ED-XRF法快速測定食用植物油中鉻、鉛、鎘

李強，歐飛，黃萬燕，張輝，劉凱

江蘇天瑞儀器股份有限公司（昆山 215300）

油脂是人類膳食的主要組成部分，是“三大營養物質”之一，是人類生活不可缺少的能量和營養源。植物油中主要含有油酸和亞油酸，是人體必需的不飽和脂肪酸，較動物油來說更加具有營養價值。中國成人膳食脂肪食物來源調查研究表明，中國居民膳食油脂約有一大半來自烹調用油脂，居民食用植物油提供的脂肪占總脂肪量的60%以上，所以植物油是人們最重要的食用油[1-2]。鉻、鉛、鎘元素是生活中常見的重金屬，這些重金屬及其化合物具有生物累積性，可以通過消化道與呼吸道進入身體，長期聚集與蛋白質和生物酶發生作用，并引發免疫系統、神經系統及生殖系統方面的病變[3-4]。食用植物油在原料種植、生產加工、運輸、貯存過程可能會引入重金屬，長期食用富含重金屬的植物油會對人體造成巨大傷害。因此，快速、準確地測定食用植物油中的重金屬十分必要。

食用植物油中重金屬元素的測試方法有石墨爐原子吸收光譜法、火焰原子吸收光譜法、冷原子吸收光譜法、高效液相色譜法、原子熒光光譜法、電感耦合高頻等離子體質譜法、陽極溶出伏安法、紫外分光光度法等[5-8]。石墨爐原子吸收光譜具有較高的靈敏度，已成為日常工作中測定食用植物油中重金屬元素的首選方法，但該方法測試需先將樣品進行消解或灰化，完全破壞樣品中的有機物后，再進行測試。方法與其他傳統化學分析方法類似，食用植物油在消解時容易爆沸，造成結果不準確，且前處理耗時較長，會產生廢水廢氣，不適合大批量食用植物油中重金屬元素的快速測試。介紹一種XRF熒光光譜測試方法，方法具有較低的檢出限；且無需進行前處理、便捷、快速、環保，在短時間內可快速地測定食用植物油中重金屬元素，能夠滿足大批量食用植物油產品的快速分析需求。

1 材料與方法

1.1 儀器及設備

能量色散X熒光光譜儀（型號EDX 3200 Plus C，江蘇天瑞儀器股份有限公司）；火焰石墨爐一體式原子吸收光譜儀（型號AAS9000，江蘇天瑞儀器股份有限公司）；ME104電子天平（梅特勒-托利多儀器）。

1.2 標準物及樣品

鉻、鉛、鎘金屬有機物標液，濃度1 000 mg/kg（LGC Standards公司生產，編號VHG-OCR-1000-A-50G、VHG-OPB-1000-50G、VHG-OCD-1000-50G）；植物油樣品，購自大型超市，原始食用植物油樣本中的鉻、鉛、鎘含量由GB 5009.123—2014（石墨爐原子吸收法、鉻元素檢出限0.005 mg/kg）、GB 5009.12—2017（石墨爐原子吸收法、鉛元素檢出限0.02 mg/kg）、GB 5009.15—2014（石墨爐原子吸收法、鎘元素檢出限0.001 mg/kg）[9-11]方法測試，結果為未檢出。

將金屬有機物標液加入植物油中獲得不同鉻、鉛、鎘金屬濃度的植物油混合標液。配制得10個混合標液，鉻、鉛、鎘元素濃度分別為0，0.05，0.10，0.20，0.30，0.50，0.80，1.00，20.00和5.00 mg/kg的樣品。在同一標液中鉻、鉛、鎘元素濃度相同。同時隨機配制一份驗證盲樣，該樣品將使用X熒光光譜法和國家標準方法同時測試。

1.3 工作曲線建立及測試方法

將測試樣品稱取10 g，裝入測試樣品杯進行測試。設定合適的測試參數（鉻：管壓20 kV，管流800 μA，測試時間2 min。鉛：管壓40 kV，管流600 μA，測試時間2 min。鎘：管壓65 kV，管流600 μA，測試時間10 min），以配制的10份混合標液作為二次標樣，在XRF熒光光譜儀的軟件上，建立植物油中重金屬鉻、鉛、鎘元素的工作曲線。測試10個標樣中鉻、鉛、鎘元素特征譜線X射線熒光強度，每個樣品至少測試2次。取熒光強度的平均值，與對應標準物質鉻、鉛、鎘元素的含量繪制標準曲線。以X射線熒光強度與元素含量關系，按Lucas-Tooth-Price經驗公式計算，如式（1）所示。

式中：Ci為待測元素含量；Bi為待測元素曲線截距；Ki為待測元素曲線斜率；A為各元素之間的影響因子；I為X射線熒光強度；i為分析元素；j為重疊或共存元素。

從10份混合標液中隨機選取3份，編號后和驗證盲樣一同進行測試。對使用ED-XRF法測試后的數據進行實用性分析。

2 結果與分析

2.1 方法檢出限測定

根據標準GB/T 27404—2008[12]要求計算方法檢出限（CL），選擇空白（含量0 mg/kg），連續測試20次，計算其方法檢出限。

方法檢出限計算如式（2）所示。

式中：CL為方法檢出限；Sb為空白值標準偏差；b為測試曲線斜率。

表1為能量色散X熒光光譜儀分析20個空白試樣的測試結果，根據平均值、標準偏差及測試曲線斜率可計算出EDX 3200 Plus C光譜儀針對食用植物油中鉻、鉛、鎘元素的方法檢出限CL。

