破乳誘導萃取-動能歧視-電感耦合等離子體質譜法測定食用植物油中的重金屬鎘和鉛

郭文韜 王雷 孟祥娥 王超剛 王瑞 潘高陽

摘 要：本研究用含有硝酸的乳化劑（Triton X-114）充分乳化油樣，以硝酸作萃取劑萃取油中的金屬元素，然后通過離心機10 000 r·min-1離心15 min破乳分層，移取底部酸性水相并運用動能歧視技術降低質譜干擾，選擇103Rh和187Re作為內標降低基體效應，利用破乳誘導萃取-電感耦合等離子體質譜法簡單、快速、準確地測定食用植物油中的重金屬鎘和鉛。優化后萃取劑溶液中Triton X-114的濃度為0.10 g·mL-1，硝酸體積分數為5%，碰撞氣氦氣流速為4.0 mL·min-1。結果表明，優化后的方法鎘和鉛元素校準曲線的線性相關系數均大于

0.999 0，方法檢出限分別為0.033 ng·g-1、0.077 ng·g-1，定量限為0.110 ng·g-1、0.256 ng·g-1。使用本方法測定食用油樣品中鎘和鉛元素，結果的相對標準偏差（n=6）分別為3.1%、2.3%，加標回收率分別為94%、105%，且測定結果與GB 5009.268—2016標準方法測試結果吻合。

關鍵詞：破乳誘導萃取；動能歧視；電感耦合等離子體質譜；食用植物油；重金屬

Extraction Induced by Emulsion Breaking for the Determination of Heavy Metals Cadmium and Lead in Edible Vegetable Oils by ICP-MS with Kinetic Energy Discrimination

GUO Wentao， WANG Lei*， MENG Xiange， WANG Chaogang， WANG Rui， PAN Gaoyang

（NCS Testing Technology Co.， Ltd.， Beijing 100094， China）

Abstract： In this study， an emulsifier containing nitric acid （Triton X-114） was used to fully emulsify the oil sample， and nitric acid was used as an extractant to extract metal elements from the oil. Then， a centrifuge was used for 10 000 r · min-1 to break the emulsion and layer it for 15 minutes. The bottom acidic aqueous phase was removed and kinetic energy discrimination technology was used to reduce mass spectrometry interference. 103Rh and 187Re were selected as internal standards to reduce matrix effects， simple， rapid and accurate determination of heavy metals cadmium and lead in edible vegetable oil using emulsion induced extraction inductively coupled plasma mass spectrometry. After optimization by studying the extraction efficiency and interference elimination， it was determined that the concentration of Triton X-114 was

0.10 g·mL-1， and HNO3 was 5% （V/V） in the extractant solution， and the collision gas （He） flow rate was 4.0 mL·min. The results showed that the linear correlation coefficients of the calibration curves for Cd and Pb were both greater than 0.999 0. The detection limits of Cd and Pb were 0.033 ng·g-1， 0.077 ng·g-1， and the quantitation limits were

0.110 ng·g-1 and 0.256 ng·g-1， respectively. The method was used to detect Cd and Pb in edible vegetable oil samples， giving the relative standard deviations （n=6） of Cd and Pb elements were 3.1% and 2.3%， and the recoveries were 94% and 105%. The determination results were consistent with the GB 5009.268—2016 standard method test results.

Keywords： extraction induced by emulsion breaking; kinetic energy discrimination; inductively coupled plasma mass spectrometry; edible vegetable oil; heavy metals

食用植物油作為日常飲食的必需品，其質量安全直接關系到人們的身體健康。食用植物油中存在的重金屬元素，特別是鎘和鉛容易在人體中富集。即使油中濃度較低，長時間食用也可能造成人體重金屬積蓄中毒[1]。《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）[2]對各類食品中重金屬元素包括鎘和鉛進行了限量要求。因此，準確測定食用植物油中重金屬鎘和鉛元素的含量，對評估食用油品質及安全具有重要意義。

