高 捷，盛 成，朱月琴，董 敏，錢 榮，卓尚軍

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所無機(jī)材料分析測試中心，上海 200050

引 言

食品中無機(jī)元素的檢測控制對評價(jià)食品的營養(yǎng)價(jià)值、食品品質(zhì)控制和保障食品安全至關(guān)重要[1]。目前，國內(nèi)外對食品中無機(jī)多元素的分析方法主要有：電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, ICP-AES)和電感耦合等離子質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)等。以上分析方法對于固體類食品應(yīng)用時(shí)都需要采用傳統(tǒng)的濕式消解、壓力消解罐消解、干法灰化消解或微波消解等樣品前處理方法，這樣的分析方法具有樣品前處理耗時(shí)長、試劑用量大、易污染、待測元素易損失的缺點(diǎn)。此外，同一類食品中不同元素的含量一般在1 000～0.000 1 mg·kg-1范圍，同一類食品中同一元素的含量跨度范圍也較大[2]?；诖?，對于食品中多無機(jī)元素的檢測控制急需一種樣品前處理簡單快速、檢出范圍廣的分析方法。

全反射X射線熒光(TXRF)是將少量溶液或懸浮液放在作為樣品支撐的光學(xué)平面，液體蒸發(fā)后，殘留物(薄膜樣品)在固定的小于0.1°的掠射角下被激發(fā)產(chǎn)生熒光，其特征輻射用探測器記錄成能量色散譜。近年來TXRF已應(yīng)用于建筑材料[3]、血液[4]、化合物[5]、植物[6]、人體組織[7]、放射性元素[8]、酒類[9-10]飲品等方面。更由于對于固體或粉末樣品TXRF無需消解，可懸浮液直接進(jìn)樣這一優(yōu)勢，已成功應(yīng)用在膏霜類化妝品中的鉛、砷和汞的測定[11]；土壤中Al，K，Ca，Ti，Cr，Mn, Fe，Zn，Cu和Sr元素的測定[12]。本實(shí)驗(yàn)中采用懸浮液進(jìn)樣-全反射X射線熒光光譜法分析食品中的多無機(jī)元素，食品樣品采用分散劑分散后，加入內(nèi)標(biāo)元素混勻，在石英載體上干燥后形成薄膜樣品就直接用全反射X射線熒光光譜分析測定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

S2 PICOFOX 型全反射X射線熒光光譜儀(德國Bruker AXS公司)，Mo靶X光管，測量電壓50 kV，測量電流0．6 mA，Ni/C單色器(17. 5 keV)，XFlash Si 漂移探測器，能量分辨率<150 eV (Mn Kα)，分析譜線Y元素前的(原子序數(shù)<39)均為K線系，Y元素后的(原子序數(shù)>39)均為L線系；樣品載體(直徑30 mm，厚度3 mm 的石英玻璃圓片，德國Bruker AXS 公司)。

Ga, Se單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 000 μg·mL-1，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)，Triton X-100，HNO3(優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，GBW08571貽貝和GBW07605茶葉(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)、NIST SRM1577C牛肝(美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所)、NMRJ CRM7532-a糙米(日本國家計(jì)量院)，實(shí)驗(yàn)用水為符合實(shí)驗(yàn)室用水一級標(biāo)準(zhǔn)的去離子水(使用MILLIPO RE公司生產(chǎn)的Elix型純水儀制備，Milli-Q water)。

1.2 方法

分別稱取一定量試樣、10～30 mg單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(內(nèi)標(biāo)元素)、5.00 g 分散劑于10 mL離心管中，后將固體懸浮混合液超聲20 min，渦旋振蕩20 min，使得樣品顆粒在溶液中分布均勻，邊振蕩邊移取10 μL懸濁液滴到樣品載體上，50 ℃烘干10 min，待測。其中每一個(gè)樣品制備2個(gè)懸浮液，同時(shí)每一份懸浮液制備3個(gè)薄膜平行樣品。測量時(shí)間為1 000 s，每個(gè)樣品重復(fù)測量3次。為了考察測量結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)值之間的一致性和準(zhǔn)確性，用回收率(RR，%)評估：c(Ni)表示測量值，c(T)表示標(biāo)準(zhǔn)值

