吳晨曦，汪亦茗，陳濰玲

（嵊州市食品藥品檢驗(yàn)檢測(cè)中心，浙江嵊州312400）

食用明膠作為食品添加劑以及空心膠囊的主要原料被廣泛應(yīng)用于食品和藥品中。我國(guó)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[1]和藥典[2]對(duì)食用明膠中鉻元素均有限量要求。檢測(cè)明膠中鉻所采取的前處理方法通常有干法消解，濕法消解和微波消解[3]。但是，這些方法通常存在污染環(huán)境和耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。若明膠不經(jīng)過(guò)消解，直接配置成懸浮液后檢測(cè)就可以避免上述問(wèn)題[4]。

相較于其它元素檢測(cè)儀器，石墨爐原子吸收光譜儀 （graphite furnace atomic absorption spectrometer，GFAAS）對(duì)樣品具有灰化處理能力，能夠?qū)Σ唤?jīng)過(guò)消解的樣品進(jìn)行檢測(cè)，所以GFAAS 更適用于懸浮液進(jìn)樣法。近年，國(guó)內(nèi)外對(duì)于懸浮液進(jìn)樣GFAAS 進(jìn)行元素的檢測(cè)均有研究[4-6]，如蘇耀東等利用懸浮液進(jìn)樣石墨爐原子吸收法測(cè)定了海洋沉淀物的鉛元素[5]；Fernandes 等利用水溶性叔胺為介質(zhì)將人體頭發(fā)制備成懸浮液，并對(duì)其含有的釩元素進(jìn)行檢測(cè)[6]；Silva 等在低溫狀態(tài)下將海魚(yú)研磨成固體顆粒后制備成懸浮液，并對(duì)其進(jìn)行銅、鐵、鎂元素的檢測(cè)[7]。但用于明膠中元素的測(cè)定卻未見(jiàn)報(bào)道。

在建立懸浮液直接進(jìn)樣—石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定食用明膠中的鉻過(guò)程中，配置適于檢測(cè)的懸浮液是關(guān)鍵之一。另外，由于樣品未經(jīng)消化，基體效應(yīng)較大，通過(guò)選擇合適的基體改進(jìn)劑和優(yōu)化升溫程序來(lái)減小基體效應(yīng)也是影響檢測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確的重要因素。本文以明膠為試驗(yàn)對(duì)象，就明膠懸浮液的配制，基體改進(jìn)劑和儀器升溫程序進(jìn)行試驗(yàn)研究，得到一種能夠快速準(zhǔn)確的檢測(cè)食用明膠中鉻含量的新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

硝酸（超級(jí)純）：蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司；硝酸鈀、磷酸二氫銨、六水合硝酸鎂（均為光譜級(jí)）、曲拉通-100（優(yōu)級(jí)純）：國(guó)藥集團(tuán)；鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液（質(zhì)量濃度1 mg/mL）、明膠產(chǎn)品中鉻成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[標(biāo)準(zhǔn)值（0.315±0.019）mg/kg]：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；水為超純水（電阻率18.2 Ω·m）；氬氣（純度大于 99.99%）：浙江省嵊州富豪氣體供應(yīng)站；玻璃器皿均用30%的硝酸浸泡24 h 以上。

1.2 儀器設(shè)備

PinAAcle900z 石墨爐原子吸收光譜儀：美國(guó)PerkinElmer 公司；UV-TOC/UF 超純水儀：德國(guó) Thermo 公司；ML204 電子天平：美國(guó) Mettler Toledo 公司；Tissuelyser-24 冷凍研磨儀：寧波新芝生物科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 儀器工作條件和石墨爐升溫程序

波長(zhǎng)：357.87 nm；夾縫寬度：0.7 nm；燈電流：20 mA；測(cè)量方式為峰面積；氬氣出口壓力為0.35 MPa～0.40 MPa。石墨爐升溫程序見(jiàn)表1。