油脂的成分復雜，干擾因素多，因此檢測其含有的低含量重金屬元素一直是個難點[3]。電感耦合等離子體質譜法因具有靈敏度高、檢出限低和線性范圍廣的優點，在重金屬檢測領域應用最為廣泛，也是食品中低含量鎘和鉛元素國家主推的檢測標準[4]。相應的前處理方法主要為微波消解法和壓力罐消解法，其消解徹底、密封性好，但用時較長，操作煩瑣。本文采用破乳誘導萃取法對樣品進行前處理，先通過乳化作用將乳化劑、酸與食用植物油樣品充分混合形成油包水乳狀液分散加速萃取油中的重金屬元素，再通過離心破乳分層，破乳后重金屬元素轉移到酸性水相中，最后分取水相檢測[5]。該方法具有操作簡便、處理時間短、減少樣品污染的優點。本研究通過破乳誘導萃取法，結合動能歧視-電感耦合等離子體質譜法測定食用植物油中鎘和鉛元素的含量。通過優化乳化劑和硝酸的加入量，確定實驗參數并用于檢測各類食用植物油樣品，從而實現食用植物油中鎘和鉛的快速、準確測定。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

氬氣：純度≥99.999%；氦氣：純度≥99.999%；超純水：電阻率為18.25 MΩ·cm；硝酸：優級純，經過亞沸純化；Triton X-114：分析純（美國阿拉丁試劑有限公司）；S-21元素標準油溶液（100 μg·mL-1），美國Conostan公司；正己烷：色譜純，天津市康科德科技有限公司；鋰、鈹、鈷、釔、銦、鈰、鉈、鉍混合標準儲備溶液（質量濃度100 μg·mL-1），鋼研納克檢測技術股份有限公司；鎘、鉛、銠、錸單元素標準儲備溶液（1 000 μg·mL-1），鋼研納克檢測技術股份有限公司。PlasmaMS 300電感耦合等離子體質譜儀（鋼研納克檢測技術股份有限公司）；Cetac Omnipure亞沸純化系統（CETAC Technologies）；VM-300S渦旋混勻器（JOANLAB）；TG1650-WS高速離心機（BIORIDGE）；M6微波消解儀（上海屹堯分析儀器有限公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理

準確稱取2.00 g（精確至0.000 1 g）油樣至15 mL

離心管中。然后加入2 mL Triton X-114酸溶液，上渦旋混勻器3 000 r·min-1充分混勻10 min形成水包油乳液。然后將混勻的樣品使用高速離心機10 000 r·min-1離心15 min，充分破乳分層。上層為有機相，主要包括油脂和Triton X-114，下層主要為萃取待測元素的酸溶液。使用長針頭注射器小心抽取下層酸溶液，分取1.0 mL抽取的酸溶液至10 mL容量瓶中用5%硝酸定容，配制稀釋因子為10的試樣溶液，隨同樣品做空白試驗和微波消解方法對照試驗。

1.2.2 溶液的配制

①質譜調諧液（1.0 ng·mL-1）：由鋰、鈹、鈷、釔、銦、鈰、鉈、鉍混合標準儲備溶液（100 μg·mL-1）用5%（V/V，下同）硝酸逐級稀釋制得。②鎘、鉛混合標準溶液Ⅰ（100.0 ng·mL-1）：由各元素標準儲備溶液（1 000 μg·mL-1）用5%硝酸逐級稀釋制得；鎘、鉛混合標準溶液Ⅱ（1.0 ng·mL-1）：由鎘、鉛混合標準溶液Ⅰ用5%硝酸稀釋制得。③銠、錸混合標準溶液（10.0 ng·mL-1），由各元素標準儲備溶液

（1 000 μg·mL-1）用5%硝酸逐級稀釋制得。④萃取液（Triton X-114酸性溶液）：稱取一定質量（0.5～7.5 g）的Triton X-114，充分溶解在30 mL超純水中，再加入一定體積（0～7.5 mL）的硝酸，最后用超純水定容到50 mL。⑤油標稀釋液Ⅰ（100.0 ng·mL-1）：由S-21元素標準油溶液用正己烷稀釋制得。

