能量色散X射線熒光光譜法快速檢測配方乳粉中的鐵和鋅

陳 錫，吳建欣，王宗義，嚴國富，劉明博，廖學亮，趙修平，高婧怡

1 北京農學院食品科學與工程學院/食品質量與安全北京實驗室/農產品有害微生物及農殘安全檢測與控制 北京市重點實驗室，北京 1022062 北京雷力平衡農業發展有限公司，北京 1014073 鋼研納克檢測技術股份有限公司，北京 100081

0 引言

鐵（Fe）、鋅（Zn）是配方乳粉中重要的營養強化劑[1]，其標簽值的符合性是企業內部產品質量控制和市場監管的重要內容之一[2～4]。目前，配方乳粉中Fe、Zn的測定主要有紫外-可見分光光度法（UV-Vis）[5，6]、火焰原子吸收光譜法（AAS）、電感耦合等離子光譜法（ICP-OES）和電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）[7～9]；其中AAS、ICP-OES和ICP-MS較UV-Vis有較高的靈敏度和可靠性，也是現行國標采用的方法，特別是ICP-OES和ICP-MS可實現多元素同時檢測，但這些方法的不足是均需要對樣品消解，檢測周期長或設備投入高，不能實現快速檢測。X射線熒光（XRF）光譜技術是一種應用X射線照射樣品，通過識別待測元素的特征X射線熒光及其強度對待測元素進行定性、定量測定的方法，可實現樣品的原位、無損和快速檢測[10～12]，特別是能量色散X射線熒光（ED-XRF）光譜技術，由于根據其原理制造的能量色散X射線熒光光譜儀結構簡單、容易實現小型化，近年來發展迅速，在地質冶金[13～15]、能源[16]、大氣[17]、土壤[18～20]、海洋沉積物[21，22]、考古[23～25]等方面，獲得廣泛應用，但使用ED-XRF光譜技術檢測乳粉中Fe、Zn的方法還鮮有報道。

本試驗擬建立ED-XRF光譜快速檢測配方乳粉中Fe和Zn的新方法。配方乳粉作為一種特殊食品[26]，其質量安全監管相對更為嚴格[27～29]。孕期飲食習慣和嬰幼兒時期喂養也會影響未來食物過敏發生的概率，同時，嬰幼兒生命早期“1000天”也被稱為成長的黃金年齡段[30]。有大量研究表明，應適當限制食用飽和脂肪酸含量高的動物性食品，如牛肉、豬肉等；增加維生素D、維生素C及相關礦物質和營養元素的攝入；攝入較多的二十二碳六烯酸（DHA）等食物干預措施，能夠有效降低食物過敏發生的概率[1]。

本研究通過將配方乳粉試樣調漿，利用漿狀試樣容易通過加標而獲得均一加標試樣的特點，進行建標，解決了商品化定值標準配方乳粉不易獲得或不易制備的難題，為使用ED-XRF光譜技術進行配方乳粉的質量控制與監測提供了有價值的借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

配方乳粉（本地超市）；50 mL離心管，江蘇雨桐生物科技有限公司；國家標準樣品溶液GSB 04-1726-2004 鐵（Fe）單元素標準溶液、國家標準樣品溶液GSB 04-1761-2004鋅（Zn）單元素標準溶液（標準值均為1000 μg/mL），介質均為c（HNO3）=1.0 mol/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 儀器與設備

NX-100s 能量色散X射線熒光光譜儀、體積為10 mL的樣品杯，鋼研納克檢測技術股份有限公司；MS 3 basic 型渦旋混合儀，IKA公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

將50 mL離心管于分析天平上回零后，稱取14.00 g配方乳粉于其中，加入70～100 ℃的去離子水21 mL，再用移液器補加適量水至總質量為35 g，蓋好離心管蓋，渦旋4 min，將樣品混勻至漿狀。

稱取5.0 g樣品漿液，至另一50 mL離心管中，加入去離子水500 μL，渦旋20 s，裝入樣品杯中待測。

1.3.2 系列標準加入溶液的制作

按1.3.1的方法制備樣品漿液，分別稱取5.0 g樣品漿液于5 個離心管中，按表1的體積值加入濃度為1000 μg/mL的鐵和鋅標準溶液，然后補加去離子水至總加入體積為500 μL，渦旋20 s，裝入樣品杯中待測。

表1 加標樣品溶液配比

1.3.3 儀器工作參數

儀器工作參數見表2。

表2 儀器工作參數

1.3.4 標準加入定量方法

以系列加標樣品漿液中待測元素相對熒光強度（與歸一化元素熒光強度的比值）為縱坐標，所取漿液中待測元素加入量（μg）為橫坐標，建立校準曲線。樣品中待測元素含量，按下式進行計算。