(1)

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品

使用表面活性劑溶液制備懸浮液可以使懸浮液均勻性更好[13-14]，也有報(bào)道使用稀硝酸分散固體樣品可得到較好的實(shí)驗(yàn)效果，因此選用三種不同分散劑：Milli-Q water，1% Triton X-100，3 mol·L-1HNO3分別制備成三種不同懸浮液考察不同分散劑對TXRF測試結(jié)果的影響。圖1是三種不同懸浮液沉積在石英載體上的光學(xué)顯微鏡圖：HNO3作分散劑下沉積薄膜較厚，分散效果最差，Milli-Q water和1 % Triton X-100分散效果較為均勻。

圖1 不同分散條件下的光學(xué)顯微圖(a): Milli-Q water；(b): 3 mol·L-1 HNO3；(c): 1% Triton X-100作分散劑

圖2 GBW08571樣品使用Milli-Q water和1% Triton X-100其TXRF測量結(jié)果準(zhǔn)確度的比較

Fig.2TheinfluenceofMilli-Qwaterand1%TritonX-100ontherecoveryrateandRSDofeachelementinGBW08571

然后考察了Milli-Q water和1% Triton X-100對GBW08571樣品分散效果的差別，圖2是分別使用Milli-Q water和1% Triton X-100制備成不同懸浮液后用TXRF測試的結(jié)果：使用Milli-Q water的回收率在83%～120%間，RSD在7%～12%間，而使用Triton X-100的回收率在69%～136%，RSD在8%～16%間，應(yīng)用Milli-Q water作分散劑其TXRF測量結(jié)果更準(zhǔn)確，所以在本實(shí)驗(yàn)中選擇Milli-Q water作分散劑。

2.2 樣品顆粒粒徑及懸濁液中樣品質(zhì)量濃度

GBW08571樣品顆粒粒徑大小平均值為Dv(Dv(10)，Dv(50)，Dv(90)的平均值): 72.8 μm(Mastersizer-3000激光衍射粒度分析儀測定)，對GBW08571貽貝樣品研磨，研磨后的GBW08571樣品顆粒粒徑平均值Dv(平均)為: 16.6 μm。比較經(jīng)研磨前后GBW08571樣品中各元素的回收率發(fā)現(xiàn)：研磨后的各個(gè)元素的回收率在83%～120%間，研磨前的各個(gè)元素的回收率在79%～130%間，平均顆粒粒徑小的樣品測試準(zhǔn)確度更高，采用懸浮液制樣時(shí)，為了獲得TXRF可靠的分析結(jié)果，需要確保樣品平均顆粒粒徑較小。

圖3是分別稱取10，20，50 mg GBW08571貽貝樣品于5.00 g 去離子水中各元素的測試回收率，看出隨著懸浮液中樣品質(zhì)量濃度增加，回收率會增大或降低。而當(dāng)使用少量(10 mg)的樣品時(shí)，回收率在79%～121%間波動(dòng)；當(dāng)使用50 mg樣品時(shí)，回收率在77%～140%間波動(dòng)，可能有兩方面原因：一是懸濁液中樣品質(zhì)量濃度增加影響了分散效果，二是在全反射條件下，樣品必須作為薄層沉積在反射載體上，50 mg樣品使得反射載體上的樣品太厚進(jìn)而影響測試的準(zhǔn)確性。鑒于以上情況，并考慮到樣品量太少會影響GBW08571貽貝樣品中某些元素的檢出限，用量為20 mg貽貝樣品用于進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。

