陳曉媛,張喜琦,張嘉月,高喜鳳,崔玉花

(1.山東省食品藥品檢驗(yàn)研究院,山東濟(jì)南 250100; 2.北京林業(yè)大學(xué),北京 100083)

乳粉具有營養(yǎng)豐富、食用方便、保質(zhì)期相對較長以及易于保存等優(yōu)良特征。隨著人們?nèi)粘Ｉ钏降牟粩嗵岣吆蜖I養(yǎng)知識的普及,乳粉已逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪幸环N重要的營養(yǎng)食品[1]。乳粉中的鎂是人體生長發(fā)育所必需的核心營養(yǎng)元素之一,幾乎參與人體所有的新陳代謝過程,影響鉀、鈉、鈣離子的細(xì)胞內(nèi)外移動“通道”,有維持生物膜電位的作用[2]。人體每日鎂的需要量為0.2～0.4 g[3],因?yàn)殒V的攝入量有其安全閾值,因此乳粉中鎂含量的檢測尤為重要。

火焰原子吸收光譜法由于檢測效率高,運(yùn)行成本低而被實(shí)驗(yàn)室廣泛采用[4]。但是由于乳粉中含有大量微量、常量元素,基體復(fù)雜,因此火焰原子吸收光譜法測定乳粉中鎂的化學(xué)干擾大,必須要加入釋放劑才能提高檢測準(zhǔn)確度。火焰原子吸收光譜法測定鎂元素時,許多元素(離子)如鋁、磷等因能與鎂形成不易解離的耐熱化合物,會影響鎂的原子化。文獻(xiàn)報道,在試液中加入適量的La3+或Sr2+作為釋放劑,可大大消除化學(xué)干擾,使鎂元素形成更易解離的化合物,提高原子化效率[5]。

微波消解技術(shù)在無機(jī)前處理中的應(yīng)用優(yōu)勢比較明顯,不僅操作步驟簡便,反應(yīng)速度快,而且空白值低,結(jié)果更加準(zhǔn)確[6]。本文采用微波消解法進(jìn)行樣品前處理,考察火焰原子吸收光譜法測定乳粉中鎂的實(shí)驗(yàn)條件,對幾種釋放劑的作用效果進(jìn)行了對比,并用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對檢測結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

樣品1(市售某品牌乳粉)、樣品2(FAPAS食品理化檢測乳粉)、樣品3(嬰幼兒配方乳粉定量分析質(zhì)控樣) 購自中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院測試評價中心,編號為703IP03011;氧化鑭 高純試劑,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;氯化鍶 優(yōu)級純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;30%過氧化氫、鹽酸、硝酸 優(yōu)級純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;鎂標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液 1000 μg/mL,編號K2-MG04003,美國INORGANIC VENTURES公司;測定用水 超純水,實(shí)驗(yàn)室自制。

PE900F火焰原子吸收光譜儀 美國珀金埃爾默公司;Optima 8000電感耦合等離子體光譜儀 美國珀金埃爾默公司;微波消解儀 美國CEM公司;萬分之一分析天平 梅特勒-托利多集團(tuán);超純水機(jī) 美國密理博公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備 鑭溶液(50 g/L):稱取29.32 g氧化鑭,用超純水濕潤后,加入125 mL鹽酸,溶解后定容至500 mL。

鍶溶液(15 g/L):稱取15 g氯化鍶,加入100 mL水和45 mL鹽酸溶解,用水定容至1000 mL。

以鑭、鍶、2%的硝酸溶液為基體的標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備:由鎂標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液用2%的硝酸溶液逐級稀釋成濃度為10 μg/mL的鎂單元素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)母液。取18個100 mL容量瓶,分三組,每組6個。分別移取0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL鎂單元素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)母液置于三組容量瓶中,第一組容量瓶中再加入2.0 mL鑭溶液(50 g/L),然后用超純水定容,搖勻;第二組和第三組容量瓶分別用鍶溶液(15 g/L)和2%硝酸溶液定容搖勻,配制成三組濃度依次為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/L的鎂標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 以鑭、鍶、2%的硝酸溶液為基體的標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制:將三組標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液進(jìn)行火焰原子吸收光譜儀測定,以鎂元素濃度為橫坐標(biāo)、吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。ICP光源作為高溫原子化器,有較低的化學(xué)干擾效應(yīng)[7],因此用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀做比對試驗(yàn)時,只需用2%硝酸為基體的溶液進(jìn)樣上機(jī)。將以2%的硝酸溶液為基體的鎂標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進(jìn)電感耦合等離子體光譜儀進(jìn)行測定,以鎂元素濃度為橫坐標(biāo)、以發(fā)射光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.2.3 樣品前處理 本實(shí)驗(yàn)采用微波消解法對樣品進(jìn)行前處理,參考文獻(xiàn)[8]的樣品前處理操作步驟,結(jié)合實(shí)驗(yàn)室儀器特點(diǎn),優(yōu)化后的參考條件如下:

稱取約0.5 g樣品于聚四氟乙烯消解罐中,加入8 mL濃硝酸,1 mL 30%過氧化氫,放入微波消解儀中消化,再用趕酸電熱板160 ℃趕酸至余約1 mL溶液,冷卻后用蒸餾水準(zhǔn)確定容至50 mL,待用,同時按照上述步驟作樣品空白。微波消解儀的工作參數(shù)見表1。

表1 微波消解儀的工作參數(shù)Table 1 Parameters working of microwave digestion

1.2.4 儀器工作條件及操作步驟

1.2.4.1 火焰原子吸收光譜儀工作參數(shù) 經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定火焰原子吸收光譜儀工作參數(shù)為:鎂空心陰極燈,波長279.50 nm,狹縫寬度0.7 nm,燃?xì)庖胰?空氣焰。

1.2.4.2 ICP-OES工作參數(shù) 參考文獻(xiàn)[9-10],并根據(jù)實(shí)驗(yàn)室儀器特點(diǎn),優(yōu)化電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀操作參數(shù)為:功率1.5 kw,載氣流量8 L/min,頻率40.68 MHz,泵速1.5 mL/min,觀測高度15 mm,霧化器壓力0.7 MPa,輔助氣流量0.2 L/min,霧化氣流量0.55 L/min。

1.2.4.3 火焰原子吸收光譜法樣品檢測 按照1.2.4.1儀器條件,將樣品消解液分別稀釋到適于標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度,按照標(biāo)準(zhǔn)曲線配制方法,分別加入適量的2%硝酸溶液、鑭溶液和鍶溶液,定容搖勻,進(jìn)行火焰原子吸收光譜儀檢測。

1.2.4.4 ICP-OES法樣品檢測 按1.2.4.2優(yōu)化好儀器條件,將消化好的樣品消解液分別稀釋到適于標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度,用2%的硝酸溶液定容,依次使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行測定。

1.2.5 火焰原子吸收光譜法測定不同釋放劑對樣品中鎂檢測結(jié)果的影響 將樣品1、樣品2、樣品3三個乳粉樣品分別做6組平行,消解后的樣品消解液,分別加入2%硝酸溶液、鑭溶液、鍶溶液,使試樣基體與標(biāo)準(zhǔn)曲線工作溶液匹配,并稀釋至合適濃度。在1.2.4.1選定的工作條件下,優(yōu)化好儀器狀態(tài),測定不同濃度鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光值,以吸光度對元素濃度做工作曲線,然后依次檢測樣品空白和樣品消解稀釋溶液。

1.2.6 火焰原子吸收光譜法測定不同釋放劑對樣品中鎂加標(biāo)回收率的影響 樣品2為FAPAS食品理化檢測乳粉,粉末顆粒更細(xì),有更好的均勻性和穩(wěn)定性,因此選取樣品2做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。做4組平行,用加標(biāo)一、加標(biāo)二、加標(biāo)三、加標(biāo)四表示。每組3個樣品,向消解液中加入1000 μg/mL鎂標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液0.5 mL,即500 μg的鎂,然后每組的3個平行樣均分別加入2%硝酸溶液、鑭溶液、鍶溶液,使試樣基體與標(biāo)準(zhǔn)曲線工作溶液匹配,并稀釋至合適濃度。將樣品溶液依次進(jìn)火焰原子吸收光譜儀測定。

1.2.7 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 不同譜線樣品鎂含量 將乳粉樣品1、樣品2和樣品3各做6個平行,消解液分別稀釋10倍、25倍和10倍,將樣品稀釋液進(jìn)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀,在四個波長下同時檢測鎂的含量。