1.2.3 系列標準溶液的配制

準確移取0 mL、0.10 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL和5.00 mL鎘、鉛混合標準溶液Ⅰ于7個100 mL容量瓶中，用5%硝酸定容，混勻，得到鎘、鉛質量濃度依次為0、0.1 ng·mL-1、0.2 ng·mL-1、0.5 ng·mL-1、1.0 ng·mL-1、2.0 ng·mL-1和5.0 ng·mL-1的系列標準溶液。

1.2.4 校準曲線繪制

在線引入10.0 ng·mL-1的銠、錸混合內標溶液，待儀器運行穩定后，在選定條件下，測定鎘、鉛系列標準溶液。本實驗以系列標準溶液中待測元素的質量濃度為橫坐標，以信號強度與對應內標信號強度比值為縱坐標，繪制校準曲線，元素校準曲線的相關系數均在0.999 0以上。以鎘、鉛校準曲線測定稀釋因子為10的試劑空白溶液和試樣溶液中鎘、鉛質量濃度。

1.3 儀器工作條件

儀器點火后，使用1.0 ng·mL-1質譜調諧液調整儀器各項指標，使儀器的靈敏度滿足氧化物產率和雙電荷產率均低于2%。調整優化碰撞氣流量，選擇優化后的儀器參數見表1。

2 結果與分析

2.1 Triton X-114的濃度

與表面活性劑Triton X-100相比，Triton X-114制備的乳化劑具備更短的破乳用時，說明Triton X-114更適合于破乳誘導萃取工藝[6]。本試驗選用Triton X-114，在保持萃取液中硝酸濃度5%不變的前提下通過改變表面活性劑加入量，得到Triton X-114質量濃度分別為0.01 g·mL-1、0.02 g·mL-1、0.05 g·mL-1、0.10 g·mL-1和0.15 g·mL-1的萃取液。將油標稀釋液Ⅰ按實驗方法稱重萃取，然后檢測不同Triton X-114濃度下萃取的鎘和鉛信號強度，以各強度值與最大信號比值作為萃取率，結果如圖1所示。

由圖1可知，在加入質量濃度為0.01 g·mL-1的Triton X-114后，萃取率達到0.85以上，說明表面活性劑只是用于促進油包水乳液的形成，從而提高萃取劑和分析物的接觸[5]。當Triton X-114質量濃度為0.01 g·mL-1至0.10 g·mL-1時，萃取率隨著Triton X-114質量濃度的增加而增加；當表面活性劑質量濃度大于0.10 g·mL-1時，萃取率無明顯變化。這是因為提高表面活性劑的濃度，形成的乳液更加穩定，進而提高元素的萃取效率，但濃度過高形成的穩定乳液需要更長的破乳時間[7]。試驗選取Triton X-114溶液的最佳質量濃度為0.10 g·mL-1，此時鎘和鉛的萃取率最高。

2.2 硝酸濃度

制備的萃取液以硝酸作為萃取溶劑，主要是為了充分萃取油中的鎘和鉛元素。試驗考察了萃取液中Triton X-114質量濃度為0.10 g·mL-1時，硝酸的體積分數變化對鎘和鉛萃取率的影響，結果如圖2所示。當硝酸體積分數≤5%時，萃取率隨硝酸體積分數的增加而增加；當硝酸體積分數＞5%時，鉛元素的萃取率則隨硝酸體積分數的增加而降低，鎘元素萃取率在小幅度提高后快速降低。這可能是由于較濃的硝酸具有強氧化性，導致樣品和表面活性劑出現一定氧化分解，對電感耦合等離子體質譜法的測試產生基體干擾[8]。因此，綜合選擇萃取液中硝酸體積分數為5%。