2 結果與分析

2.1 X射線熒光譜線的選擇與干擾情況

試驗選擇較靈敏的Kα線作為分析線，圖1給出了代表性配方乳粉基質中譜線的干擾情況，Fe-Kα、Zn-Kα周圍未見明顯的基質元素干擾峰，理論上Cu-Kα對Zn-Kα有干擾，需要通過儀器控制軟件進行校正。本試驗中，由于配方乳粉試樣中Cu含量較低，干擾可忽略。

圖1 配方乳粉中Fe、Zn的X射線熒光光譜

2.2 方法的線性與定量下限

為便于定量結果的計算，本試驗使用相對熒光強度對待測元素加入量（μg）做校正曲線，5 g樣品漿液中加入0～300 μg的Fe標準溶液和0～200 μg的Zn標準溶液和（相當于固態配方乳粉中待測元素的加入濃度分別為0～137.4 mg/kg、0～89.2 mg/kg），結果見表3，在加入的量值（或濃度）范圍內線性良好，值均大于0.995。

考慮無Fe、Zn的空白乳粉樣不易獲得，定量下限不能通過加標的方式獲得，參考《GB/T 27417—2017 食品安全國家標準 合格評定化學分析方法確認和驗證指南》中關于定量限的有關說明，按樣品測定值標準差的10 倍進行評估，結果見表3。

表3 方法線性和定量下限

2.3 加標回收率與精密度

任取一種配方乳粉，按1.3.1的方法制備樣品漿液，再分別取5 g樣品漿液，參照表1的方法進行3水平6重復的加標回收試驗，回收率與精密度見表4。根據GB/T 27417—2017中回收率范圍和偏差指導范圍的規定，當被測組分含量＞100 mg/kg時，回收率范圍為95%～105%；當被測組分含量為1～100 mg/kg時，回收率范圍應為90%～110%。當真值含量為0.010～10 mg/kg時，RSD應在-20%～+10%；當真值含量為10 ～1000 mg/kg時，RSD應小于15%。試驗結果顯示加標回收率為99.66%～102.88%，RSD為0.22%～ 0.12%，均優于標準的規定值。

表4 Fe和Zn測定的加標回收率與精密度（n=6）

2.4 實際樣品的檢測

應用本方法對市場上某3 個品牌的配方乳粉產品進行實際檢測，見表5，結果顯示標簽符合性良好。

表5 實際樣品的檢測結果

3 結論與討論

本試驗建立了ED-XRF光譜快速檢測配方乳粉中Fe、Zn的快速檢測方法。該方法具有操作簡單，快速，無需樣品消解，對操作人員和環境都極為友好的特點，方法準確度高、精密度好，為配方乳粉中Fe、Zn標簽值的合格性檢驗提供了有效的手段。ED-XRF雖具有簡單、快速、可實現原位無損檢測等特點，但針對食品樣品，基質復雜多變，同類基質的樣品通常需要應用同種基質的標準樣品制作校準曲線，而由于同種基質的標樣不容易制備或成本較高，成為ED-XRF技術在食品中相關元素檢測的限制因素之一。就配方乳粉樣品而言，制作含有準確Fe、Zn含量值的系列固態乳粉標準樣，難度較大，而商品標準樣通常不易獲得。

本試驗以配方乳粉中Fe、Zn的檢測為例，通過制備樣品漿液，利用液態試樣溶液容易通過加標而獲得準確、均一試樣的特點，制備標準系列樣品，建立加標校準曲線，從而能夠克服固態標準試樣制作困難的問題；本試驗通過應用加標曲線，運用標準加入法進行定量，解決了基質效應的相關問題；同一批次的樣品僅需建立一次加標曲線，方法較為簡單，能夠很好的達成本次試驗的目標。本試驗亦為應用ED-XRF技術建立類似食品中的相關元素的快速檢測方法提供了有價值的借鑒。

4 展望

隨著居民生活水平的不斷提高，對安全、營養需求的不斷增加，對食品的質量安全期望度更高，這也要求食品檢測的速度更快、精度更準、方法更簡單。快速檢測行業，尤其是ED-XRF技術的發展潛力巨大。ED-XRF技術相較于其他的傳統經典方法的樣品前處理非常簡單，且檢測較為快速，1 種元素的檢測只需180 s，既可以快速得出檢測結果，又可以應對數量較多的樣品的檢測。ED-XRF方法操作步驟簡便，但需要操作人員有較高的分析譜圖的能力。未來，可開展有關ED-XRF技術樣品前處理方法的研究與細化、樣品基質效應的評價、EDXRF儀器的檢測評價的研究，制定ED-XRF儀器的相關標準等，這些措施將極大推動ED-XRF技術在食品中的應用，促使我國的快速檢測行業更進一步發展。