和ICP-OES法檢測(cè)結(jié)果比較見(jiàn)表4。

表4 石墨爐法和ICP-OES法檢測(cè)結(jié)果比較Table 4 Comparison of different instrument test results of graphite furnace and ICP-OES method

由表4看出石墨爐分光光度法測(cè)得明膠含鉻量的RSD值在0.20%～1.10%范圍內(nèi)，ICP-OES法測(cè)得明膠含鉻量的RSD值在0.20%～0.32%的范圍內(nèi)，兩種方法所得結(jié)果的重復(fù)性都很好。對(duì)比不同分析方法的明膠中鉻含量測(cè)定結(jié)果的相對(duì)偏差為0.14%，其方法精密度均小于20%，證明兩種檢測(cè)方法均滿足檢測(cè)要求。比較發(fā)現(xiàn)，石墨爐法測(cè)定的3個(gè)平行樣間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.21%，ICP-OES法的為0.08%，均小于3%，且不同檢測(cè)方法測(cè)定的結(jié)果十分接近，并沒(méi)有顯著差異。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.123-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉻的測(cè)定》，微波消解前處理之后，樣品需要在趕酸板上于140℃～160℃趕酸至0.5 mL～1.0 mL后定容，才能進(jìn)行石墨爐法分析。但是，ICP-OES法可以將不趕酸的消解樣品直接定容，進(jìn)行分析測(cè)定，在保證了試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提下，避免了趕酸過(guò)程中產(chǎn)生的酸霧及NO2等有毒氣體對(duì)檢驗(yàn)人員的身體危害，大大簡(jiǎn)化了明膠樣品前處理的步驟，節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間，加快了分析檢測(cè)速度，減少了趕酸過(guò)程帶入的誤差，分析結(jié)果更為可靠，證明了ICP-OES法有利于大批量快速檢測(cè)的需求。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)ICP-OES測(cè)試結(jié)果的RSD值明顯低于石墨爐法的相應(yīng)數(shù)值，證明該方法使得試驗(yàn)穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性明顯改善，得到了較為滿意的試驗(yàn)結(jié)果。

2.3.2 加標(biāo)回收試驗(yàn)

石墨爐法和ICP-OES法加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5和表6。

表5和表6結(jié)果表明，采用微波消解前處理方法，對(duì)比石墨爐法和ICP-OES法的測(cè)定結(jié)果，兩種檢測(cè)方法均得到穩(wěn)定性和重復(fù)性很好的檢測(cè)結(jié)果，其中石墨爐法測(cè)定的加標(biāo)回收率為96.9%；而ICP-OES法測(cè)定的加標(biāo)回收率平均值為95.5%，均在回收率90%～110%的滿意范圍內(nèi)。但相比較發(fā)現(xiàn)，ICP-OES法分析1個(gè)樣品的時(shí)間約為2 min，而石墨爐原子吸收法分析1個(gè)樣品經(jīng)過(guò)干燥、灰化、原子化、清洗、冷卻等升溫程序，再加上進(jìn)樣、沖洗和重復(fù)檢測(cè)時(shí)間，至少需要9 min。ICP-OES法具有分析速度快、動(dòng)態(tài)線性范圍寬、靈敏度高的明顯優(yōu)勢(shì)，能夠顯著提高工作效率，有利于工作的快速進(jìn)行。因此，在樣品數(shù)量較多時(shí)，ICP-OES法在分析速度和靈敏度上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)[13-16]。

表5 石墨爐法加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Result of recovery test for graphite furnace

表6 ICP-OES加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Result of recovery test for ICP-OES

2.3.3 準(zhǔn)確度驗(yàn)證試驗(yàn)

采用微波消解前處理方法，將奶粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW10017）作為質(zhì)控樣品加入到試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)石墨爐法與ICP-OES法分別對(duì)奶粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW10017）中鉻元素含量測(cè)定，進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度的驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7可知，兩種方法的測(cè)定結(jié)果平均值分別為0.354 mg/kg和0.364 mg/kg，均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（0.39±0.04）mg/kg的誤差范圍內(nèi)，說(shuō)明該兩種方法測(cè)定明膠中鉻含量均準(zhǔn)確可靠。

表7 不同檢測(cè)方法的奶粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)結(jié)果比較Table 7 Comparison of standard substances of milk powder with different detection methods

3 結(jié)論

本試驗(yàn)采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定考核樣明膠中的鉻含量，在保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下，與石墨爐法相比，發(fā)現(xiàn)ICP-OES法的微波消解前處理后可以省略趕酸過(guò)程直接定容分析樣品，降低了分析誤差，同時(shí)避免了趕酸時(shí)產(chǎn)生的酸霧和有毒氣體對(duì)檢驗(yàn)員的身體危害。同時(shí)，通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）與石墨爐原子吸收光譜法分別對(duì)明膠考核樣品和奶粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的鉻含量進(jìn)行了測(cè)定，比較發(fā)現(xiàn)兩種方法所得到的結(jié)果重復(fù)性、準(zhǔn)確性及加標(biāo)回收率都很好，表明這兩種方法在測(cè)定明膠含鉻量時(shí)均可以滿足檢測(cè)要求，但I(xiàn)CP-OES法能更快速、準(zhǔn)確地對(duì)樣品進(jìn)行分析，節(jié)約時(shí)間、提高工作效率、具有更高的穩(wěn)定性和更低的檢出限，有利于檢驗(yàn)工作的有效進(jìn)行。