懸乳液進(jìn)樣-ICP-MS法測(cè)定奇亞籽中的鉛、鎘、砷、鉻

柳溪，申雷，李瑩

天津市食品安全檢測(cè)技術(shù)研究院（天津 300308）

奇亞是原產(chǎn)于國(guó)外的一種植物，奇亞的種子即為奇亞籽。奇亞籽含油量高，且以不飽和脂肪酸為主，并富含人體需要的蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物質(zhì)、抗氧化劑等[1-5]。熊廷浩等[6]、劉海等[7]發(fā)現(xiàn)高油含量植物種子易受重金屬污染。此外，GB 2762——2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》[8]對(duì)各類(lèi)食品及其原材料中鉛、鎘、砷、鉻等重金屬的限量作出嚴(yán)格的規(guī)定，因此，為強(qiáng)化對(duì)奇亞籽中重金屬元素含量的監(jiān)控，保障消費(fèi)者的身體健康，建立實(shí)用、簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法十分必要。

食品中重金屬元素的檢測(cè)方法主要有原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）、電感耦合等離子體發(fā)生法（ICP-OES）等[9-12]。奇亞籽中重金屬元素含量多為痕量，ICP-MS具有超高的靈敏度，適用于痕量和超痕量元素含量的檢測(cè)，因此，試驗(yàn)選用ICP-MS法檢測(cè)。

查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，尚未有將固體樣品制備成懸乳液直接進(jìn)樣法用于奇亞籽中重金屬元素含量測(cè)定的報(bào)道。由于奇亞籽含油量非常高，難以用常規(guī)方法粉碎及制成均勻分散系。此次試驗(yàn)將奇亞籽制備成一定粒徑顆粒的懸浮液，并同步進(jìn)行乳化操作。在開(kāi)始研磨時(shí)即加入乳化劑，在細(xì)化奇亞籽顆粒的同時(shí)，將油珠乳化、分散，以期獲得穩(wěn)定、均勻的懸乳液，為奇亞籽中重金屬含量檢測(cè)提供更精準(zhǔn)的方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

石墨爐（WF-4C型，北京北分瑞利公司），稍加改造；恒溫磁力攪拌器（MYP19-2型，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司）；超純水儀（Milli-Qintegral 5型，美國(guó)Millipore公司）；激光粒度分布測(cè)試儀（2000型，英國(guó)馬爾文儀器有限公司）；ICP-MS（ICAP RQ型，Thermo公司），配備電熱蒸發(fā)（ETV）。

曲拉通X-100（上海阿拉丁生化科技有限公司）；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鉛、鎘、砷、鉻（均為1 000 μg/mL，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院）；GBW 10045（GSB-1）大米成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（天津市奧佳科技有限公司）；硝酸鈀溶液（10 mg/mL，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院）；鹽酸（天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司）；超純水（自制）；奇亞籽（市售）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：1 000 μg/mL，按需用1%的硝酸溶液進(jìn)行稀釋。

混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：分別取適量單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液混合，用適量的1%硝酸溶液逐級(jí)稀釋?zhuān)U、鎘、砷、鉻的質(zhì)量濃度系列為1.0，5.0，10.0，15.0和20.0 mg/L。

1.2.2 儀器工作參數(shù)

儀器最佳工作參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 ICP-MS工作參數(shù)

1.2.3 奇亞籽懸浮液的制備

取適量的奇亞籽，在爐溫120 ℃條件下烘干至恒重，準(zhǔn)確稱(chēng)取25 mg置于研缽中，加入0.05 mL曲拉通X-100固定奇亞籽，將其搗碎、研磨5 min，得到均勻的溶漿，加入4 mL 3%硝酸，繼續(xù)研磨后轉(zhuǎn)至5.0 mL容量瓶中，并加入0.15 mL硝酸鈀，用3%硝酸定容。為進(jìn)一步破碎奇亞籽顆粒，將混合物置于超聲條件下20 min。取10 μL樣品引入ETV中進(jìn)而進(jìn)行ICP-MS分析。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

通過(guò)儀器工作站中的軟件進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和分析，同時(shí)采用Excel 2010軟件處理相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響樣品前處理因素的優(yōu)化