表1 方法檢出限

2.2 準確性及精密度

使用儀器對隨機的3個食用植物油樣品和1份驗證盲樣中的鉻、鉛、鎘元素進行雙試驗測試，同時使用石墨爐原子吸收光譜法（國標方法GB 5009.123—2014、GB 5009.12—2017、GB 5009.15—2014）測定鉻、鉛、鎘元素。采用配對t檢驗法驗證ED-XRF熒光光譜法與石墨爐原子吸收光譜法測定結果是否存有顯著的差異，結果見表2。

表2為準確性測試結果，經計算分析，Cr元素，td=0.525；Pb元素，td=0.897；Cd元素，td=0.536，查t分布表，t0.05,7=2.365。3個元素的td均小于t0.05,7，說明能量色散X熒光光譜法測試食用植物油中的重金屬元素與國家標準方法（石墨爐原子吸收光譜法）測定結果之間無顯著性差異。此外，通過樣品的測試值與國標定量值比較討論儀器的測試結果的準確性，所測試樣品中3#樣品Cr元素的測試值與國標定量值的差值最大，差值的相對標準偏差為4.27%。通過數據分析，該方法測試食用植物油中的重金屬元素具有較高的準確性。

表2 準確性測試結果

根據GB/T 27404—2008要求同時對4個樣品重復測試6次，計算方法精密度，結果見表3。

表3為精密度測試結果，變異系數CV=（標準偏差/平均值）×100%。經計算分析，Cr元素CV最大為5.96，Pb元素CV最大為4.38，Cd元素CV最大為2.89。變異系數均小于實驗室內部的變異系數參考范圍（10 mg/kg組分含量范圍）要求7.5。通過數據分析，該方法測試食用植物油中的重金屬元素具有較高的精密度。

表3 精密度測試結果

2.3 重復性測試

測試結果的重現性是考核分析方法的一項重要指標，將對鉻、鉛、鎘元素含量0.5 mg/kg的食用植物油樣品進行6次重復性測試，按照GB/T 4889—2008[13]中7.1單總體方差或標準差檢驗實施χ2分布檢驗，判斷方法的重復性測定標準差是否符合國家標準。其測試結果如表4所示。

測試結果表明，連續測試樣品6次，鉻、鉛、鎘元素極差最大為0.044。GB 5009.123—2014、GB 5009.12—2017、GB 5009.15—2014[10-12]規定：鉻、鉛、鎘元素在重復性條件下獲得的2次獨立測定結果的絕對值不得超過算術平均值的20%，各元素2次測定絕對差（即沖線性r）分別小于等于0.100 3，0.098 8和0.099 9，各元素6次測定的重復性臨界極差Cr R95(6)=f(6)×r/2.8均為0.14，標準規定的重復性標差Sr=r/2.8分別為0.035 8，0.035 3和0.035 7，顯著性水平ɑ=0.05情況下，查表得χ20.95(5)=11.07，χ2=（n-1）s2/Sr2。查看數據χ2均小于χ20.95(5)，極差均小于Cr R95(6)，表明該方法具有較好的重復性標差和極差。此外，方法的測試數據具有較好的重現性，三元素中相對標準偏差和相對極差最大為3.10%和8.77%，進一步證明該能量色散X熒光光譜法能夠滿足食用植物油中鉻、鉛、鎘元素的重現性測試需求。

表4 重復性測試結果

2.4 穩定性測試

選取含量0.3 mg/kg樣品進行穩定性測試，穩定性測試次數n=13，每次測試間隔15 min，表5為穩定性測試數據。數據分析鉻、鉛、鎘元素標準偏差最大為0.017 5，極差最大為0.055。GB 5009.123—2014、GB 5009.12—2017、GB 5009.15—2014 規定：鉻、鉛、鎘元素在重復性條件下獲得的2次獨立測定結果的絕對值不得超過算術平均值的20%，各元素2次測定絕對差（即沖線性r）分別小于等于0.065 9，0.060 0和0.060 5，各元素13次測定的重復性臨界極差CrR95(13)=f(6)×r/2.8均為0.10，標準規定的重復性標差Sr=r/2.8分別為0.023 5，0.021 4和0.021 6，顯著性水平ɑ=0.05情況下，查表得χ20.95(12)=21.026，χ2=（n-1）s2/Sr2。查看表中數據χ2均小于χ20.95(12)，極差均小于CrR95(13)，表明該方法具有較好的重復性標差和極差。通過測試數據說明該方法及儀器具有較好的穩定性，所測試元素中相對標準偏差和相對極差最大為5.30%和16.69%。

表5 穩定性測試

3 結論

通過對該方法快速測定的檢出限、準確性、精密度、重復性以及穩定性驗證，測試結果完全符合GB/T 4889—2008數據的統計處理標準，完成一個樣品（雙試驗）的測試時間不超過30 min，該方法可滿足食用植物油中鉻、鉛、鎘元素的快速測試要求。

方法較傳統化學測試方法而言，無需前處理，操作快捷，無試劑消耗，測試成本低，綠色環保，同時且具有較高的準確度、精密度和較好的重現性，是一種高效率的分析方法，可用于食用植物油的重金屬快速篩查工作。