盧麗娟 孫 萌 寇笑然 張?jiān)葡?孫 影 王逸慧 萬(wàn)璐瑤 王增輝 陳 嵐*

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 園藝學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 理工學(xué)院分析測(cè)試中心，河北 滄州 061100；3.西安佳譜電子科技有限公司，西安 710000)

硒作為人體的必需微量元素，可以消除人體內(nèi)的有機(jī)自由基，起到抗氧化、抗衰老、抗癌、增強(qiáng)人體免疫力、保肝及解毒等生物學(xué)功能，硒缺乏會(huì)引起多種疾病，如癌癥、克山病、大骨節(jié)病等[1]。并且，硒能促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育[2]。全球范圍內(nèi)，有40余個(gè)國(guó)家和地區(qū)缺硒，我國(guó)缺硒的省份也多達(dá)20余個(gè)，相當(dāng)一部分民眾因硒“隱性饑餓”而引起健康風(fēng)險(xiǎn)。硒在人體中不能合成，而土壤中的無(wú)機(jī)硒可以被植物吸收，轉(zhuǎn)化成易被人體吸收的有機(jī)硒[3]。通過(guò)富硒產(chǎn)品補(bǔ)硒是最便捷的方法，也是最值得推崇的方法。近年來(lái)，富硒農(nóng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與利用是研究的熱點(diǎn)課題[4]。

目前，硒的測(cè)定方法有硫代硫酸鈉滴定法、鉬藍(lán)比色法、氣相色譜法、原子吸收光譜法、氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法等[5-6]。但是在上述分析檢測(cè)方法中，需要使用混酸溶液甚至王水進(jìn)行樣品的預(yù)處理，操作繁瑣，周期長(zhǎng)，需耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，往往具有滯后性[7]。因此，尋找一種快速、穩(wěn)定、可靠的植源性食品的硒檢測(cè)方法，將有助于植源性食品中硒含量的快速評(píng)價(jià)與富硒產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。

X射線熒光光譜法(XRF)，具有樣品處理簡(jiǎn)單、分析速度快、對(duì)環(huán)境無(wú)污染等特點(diǎn)，可用于包括鋁、鋅等在內(nèi)的30余種元素的檢測(cè)[8-9]。其中，對(duì)于硒元素的原位分析，XRF法已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)藥、環(huán)境、食品等行業(yè)[10]。樣品制備方法將會(huì)影響XPF法的檢測(cè)結(jié)果，褚寧等[11-12]采用熔融制樣，利用XRF測(cè)定鋅精礦中鋅、銅、鉛、鐵、鋁、鈣和鎂等元素，均獲得了較為理想的檢測(cè)結(jié)果，董亮研究認(rèn)為90%的實(shí)驗(yàn)誤差來(lái)自樣品采集和制備[13]。但是目前，XRF樣品制備方法沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，仍需要對(duì)不同類型材料的樣品處理方法進(jìn)行深入研究，從而獲得可靠且高通量的XRF樣品制備方法。

因此，本文以不同植物源食品為試材，以高通量組織研磨儀為樣品制備手段，充分利用高通量組織研磨儀研磨充分、均勻度好等特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)高通量組織研磨儀研磨參數(shù)，高精度X射線熒光光譜儀(EDXRF)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以期獲得一種快捷、有效和準(zhǔn)確的適合植物源食品中微量硒元素的高效樣品制備檢測(cè)體系。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備

JP500型高精度X射線熒光光譜儀(西安佳譜電子科技有限公司)，DHG-9076A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，MM400型高通量組織研磨儀(德國(guó)Retsch公司)，F(xiàn)Z-102型粉碎機(jī)(成都一科儀器設(shè)備有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 高通量組織研磨儀操作條件

打開(kāi)儀器電源開(kāi)關(guān)，將2 g樣品(樣品的最大進(jìn)料尺寸<8 mm)以及研磨球(1粒12 mm的不銹鋼研磨球)裝入研磨罐中，旋緊研磨罐。掀開(kāi)儀器保護(hù)蓋，將填充好的研磨罐安裝在夾具上，并放下儀器保護(hù)蓋，設(shè)置研磨參數(shù)：研磨時(shí)間2 min，頻率25 Hz，開(kāi)始研磨樣品。