2.3 定量分析

TXRF定量分析采用內(nèi)標(biāo)法，一般是在待測樣品中加入一種待測樣品中沒有的元素，本實(shí)驗(yàn)中分別應(yīng)用Ga或Se為內(nèi)標(biāo)元素定量分析GBW08571貽貝樣品，結(jié)果見表1：各個(gè)元素(除As元素外)應(yīng)用Ga或Se為內(nèi)標(biāo)元素定量分析的測試值和回收率沒有太顯著的差異。但是對于As元素，應(yīng)用Ga為內(nèi)標(biāo)元素的回收率為120%，Se為內(nèi)標(biāo)元素的測定回收率為171%，As和Se是相鄰元素，容易引起譜線重疊，譜線重疊使得SPECTRA 7.0在譜峰擬合過程誤差較大，進(jìn)而影響As元素定量分析的準(zhǔn)確度，因此本實(shí)驗(yàn)中選擇Ga為內(nèi)標(biāo)元素。

圖3 10，20，50 mg GBW08571樣品中各元素的回收率

表1 不同內(nèi)標(biāo)元素定量分析GBW08571貽貝樣品的測試結(jié)果Table 1 Quantitative analysis of GBW08571 samples with different internal standard elements

注：*元素單位為%

2.4 食品標(biāo)樣測量

四種食品標(biāo)樣中多種無機(jī)元素按照1.2的方法測量，測試結(jié)果見表2，Mn在這四個(gè)標(biāo)樣中的含量從1 240～10.2 mg·kg-1，TXRF測試結(jié)果回收率101%～118%，RSD 7%～10%，Cu含量從275～4.07 mg·kg-1，TXRF測試結(jié)果回收率89%～120%，RSD 5%～7%，對于不同含量范圍的元素，用本方法測定均能獲得可靠的測試結(jié)果。四個(gè)標(biāo)樣中各個(gè)元素的測量值和標(biāo)準(zhǔn)值比較，SRM1577C和CRM7532-a中Ca的回收率是所測元素中回收率和RSD中較大值，K, Ca和P屬于輕元素，輕元素本身熒光產(chǎn)額較低，在空氣氛圍條件下，又極易衰減，并且在TXRF中在2～4 keV間，有載體Si的Kα譜線、靶材Mo和其他元素的Lα譜線，譜峰重疊嚴(yán)重，且四種標(biāo)樣中SRM1577C和CRM7532-a中Ca含量較低，所以測量誤差較大。此外AsKα (10. 543 keV) 和Pb Lα(10. 549 keV)，TiKα(4.51 keV)和Ba Lα(4.46 keV)也發(fā)生了譜峰重疊，對這些元素的測定結(jié)果造成一定影響。但是大多元素回收率集中在80%～120%間，RSD小于15%，說明應(yīng)用懸浮液進(jìn)樣-TXRF分析食品中的多無機(jī)元素能夠獲得可靠的測試結(jié)果，且和其他需消解的分析方法相比，本方法制樣簡單快速，前處理耗時(shí)短、試劑用量少等優(yōu)勢。

3 結(jié) 論

建立了懸浮液進(jìn)樣—全反射X射線熒光光譜法測定食品中的多無機(jī)元素的方法，該方法簡單可靠：采用Milli-Q water作分散劑，樣品分散較均勻，其TXRF測量結(jié)果更準(zhǔn)確。平均顆粒粒徑小的樣品TXRF測試結(jié)果準(zhǔn)確度更高，隨著懸濁液中樣品質(zhì)量濃度增加會影響分散效果。由于元素間的相互影響即譜線重疊，在內(nèi)標(biāo)元素選擇上要避免內(nèi)標(biāo)元素對測量元素產(chǎn)生影響，以免影響測量結(jié)果。對于不同含量范圍的元素，用本方法測定均能獲得可靠的測試結(jié)果。四個(gè)標(biāo)樣中各個(gè)元素的測量值和標(biāo)準(zhǔn)值比較，大多元素(除Ca元素)回收率集中在80%～120%間，RSD小于15%。相對于需消解的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法和質(zhì)譜法的方法，用懸浮液制樣-全反射X射線熒光分析測定食品中的多元素更快速、便捷，更有利于對食品中多無機(jī)元素進(jìn)行及時(shí)的檢測控制。譜線重疊對測試結(jié)果的準(zhǔn)確性有一定影響，應(yīng)做進(jìn)一步研究，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。

表2 標(biāo)樣測量結(jié)果Table 2 The results of standard sample by TXRF

注：*元素單位為%