2.1.1 爐溫對(duì)奇亞籽懸浮液顆粒粒徑的影響

加熱溫度對(duì)奇亞籽微觀顆粒粒徑分布有較大影響，而顆粒粒徑的大小又與所制懸乳液的穩(wěn)定性相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，顆粒粒徑越小懸乳液的穩(wěn)定性越好。奇亞籽在一定爐溫下烘干至恒重，有利于其顆粒的破碎和研磨[13-14]，進(jìn)而增大較小微粒所占的比例。試驗(yàn)分別考察爐溫為100，120，140和160 ℃時(shí)對(duì)懸浮液顆粒粒徑的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。結(jié)果顯示，樣品分別經(jīng)過(guò)4種不同爐溫烘干至恒重后，所有樣品的制得懸乳液中微粒粒徑小于30 μm的占比均超過(guò)90%，其中經(jīng)120 ℃烘干的樣品所制得懸乳液中微粒直徑小于5 μm的占比最高。在100，120，140和160 ℃的爐溫下所制懸浮液顆粒平均粒徑分別為8.74，6.73，9.56和8.36 μm，爐溫為100 ℃時(shí)對(duì)樣品的烘干效果不夠明顯，酥脆度不足，在研磨時(shí)顆粒粒徑不夠小，而爐溫120℃時(shí)可以獲得較好的酥脆度，所制懸浮液顆粒平均粒徑也最小；爐溫140 ℃時(shí)所得懸乳液顆粒平均粒徑最大。可能的原因是爐溫的升高，會(huì)導(dǎo)致微觀顆粒表面電荷量減少，斥力減弱，易聚集，從而形成平均粒徑較大的顆粒。爐溫160 ℃時(shí)所得懸乳液顆粒平均粒徑又有所減小，可能是樣品在較高的溫度下部分碳化，在研磨作用下形成相對(duì)較小的粒徑。試驗(yàn)結(jié)果與王冰等[15]研究漢麻蛋白熱處理行為的表征結(jié)果一致。因此，選取120 ℃作為制備奇亞籽懸乳液的最佳烘干爐溫。

圖1 爐溫對(duì)懸乳液粒徑分布的影響

2.1.2 硝酸濃度的選擇

據(jù)報(bào)道，金屬元素大多以自由或配合物的形式存在于樣品基質(zhì)中，而加入適當(dāng)濃度的酸液可改變金屬元素的狀態(tài)，使其轉(zhuǎn)移至酸液中[16-17]。試驗(yàn)分別考察濃度0，1%，2%，3%和4%這5個(gè)梯度的硝酸溶液對(duì)鉛、鎘、砷、鉻信號(hào)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。結(jié)果表明，相對(duì)于不加硝酸來(lái)說(shuō)，加入1%~4%的硝酸可使鉛、鎘、砷、鉻的信號(hào)強(qiáng)度明顯增大，硝酸濃度大于2%時(shí)，隨著硝酸濃度的增大，鉛、鎘、砷、鉻的信號(hào)強(qiáng)度趨向平衡，不再發(fā)生明顯變化。張寒霜等[18]研究表明，加入適當(dāng)濃度的硝酸有利于金屬元素從樣品基質(zhì)中析出，但所加硝酸的濃度并非越高越好，因?yàn)殡S著硝酸濃度的增加，儀器檢測(cè)值和線性系數(shù)會(huì)逐漸降低，綜合考慮選擇3%作為最佳硝酸濃度。

圖2 硝酸濃度對(duì)鉛、鎘、砷、鉻信號(hào)強(qiáng)度的影響

2.1.3 乳化劑濃度的選擇

曲拉通的化學(xué)名為辛基苯基聚氧乙烯醚，是一種OP型乳化劑，具有適中的親水親油值，對(duì)高油含量樣品基質(zhì)能起到很好的分散和懸浮作用，因此試驗(yàn)選其作為乳化劑。試驗(yàn)分別考察乳化劑濃度0.5%，1.0%，1.5%，2.0%和2.5%時(shí)，對(duì)鉛、鎘、砷、鉻信號(hào)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。曲拉通X-100濃度小于1%時(shí)，鉛、鎘、砷、鉻的信號(hào)強(qiáng)度與曲拉通X-100的濃度呈正比；而曲拉通X-100濃度在1%~2.5%的范圍內(nèi)，鉛、鎘、砷、鉻的信號(hào)強(qiáng)度沒(méi)有明顯區(qū)別。但是，曲拉通-100的濃度也并非越高越好，因?yàn)檫^(guò)高的含量會(huì)增大前處理過(guò)程的負(fù)荷，且樣品懸浮液中氣泡量增加、流動(dòng)性和均一性變差。因此曲拉通X-100濃度選擇1.0%。