1.2.2 X射線熒光光譜法操作條件

儀器開(kāi)機(jī)后，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)1 min自檢穩(wěn)定后，將烘干后的樣品粉末裝入樣品杯中，并在樣品杯口附上PP材質(zhì)EDXRF分析專用膜，用壓片卡箍壓緊后置于儀器檢測(cè)臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試。除樣品顆粒粒徑的優(yōu)化外，其余實(shí)驗(yàn)樣品均為過(guò)100 μm篩網(wǎng)孔徑，測(cè)定時(shí)間600 s，重復(fù)3次。

1.2.3 植物源食品的標(biāo)準(zhǔn)樣品

用于茶葉成分分析的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10016a(GSB-7a)，制樣方法同樣品制備過(guò)程。

2 結(jié)果與討論

對(duì)樣品含水率、樣品顆粒粒徑以及高通量組織研磨儀裝樣質(zhì)量、研磨時(shí)間和研磨頻率進(jìn)行了優(yōu)化。

2.1 樣品狀態(tài)確定

2.1.1 樣品含水率的優(yōu)化

以含水量約5%的烘干食品中樣品作為零處理，以10%、15%、20%、25%、30%、40%和50%等8個(gè)含水量為實(shí)驗(yàn)樣品，測(cè)定時(shí)間300 s，重復(fù)3次。如圖1所示，整體來(lái)看隨著含水率的增大，測(cè)得的硒含量逐漸減少。含水率20%以內(nèi)，測(cè)得的樣品中硒含量變化較小，而當(dāng)含水率大于20%以上，隨著含水率的增加，測(cè)得的樣品的硒含量變化較大。水分對(duì)于測(cè)量值的影響，可能是因?yàn)樗钟绊憳悠返木恍?，同時(shí)，也對(duì)X射線具有吸收和散射作用。因此，為保證樣品測(cè)定的準(zhǔn)確性，應(yīng)控制樣品含水率在20%以內(nèi)。

圖1 樣品含水率對(duì)硒含量的影響Figure 1 Effect of sample moisture content on selenium content.

2.1.2 樣品顆粒粒徑的優(yōu)化

以通過(guò)篩網(wǎng)孔徑75、100、120、150、180和250 μm的樣品粉末為實(shí)驗(yàn)樣品，測(cè)定時(shí)間300 s，重復(fù)3次。如圖2所示，隨著篩網(wǎng)孔徑的增大，測(cè)得的硒含量逐漸減少。篩網(wǎng)孔徑小于100 μm，測(cè)得的樣品中硒含量基本不變，而當(dāng)篩網(wǎng)孔徑大于100 μm，隨著孔徑的增加，測(cè)得樣品的硒含量越小。孔徑對(duì)于測(cè)量值的影響，是因?yàn)闃悠奉w粒粒徑大小影響樣品的均一度，從而對(duì)樣品的X射線熒光強(qiáng)度測(cè)定產(chǎn)生干擾。因此，為保證樣品測(cè)定的準(zhǔn)確性，應(yīng)控制樣品粒徑尺寸。選擇樣品粉末粒徑在100 μm以下。

圖2 樣品粒徑對(duì)硒含量的影響Figure 2 Effect of particle size on selenium content of sample.

2.2 樣品制備條件優(yōu)化

通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，樣品顆粒粒徑對(duì)硒檢測(cè)結(jié)果影響較大，在上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，選擇高通量組織研磨儀制備樣品，考察研磨條件對(duì)制樣的影響。通過(guò)100 μm孔徑篩網(wǎng)后過(guò)篩率達(dá)到90%以上,達(dá)到制樣要求。

2.2.1 研磨儀裝樣質(zhì)量的優(yōu)化

如圖3所示，按照實(shí)驗(yàn)步驟，將1、2、3、4、5 g 5組不同質(zhì)量的番茄葉片進(jìn)行研磨，并經(jīng)過(guò)100 μm孔徑的篩網(wǎng)，對(duì)研磨的樣品進(jìn)行過(guò)篩率考察。隨著裝樣量的增加，能通過(guò)100 μm孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩的樣品量逐漸減少，過(guò)篩率明顯降低。而當(dāng)裝樣小于3 g時(shí)，通過(guò)100 μm孔徑篩網(wǎng)的比例達(dá)到92.3%以上。因此，研磨樣品時(shí)，裝樣量選擇1～3 g比較合適。

圖3 裝樣質(zhì)量對(duì)研磨效果的影響Figure 3 The effect of loading quality on grinding effect.