1.2.8 電感耦合等離子原子發(fā)射光譜法測不同譜線樣品鎂回收率 選取均勻性和穩(wěn)定性較好的樣品2做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。稱取4份樣品2試樣于微波消解罐中,用微波消解程序進(jìn)行消解,得到樣品消解液。向4份消解液中分別加入1000 μg/mL鎂標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液0.5 mL,即500 μg的鎂,然后用2%硝酸溶液定容搖勻,得到4份加標(biāo)后的樣品測試液,用加標(biāo)一、加標(biāo)二、加標(biāo)三、加標(biāo)四表示。將加標(biāo)后的樣品測試液依次進(jìn)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀,在四個波長下同時檢測鎂的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究所有試驗(yàn)進(jìn)行至少三次,統(tǒng)計分析采用SPSS軟件(Version 23.0,SPSS Inc.,IL,USA),數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示,p<0.05顯示具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 火焰原子吸收光譜法測定乳粉中的鎂

2.1.1 加入不同釋放劑樣品檢測結(jié)果的比較 將不同基體的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液、樣品空白和樣品溶液依次進(jìn)火焰原子吸收光譜儀進(jìn)行檢測,得到鎂的含量結(jié)果見表2。結(jié)果表明,以2%硝酸溶液定容的樣品,三個樣品的檢測值都明顯低于加入鑭離子和鍶離子的樣品檢測值;加入兩種釋放劑的試樣溶液檢測值相比,樣品2的檢驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)一致,樣品1和樣品3以鑭為釋放劑的檢測值高于以鍶為釋放劑的檢測值。以2%硝酸溶液為基體的樣品RSD在1.07%～4.64%之間,以鑭溶液為基體的樣品RSD在1.69%～1.95%之間,以鍶溶液為基體的樣品RSD在1.8%～4.4%之間,由此可以看出以鑭溶液為基體的測試液重現(xiàn)性明顯優(yōu)于其他兩種基體。

表2 不同基體試樣溶液檢測結(jié)果(mg/kg)Table 2 Results of different matrix solutions(mg/kg)

2.1.2 加入不同釋放劑樣品加標(biāo)回收率的比較 按1.2.6的方法進(jìn)行檢測,結(jié)果如表3所示。以2%硝酸溶液定容的樣品回收率在80.7%～83.5%之間,以鑭溶液為釋放劑的樣品回收率在97.7%～102.3%之間,以鍶溶液為釋放劑的樣品回收率在116.5%～130.7%之間,可見以鑭溶液為釋放劑的加標(biāo)回收最優(yōu)。

表3 不同基體試樣溶液加標(biāo)回收結(jié)果Table 3 Results of recovery tests in different matrix solutions

以上數(shù)據(jù)顯示,火焰原子吸收光譜法測定乳粉中鎂的含量,加入鑭溶液為釋放劑,可以較好地提高溶液中鎂的原子化效率,保證檢測準(zhǔn)確度。

2.2 ICP-OES測定乳粉中鎂

為了進(jìn)一步確定方法的準(zhǔn)確性,本文采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對試樣中的鎂含量進(jìn)行檢測,將試驗(yàn)結(jié)果與火焰原子吸收光譜法進(jìn)行對比。

2.2.1 四條特征譜線標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線的比較 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法具有激發(fā)能力強(qiáng),線性范圍寬,化學(xué)干擾少等諸多優(yōu)點(diǎn),但是由于ICP光源的激發(fā)能力強(qiáng),幾乎每一種引入光源的物質(zhì)都會發(fā)射出相當(dāng)豐富的譜線,因此會產(chǎn)生一定的光譜干擾[11]。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測鎂共有四條特征波長譜線,分別為:279.077、279.553、280.271、285.213 nm。在選定的工作條件下,測定不同濃度鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液的譜線發(fā)射強(qiáng)度,以發(fā)射強(qiáng)度對元素濃度做工作曲線。結(jié)果表明,在0～1.0 mg/L范圍內(nèi),鎂的濃度與發(fā)射強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)r達(dá)到0.998以上。標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線光譜圖見圖1,其中1.0 mg/L的鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液光譜圖如圖2所示。由圖可見,四條譜線中279.553 nm波長信號值最高,靈敏度最好,基線穩(wěn)定,干擾較少。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線光譜圖Fig.1 Working curve of standard solution注:a～d分別為279.07、285.213、279.553、280.271 nm波長標(biāo)準(zhǔn)溶液的工作曲線。