圖3 曲拉通X-100濃度對(duì)鉛、鎘、砷、鉻信號(hào)強(qiáng)度的影響

2.2 線性參數(shù)和檢出限

在最優(yōu)ICP-MS工作條件下，測(cè)定各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，并分別以鉛、鎘、砷、鉻的濃度梯度為橫坐標(biāo)，信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，進(jìn)行線性回歸；平行測(cè)定10次空白試劑，以3倍信號(hào)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以對(duì)應(yīng)的斜率計(jì)算各元素的檢出限，結(jié)果見(jiàn)表2。各元素的信號(hào)強(qiáng)度值與其濃度之間的線性相關(guān)系數(shù)均≥0.999 8，線性關(guān)系良好，檢出限也能夠滿足實(shí)際樣品的檢測(cè)需求。

表2 線性參數(shù)和檢出限

2.3 精密度及添加回收試驗(yàn)

在精密度試驗(yàn)中，連續(xù)6次測(cè)定的鉛、鎘、砷、鉻質(zhì)量濃度的SRSD值為0.70%~3.9%，說(shuō)明儀器的精密度良好。在奇亞籽樣品中加入鉛、鎘、砷、鉻的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，制備成加標(biāo)樣品，平行測(cè)定6次，結(jié)果見(jiàn)表3。鉛、鎘、砷、鉻的平均加標(biāo)回收率范圍為93.4%~99.19%，SRSD范圍為0.7%~3.9%，表明無(wú)論是所建立方法的準(zhǔn)確性還是重現(xiàn)性都較好。

表3 方法添加回收試驗(yàn)（n=6）

為進(jìn)一步驗(yàn)證方法的可靠性，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米[GBW 10045（GSB-1）]實(shí)際樣品，按照試驗(yàn)建立方法分析其中鉛、鎘、砷、鉻的含量，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。所測(cè)大米中各元素含量均滿足標(biāo)準(zhǔn)值范圍，說(shuō)明所建立方法具有準(zhǔn)確性、可靠性。

表4 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

2.4 實(shí)際樣品分析

應(yīng)用建立的方法對(duì)市售某品牌奇亞籽樣品中鉛、鎘、砷、鉻的含量進(jìn)行檢測(cè)，其中鉛、鎘、鉻的檢測(cè)結(jié)果分別為0.17，0.071和0.017 mg/kg，3種毒性元素含量均未超出GB 2762——2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》[8]的規(guī)定，砷未檢出。

3 結(jié)論

試驗(yàn)開(kāi)發(fā)一種懸乳液進(jìn)樣-ICP-MS-測(cè)定奇亞籽中鉛、鎘、砷、鉻的方法，優(yōu)化了影響制備樣品懸乳液的關(guān)鍵因素，并將所建立的方法應(yīng)用于實(shí)際奇亞籽樣品中重金屬元素的檢測(cè)。該方法省去消解環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化前處理程序，有效避免目標(biāo)物的損失，提高檢測(cè)效率、準(zhǔn)確度和靈敏度。試驗(yàn)將該方法應(yīng)用于奇亞籽實(shí)際樣品中鉛、鎘、砷、鉻含量的檢測(cè)，結(jié)果表明該方法具有簡(jiǎn)單便捷、靈敏度高、準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)，適用于奇亞籽等高油含量基質(zhì)中重金屬元素含量的檢測(cè)。試驗(yàn)采用新型的樣品前處理技術(shù)，充分發(fā)揮ETV進(jìn)樣優(yōu)勢(shì)，克服傳統(tǒng)的微波消解、濕法消解或干法消解等前處理方法的弊端，提高了檢測(cè)效率和準(zhǔn)確度。但試驗(yàn)方法基于昂貴的大型儀器ICP-MS，限制了其在基層試驗(yàn)室的推廣應(yīng)用。