2.2.2 研磨時(shí)間的優(yōu)化

如圖4所示，按照實(shí)驗(yàn)步驟，分別研磨0.5、1、2、3、4、5 min后，經(jīng)過(guò)100 μm孔徑的篩網(wǎng)，對(duì)研磨的樣品進(jìn)行過(guò)篩率考察。研磨時(shí)間3 min以上，通過(guò)100 μm孔徑篩網(wǎng)的比例達(dá)到94.3%以上。因此研磨時(shí)間設(shè)置3 min比較合適。

圖4 研磨時(shí)間對(duì)研磨效果的影響Figure 4 The effect of grinding time on grinding effect.

2.2.3 研磨頻率的優(yōu)化

如圖5所示，按照實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)定研磨頻率10、15、20、25、30 Hz對(duì)番茄葉片進(jìn)行研磨，再經(jīng)過(guò)100 μm孔徑的樣品篩，對(duì)研磨的樣品進(jìn)行過(guò)篩率考察。隨著研磨頻率的增加，能通過(guò)100 μm孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩的樣品量顯著增加，過(guò)篩率明顯增大。頻率為30 Hz時(shí)通過(guò)100 μm孔徑篩網(wǎng)的比例達(dá)到93.1%以上。因此，設(shè)置研磨頻率30 Hz比較合適。

圖5 研磨頻率對(duì)研磨效果的影響Figure 5 The effect of grinding time on grinding effect.

2.3 X射線熒光光譜法條件優(yōu)化

對(duì)X射線熒光光譜法檢測(cè)條件包括裝樣質(zhì)量、分析膜材質(zhì)和檢測(cè)時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化。

2.3.1 樣品裝樣量的優(yōu)化

裝樣量即樣品在樣品杯中的厚度。從圖6可以看出，整體來(lái)看隨著裝樣量的增加，測(cè)得的硒含量先增加后穩(wěn)定在一定水平。當(dāng)裝樣量超過(guò)0.2 g，硒含量的檢測(cè)結(jié)果基本穩(wěn)定不變。這是由于樣品較少時(shí)，樣品厚度較薄而無(wú)法達(dá)到所需的厚度，X射線熒光直接穿透樣品，導(dǎo)致檢測(cè)器無(wú)法檢測(cè)到。綜合考慮，如果量杯固定，0.2 g裝樣量較為合適。

圖6 裝樣量對(duì)硒含量的影響Figure 6 Effect of sample loading on selenium content.

2.3.2 分析膜材質(zhì)的影響

選擇的分析膜的X射線透過(guò)率從大到小依次為：PP膜(聚丙烯膜)、保鮮膜、食品袋、塑封袋。由圖7可以看出，隨著分析膜透光度的減小，待測(cè)樣品所測(cè)得的X射線熒光強(qiáng)度不斷減弱，進(jìn)而使得檢測(cè)到的硒含量不斷減少。結(jié)合實(shí)際操作情況，選擇透過(guò)率比較高的PP膜比較合適。

圖7 分析膜材質(zhì)對(duì)硒含量的影響Figure 7 Analysis of the effect of membrane material on selenium content.

2.3.3 儀器檢測(cè)時(shí)間優(yōu)化

應(yīng)用高精度X射線熒光光譜儀時(shí)，在10、30、60、90、120、150、300、600、900 s時(shí)分別檢測(cè)食品中樣品硒含量。如圖8所示，檢測(cè)時(shí)間為10 s和30 s時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD差異顯著，而當(dāng)檢測(cè)時(shí)間大于60 s時(shí)，檢測(cè)結(jié)果間RSD均小于0.13%。當(dāng)檢測(cè)時(shí)間過(guò)短時(shí)，樣品被激發(fā)的能量低，同時(shí)樣品被激發(fā)的X射線熒光未被探測(cè)器完全吸收。而當(dāng)檢測(cè)時(shí)間超過(guò)60 s后，儀器的檢測(cè)精密度較高，并且檢測(cè)精密度隨檢測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)基本不變。因此，綜合考慮儀器的檢測(cè)準(zhǔn)確度、檢測(cè)效率和儀器的使用壽命，檢測(cè)時(shí)間90 s更為合適。

圖8 檢測(cè)時(shí)間對(duì)硒含量的影響Figure 8 Effect of detection time on selenium content.