2.3 質譜干擾的消除

2.3.1 同位素與測定模式

測定食用植物油破乳誘導萃取酸性水樣中的鎘和鉛時主要考慮殘留的少量油脂引入的碳和測試過程中引入的氬、氧、氫等元素可能帶來的多原子離子干擾。在測定中，具有多個同位素的元素，一般按照豐度大、干擾小、靈敏度高的原則選擇同位素。如鎘元素，112Cd+和114Cd+具有顯著的豐度優勢，但考慮到112Cd+易受到112Sn+、1H111Cd+等離子干擾，114Cd+易受到等114Sn+、1H113Cd+等離子干擾，試驗選擇干擾較小的111Cd+作為鎘的測量同位素；由于鉛元素的3個主要同位素是放射性衰變產物，不同來源的鉛元素很可能具有不同的同位素豐度，所以測定時選擇豐度最大的208Pb作為鉛的測量同位素，同時引入校正方程208Pb+=206Pb++207Pb++208Pb+對測試結果進行校正[9]。為進一步消除多原子離子可能帶來的質譜干擾，實驗時通入高純氦氣作為碰撞氣在動能歧視模式下進行元素測定。

2.3.2 氦氣流速

在動能歧視模式中，影響工作性能的最關鍵因素是碰撞氣流速的大小，其直接決定了電感耦合等離子體質譜法消除干擾的能力以及111Cd+和208Pb+的靈敏度。流速過低則干擾消除較差；流速過高則消除干擾的同時嚴重降低分析元素信號強度，導致靈敏度偏低[10]。選擇標準空白溶液和1.0 ng·mL-1的鎘、鉛混合標準溶液Ⅱ為試驗對象，檢測在不同氦氣流量下111Cd+、208Pb+信號強度，并計算背景等效濃度（Background Equivalent Concentration，BEC），考察

氦氣流速對BEC的影響，結果如圖3所示。當氦氣流量為4.0 mL·min時，111Cd+、208Pb+的BEC值較低且兼顧標準溶液信號較高，實驗選擇氦氣流速為4.0 mL·min-1。

2.4 校準曲線和檢出限

采用10 ng·mL-1的103Rh、187Re內標溶液校正基體效應，按照實驗方法對系列標準溶液進行測定，以待測元素的質量濃度為橫坐標，待測元素與內標溶液響應值比值為縱坐標繪制標準工作曲線，各元素相關系數均在0.999 0以上，線性關系較好。連續測定空白溶液11次，以3倍標準偏差計算各元素檢出限，10倍標準偏差計算各元素的定量限。校準曲線的線性方程、線性范圍、相關系數、檢出限和定量限見表2。

2.5 方法精密度和加標回收率

按照建立的方法對食用植物油樣品中鎘、鉛元素平行測定6次，計算測定結果的平均值和相對標準偏差（Relative Standard Deviation，RSD），并加入不同體積油標稀釋液Ⅰ進行加標回收試驗；同時采用標準《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》（GB 5009.268—2016）推薦的方法進行方法對照試驗，結果見表3。由表3可以看出，鎘、鉛元素測定結果的RSD（n=6）分別為3.1%和2.3%，加標回收率分別為94%和105%。運用t檢驗分析實驗方法結果與標準方法結果，結果表明兩種方法之間無統計學差異（P＞0.05）[11]，這說明所建立的破乳誘導萃取-動能歧視-電感耦合等離子體質譜法準確、可靠。

2.6 實際樣品分析

采用本實驗優化后的方法對市售的3種常見食用植物油（菜籽油、葵花子油、花生油）進行成分分析，所有樣品平行測定6次，結果見表4。3種食用植物油中鉛、鎘元素含量均在GB 2762—2022標準要求范圍內，符合食品安全要求。

3 結論

本研究采用破乳誘導萃取-動能歧視-電感耦合等離子體質譜法測定食用植物油中的重金屬鎘和鉛。方法準確度和靈敏度高、檢出限低，與標準方法相比，油性樣品前處理簡便快速，測試結果一致性高。

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