1.3.2 基體改進(jìn)劑的配制

分別稱(chēng)取0.5 g 磷酸二氫銨，0.05 g 硝酸鈀和0.087 g 六水合硝酸鎂于50 mL 容量瓶中，用體積分?jǐn)?shù)0.5%的硝酸定容至刻度備用。

表1 石墨爐升溫程序Table 1 Heating program of graphite furnace

1.3.3 樣品前處理方法

利用冷凍研磨儀將明膠制成粉末并過(guò)100 目篩。稱(chēng)取0.30 g～0.35 g 明膠顆粒至10 mL 容量瓶中，并用體積分?jǐn)?shù)為0.5%的硝酸定容至刻度，振蕩、混勻直接上機(jī)檢測(cè)。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用體積分?jǐn)?shù)為0.5%的硝酸將鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋為1 mg/L 的中間液，在100 mL 的容量瓶中加入1 mL 的中間液并用體積分?jǐn)?shù)為0.5%的硝酸定容至刻度，振搖使其形成均一的標(biāo)準(zhǔn)使用液，濃度為10 ng/mL。最終自動(dòng)進(jìn)樣器將使用液稀釋成濃度為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 ng/mL 的標(biāo)準(zhǔn)系列。

2 結(jié)果與分析

2.1 懸浮液的研究

懸浮液的均一穩(wěn)定性以及待測(cè)元素是否能夠被充分提取均會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。樣品顆粒直徑、表面活性劑的用量以及取樣量與定容體積的比例（質(zhì)量體積比）則是影響待測(cè)元素提取率和懸浮液均一穩(wěn)定性的重要因素[8]。

2.1.1 樣品顆粒大小對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

粒徑越小的明膠顆粒，比表面積越大，越有利于鉻元素的提取，但同時(shí)也會(huì)提高樣品的研磨要求。試驗(yàn)利用目篩對(duì)研磨的明膠顆粒進(jìn)行篩分并利用體積分?jǐn)?shù)為0.5%的硝酸配置成懸浮液進(jìn)行連續(xù)6 次檢測(cè)并取結(jié)果的平均值以考察樣品顆粒大小對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1可知，隨著粒徑的減小，樣品中鉻元素的濃度也隨之變大；當(dāng)樣品微粒通過(guò)100 目篩之后，樣品中鉻元素的濃度的變化趨于平緩。說(shuō)明當(dāng)微粒通過(guò)100目篩之后，既粒徑小于0.15 mm 時(shí)，溶液對(duì)明膠微粒中鉻元素的提取已趨近最大。故將明膠顆粒的粒徑控制在0.15 mm 以下即能滿足試驗(yàn)要求。

圖1 顆粒直徑對(duì)結(jié)果的影響Fig.1 Effect of particle diameter on the results

2.1.2 表面活性劑的用量對(duì)結(jié)果的影響

添加表面活性劑是為了增加樣品顆粒之間的表面張力，使顆粒能夠均勻的分布，保證懸浮液的均一穩(wěn)定，提高檢測(cè)結(jié)果的重復(fù)性。同時(shí)表面活性劑會(huì)使懸浮液基體更加復(fù)雜，影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。曲拉通-100 作為表面活性劑，在重金屬懸浮進(jìn)樣直接測(cè)定中有大量應(yīng)用報(bào)道[9-10]，為了研究表面活性劑用量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，采用曲拉通-100（Triton X-100）作為表面活性劑，考察當(dāng)取樣量為0.2 g，定容體積為10 mL時(shí)，不同體積分?jǐn)?shù)的曲拉通-100 對(duì)連續(xù)6 次檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）以及回收率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 曲拉通-100 濃度對(duì)結(jié)果的影響Fig.2 Effects of 曲拉通-100 concentration on results