2.4 方法的精密度實(shí)驗(yàn)

對(duì)高通量研磨-X射線熒光光譜法檢測(cè)食品中硒含量的精密度進(jìn)行測(cè)定。選擇3個(gè)食品樣品，根據(jù)上述優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行操作，連續(xù)測(cè)定10次。從表1可以看出，3個(gè)食品中樣品硒含量的RSD均小于5%，表明優(yōu)化后的測(cè)試方法重復(fù)性較好、精密度高。此外，標(biāo)準(zhǔn)樣品茶葉(GSB-7a，標(biāo)準(zhǔn)值為0.09 mg/kg±0.04 mg/kg)為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心研制的樣品，10次測(cè)量平均值為0.107 mg/kg，在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，說(shuō)明本方法的準(zhǔn)確度較高。

表1 方法的精密度實(shí)驗(yàn)Table 1 The precision of the method were tested

2.5 方法檢出限

在儀器、實(shí)驗(yàn)條件為最優(yōu)情況下對(duì)蘋(píng)果葉片進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)定，計(jì)算檢出限：MLD=2.821×SD，式中：MLD代表檢出限，mg/kg；SD代表樣品測(cè)定值標(biāo)準(zhǔn)差，mg/kg；10次測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)差為0.004 9 mg/kg，檢出限為0.01 mg/kg。因此，對(duì)硒含量高于0.01 mg/kg的食品中樣品，可用此法檢測(cè)。

2.6 兩種研磨方法對(duì)比實(shí)驗(yàn)

選取8個(gè)食品中樣品(實(shí)驗(yàn)樣品來(lái)源于大棚采摘的番茄和蘋(píng)果葉片、小麥、白菜、茶葉、市售紅茶、漢中仙毫、安吉白茶等)，分別采用高通量組織研磨儀、粉碎機(jī)制備樣品，然后進(jìn)行高精度X射線熒光光譜法分析。從表2可以看出，兩種方法的檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)偏差在-10.37%～8.05%，測(cè)定結(jié)果的一致性較好。說(shuō)明高通量組織研磨儀制備樣品能夠滿足EDXRF檢測(cè)硒含量的需求。

表2 兩種研磨方法測(cè)定食品中硒含量結(jié)果對(duì)比Table 2 Comparison of two grinding methods for determination of selenium content in plants

采用高通量研磨儀制備樣品用時(shí)少，針對(duì)X射線熒光光譜法檢測(cè)硒只需樣品量0.2 g，可以應(yīng)用離心管與適配器研磨樣品，一次可以制樣十幾甚至幾十個(gè)，樣品制備均勻，測(cè)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定性好。而應(yīng)用粉碎機(jī)制備樣品耗時(shí)長(zhǎng)，并且一次只能制樣1個(gè)，樣品損失多，需要大量樣品，同時(shí)清洗很麻煩，容易造成樣品污染。因此，綜合來(lái)看，采用高通量研磨儀制備樣品，再應(yīng)用X射線熒光光譜法進(jìn)行檢測(cè)，既能提高檢測(cè)速度，也能保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

3 結(jié)論

重點(diǎn)研究了植物源食品的樣品制備條件以及EDXRF儀檢測(cè)條件。通過(guò)高通量組織研磨儀的引進(jìn)，樣品制備速度大幅提高。同時(shí)，實(shí)踐也發(fā)現(xiàn)，對(duì)于葉片的葉莖、葉柄等纖維含量較高部位，先用剪刀適當(dāng)剪短再研磨，可以縮短研磨時(shí)間，同時(shí)保證樣品粉碎均勻性。測(cè)定結(jié)果證明，本方法準(zhǔn)確度和精密度可靠，適用于食品樣品中硒的快速測(cè)定，高通量研磨-X射線熒光光譜法為食品中硒的快速診斷與評(píng)價(jià)提供了理論和參考依據(jù)。