圖2 1.0 μg/L的鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液在4個波長下的光譜圖Fig.2 The spectrogram of 1.0 mg/L standard solution of magnesium

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法中的干擾除了光譜干擾,還有基體干擾。在實(shí)際檢測過程中要考察它們的綜合影響[12]。因此為了驗(yàn)證、確定電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測定乳粉中鎂的最佳條件,本文下面從重現(xiàn)性和回收率等方面進(jìn)行了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 不同譜線樣品檢測結(jié)果的比較 按照1.2.7的實(shí)驗(yàn)方法對樣品1、樣品2、樣品3的消解稀釋液進(jìn)行檢測,結(jié)果見表4。

表4 ICP-OES檢測結(jié)果Table 4 Results of the detection by plasma atomic emission spectrometry

由表4數(shù)據(jù)可以看出,四個波長的譜線對三個樣品檢測得到的檢測值精密度均小于5%。四條譜線中檢測值無明顯差異,可見乳粉中的鎂在四個波長下檢測值相差不大,各譜線重現(xiàn)性、穩(wěn)定性均滿足實(shí)驗(yàn)要求。

2.2.3 不同譜線樣品回收率的比較 按照1.2.8的實(shí)驗(yàn)方法,在樣品2中加標(biāo)500 μg,做4組平行,進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),各波長的檢測結(jié)果見表5。結(jié)果顯示,加標(biāo)回收率在95.6%～105.6%之間。

表5 ICP-OES檢測樣品加標(biāo)回收結(jié)果Table 5 Results of recovery tests by plasma-atomic emission spectrometry

由以上數(shù)據(jù)看出,在選定的儀器條件下,鎂在四個不同波長的特征譜線上檢測值數(shù)據(jù)一致,精密度、重現(xiàn)性和加標(biāo)回收均符合實(shí)驗(yàn)要求。相比較而言,279.553 nm波長下鎂的靈敏度高,光譜干擾少,因此選取279.553 nm譜線的檢測結(jié)果與火焰原子吸收光譜法進(jìn)行比較。

2.3 ICP-OES與火焰原子吸收檢測方法比較

選定279.553 nm波長下ICP-OES檢測的數(shù)據(jù)與鑭溶液為釋放劑火焰原子吸收光譜儀的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,結(jié)果見表6。

由表6檢測結(jié)果可知,以鑭溶液為釋放劑,火焰原子吸收光譜法檢測嬰幼兒配方乳粉中的鎂實(shí)驗(yàn)結(jié)果,比電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法檢測結(jié)果略低,但差別很小,質(zhì)控樣檢測值在證書標(biāo)稱范圍內(nèi),說明用火焰原子吸收光譜法測定乳粉中的鎂,加鑭溶液為釋放劑結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

表6 不同檢測方法的比對結(jié)果(mg/kg)Table 6 Comparation of different determination methods(mg/kg)

3 結(jié)論

隨著國家標(biāo)準(zhǔn)的更新,國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5413.21-2010《嬰幼兒食品和乳品中鈣、鐵、鋅、鈉、鉀、鎂、銅和錳的測定》第一法火焰原子吸收分光光度法和第二法ICP-OES法,分別被GB 5009.241-2017《食品中鎂的測定》和GB 5009.268-2017《食品中多元素的測定》代替。

比較新舊兩版國標(biāo),主要有兩點(diǎn)更新:一是火焰原子吸收光譜法原國標(biāo)中用鑭做釋放劑,以消除磷酸干擾[13],新國標(biāo)中沒有加入釋放劑。二是新的國標(biāo)中ICP-OES的檢測方法前處理方法增加了微波消解法。

本文采用火焰原子吸收光譜法測定乳粉中的鎂,比較了加入2%硝酸溶液、鑭溶液和鍶溶液的檢測結(jié)果,發(fā)現(xiàn)消解液中加入釋放劑可以有效提高檢測的準(zhǔn)確性。通過對加入不同釋放劑檢測結(jié)果的重現(xiàn)性、回收率的比較,發(fā)現(xiàn)加入鑭溶液的效果優(yōu)于鍶溶液。用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對檢測結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,以鑭溶液為釋放劑檢測結(jié)果與電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的檢測結(jié)果一致。由實(shí)驗(yàn)可以看出,GB 5009.241-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎂的測定》可能在檢測大多數(shù)食品樣品時均適用,但是檢測乳粉中的鎂時,需要加入釋放劑。