由圖2可知隨著曲拉通-100 濃度增加，懸浮液的基體變的更為復(fù)雜，回收率也逐漸變大。另外，曲拉通-100 濃度對(duì)結(jié)果的RSD 值影響并不明顯，且無(wú)論是否添加曲拉通-100，結(jié)果的RSD 值均小于5%。這是由于明膠分子中既有氨基又有羥基，具有雙親性[11]。故明膠本身就具有表面活性，能夠保障其微粒均勻的分布在介質(zhì)中。為了不帶來(lái)新的干擾，本次試驗(yàn)的懸浮液配制中不會(huì)加入表面活性劑。

2.1.3 質(zhì)量體積比對(duì)結(jié)果的影響

取樣量與定容體積的比例既會(huì)影響懸浮液的均一性也是決定方法靈敏度的重要因素。當(dāng)定容體積不變時(shí)，取樣量越大，方法的靈敏度越高；但過(guò)高的樣品濃度會(huì)產(chǎn)生大量沉淀導(dǎo)致懸浮液不均一，同時(shí)增加基體干擾不利于檢測(cè)。研究當(dāng)定容體積為10 mL 時(shí)，明膠的質(zhì)量對(duì)回收率和RSD 的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 樣品質(zhì)量對(duì)結(jié)果的影響Fig.3 Effect of sample weight on the results

在圖3中可以看出，隨著取樣量增加，回收率總體呈下降趨勢(shì)，RSD 值則上升。為了提高方法靈敏度的同時(shí)保證回收率在90%以上，RSD 值在5%以下，控制取樣量在0.30 g～0.35g 之間最為合適。

2.2 基體改進(jìn)劑的研究

基體改進(jìn)劑使基體更容易揮發(fā)，從而能夠達(dá)到減小基體效應(yīng)的目的，同時(shí)減小待測(cè)元素在灰化階段的損失，并改善峰形。試驗(yàn)比較了硝酸鈀、硝酸鎂和磷酸二氫銨3 種常用的基體改進(jìn)劑對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。圖4和表2分別為吸收峰的峰形和相關(guān)參數(shù)。

圖4 不同基體改進(jìn)劑的峰形Fig.4 Different peak shape of the matrix modifier

表2 不同吸收峰的參數(shù)Table 2 The parameters of different absorption peaks

結(jié)合圖4和表2來(lái)看，不加基體改進(jìn)劑時(shí)，出峰時(shí)間過(guò)早，峰形扁平且峰面積最小，說(shuō)明不加基體改進(jìn)劑時(shí)Cr 元素有大量損失；基體改進(jìn)劑為磷酸二氫銨時(shí)，吸收峰會(huì)有明顯拖尾現(xiàn)象，而且背景值為0.042 3，遠(yuǎn)大于其余兩種基體改進(jìn)劑。吸收背景產(chǎn)生的原因是分子吸收干擾和光散射干擾[10]，背景值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致待測(cè)元素的吸收強(qiáng)度發(fā)生改變，導(dǎo)致測(cè)量誤差。故磷酸二氫銨不適合作為本方法的基體改進(jìn)劑；硝酸鎂與硝酸鈀作為基體改進(jìn)劑時(shí)，吸收峰的完整性與對(duì)稱(chēng)性均較為理想。且與硝酸鎂相比，硝酸鈀的吸收峰更高，峰面積更小。又因?yàn)橐苑迕娣e為測(cè)量方式的穩(wěn)定性要優(yōu)于峰高，所以應(yīng)該選擇峰面積更大的硝酸鎂作為基體改進(jìn)劑，這樣既能夠保證測(cè)量穩(wěn)定性又使方法的靈敏度更高。

2.3 石墨爐升溫程序的研究

在石墨爐升溫程序中，灰化溫度與原子化溫度是較為重要的兩個(gè)參數(shù)。灰化的作用是盡可能除去基體成分，同時(shí)也要保障待測(cè)元素不過(guò)多損失。原子化是將樣品溶液中的元素轉(zhuǎn)化為自由原子的過(guò)程[12]。

2.3.1 灰化溫度的優(yōu)化

將原子化溫度設(shè)為儀器推薦的2 300 ℃不變，改變灰化溫度并測(cè)定吸光度與背景值。結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 灰化溫度對(duì)吸光度和背景值的影響Fig.5 Effect of pyrolysis temperature on absorbance and background signals

在圖5中，背景值隨著溫度的增加不斷減小。說(shuō)明樣品中的基體成分隨著灰化溫度的增加而變小，基體干擾也隨之變小。同時(shí)吸光度在溫度為1 500 ℃時(shí)達(dá)到最大值，之后便隨溫度的增加而變小。說(shuō)明在1500℃之前，由于基體干擾的減小，鉻元素吸光度會(huì)不斷增加，當(dāng)溫度超過(guò)1 500 ℃之后，鉻元素會(huì)有大量損失。所以，最佳灰化溫度為1 500 ℃，這既可以減小基體干擾又可以保證樣品中的鉻元素不會(huì)損失過(guò)多。

2.3.2 原子化溫度的優(yōu)化

取最佳灰化溫度1 500 ℃不變，改變?cè)踊瘻囟葴y(cè)定吸光度與背景值。結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 原子化化溫度對(duì)吸光度和背景值的影響Fig.6 Effect of atomization temperature on absorbance and background signals

圖6可以看出，當(dāng)灰化溫度為1 500 ℃時(shí)，原子化溫度對(duì)背景值的影響并不明顯，吸光度則隨原子化溫度的升高而增加，當(dāng)溫度達(dá)到2 200 ℃之后吸光度則略微下降。說(shuō)明最佳原子化溫度為2 200 ℃。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線與方法檢出限

本次試驗(yàn)采用外標(biāo)法定量，以鉻標(biāo)準(zhǔn)系列的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，測(cè)得的吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程為A=0.013 69C+0.003 10，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 6。據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T5009.1-2003《食品衛(wèi)生檢驗(yàn)方法理化部分總則》的計(jì)算方法，連續(xù)測(cè)量空白20 次并計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差s，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率b，由3s/b 計(jì)算出最低檢出濃度為0.0317 ng/mL。若定容體積為10 mL，取樣量為0.3 g，則方法檢出限為0.001 mg/kg。

2.5 樣品分析

對(duì)明膠標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[標(biāo)準(zhǔn)值（0.315±0.019）mg/kg]和市場(chǎng)中購(gòu)買(mǎi)的4 種食用明膠按試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測(cè)，并與微波消解法（國(guó)標(biāo)GB 5009.123-2014《食品安全標(biāo)準(zhǔn)食品中鉻的測(cè)定》）的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)做加標(biāo)試驗(yàn)，每個(gè)樣品平行測(cè)量6 次。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 樣品分析結(jié)果（n=6）Table 3 Analytical results of samples

由表3可知，懸浮液進(jìn)樣法與微波消解法的檢測(cè)結(jié)果相近，且標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)量結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)值范圍以內(nèi)。加標(biāo)試驗(yàn)的回收率在95%～115%之間，連續(xù)測(cè)量6 次的RSD 值也小于5%，說(shuō)明方法的準(zhǔn)確性和重復(fù)性良好。

3 結(jié)論

稱(chēng)取粒徑小于0.15 mm 的明膠顆粒0.30 g～0.35 g，并用體積分?jǐn)?shù)為0.5%的硝酸定容至10 mL 配置成懸浮液后直接進(jìn)石墨爐原子吸收光譜進(jìn)行鉻元素的檢測(cè)。試驗(yàn)中的基體改進(jìn)劑選用硝酸鎂，儀器設(shè)置的灰化溫度為1 500 ℃、原子化溫度為2 200 ℃。利用外標(biāo)法進(jìn)行定量分析，回收率在95%～115%之間，RSD＜5%，方法檢出限為0.001 mg/kg。該方法解決了食用明膠中鉻元素檢測(cè)過(guò)程中樣品消解的勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗時(shí)長(zhǎng)、同時(shí)避免了使用大量酸所帶來(lái)的環(huán)境污染，在保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確的同時(shí)提高了檢測(cè)效率。