王永存，王素燕

（1.煙臺職業(yè)學院，山東煙臺 264670；2.中南林業(yè)科技大學食品科學與工程學院，長沙 410004）

0 引言

嬰幼兒食品是嬰幼兒攝取母乳以外必需營養(yǎng)的主要來源，具有種類繁多，市場來源廣泛的特點。嬰幼兒的機體免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育成熟，肝臟和腎臟的解毒能力差[1]，對有害物質的抵抗能力遠遠低于成年人[2]，容易發(fā)生食品安全問題。近年來，嬰幼兒食品中重金屬安全事件時有發(fā)生[3-5]，研究表明重金屬影響嬰幼兒的生長和行為認知能力發(fā)育，損傷神經(jīng)系統(tǒng)，引起語言和聽覺障礙，甚至出現(xiàn)行為異常等現(xiàn)象[6-8]。鈷是人體必需的微量元素之一，是維生素B12的重要組成部分。但人體若攝入過量鈷會產(chǎn)生中毒現(xiàn)象，可引起胃腸功能紊亂、甲狀腺腫大，甚至會導致組織癌變[9]。若食用了含放射性鈷的食品，可導致脫發(fā)，甚至會損害人體血液內(nèi)的細胞組織，造成白細胞減少[10-11]。鈷廣泛應用于合金、催化劑、陶瓷、電池等領域[12-14]。因此，必須加強對嬰幼兒食品中鈷含量的檢測，以提高嬰幼兒食品的質量和安全水平。

選取市售的嬰幼兒食品（牛奶、奶粉、米粉、面條、果泥、蔬菜泥、肉酥、魚腸、餅干、奶酪棒、磨牙棒、溶豆）為研究對象，利用類芬頓反應刻蝕金納米星粒子的鈷離子高靈敏比色法對其重金屬鈷元素進行檢測，金納米星粒子溶液對不同濃度的鈷離子呈現(xiàn)不同的顏色，能靈敏地檢測到低濃度的鈷離子。該方法靈敏度高，為嬰幼兒食品中Co(II)的檢測提供了一種新方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

UV-1800 紫外可見分光光度計，日本島津公司；Titan G2 60-300 透射電鏡，美國FEI 公司；AI 1200 石墨爐原子吸收光譜儀，美國Aurora 公司；Centrifuge 5415D 離心機，Eppendorf；MDS-6G 微波消解系統(tǒng)，上海新儀微波化學科技有限公司。

1.1.2 試劑

氯金酸、氫氧化鈉、硫氰化鉀、碳酸氫鈉、氯化鈉、氯化鉀、硝酸、過氧化氫、硝酸鉛、醋酸鋅、硫酸銅、硫酸鈷、硝酸汞、氯化鎘、氯化鉻、硝酸鎳、氯化銅、氯化鋇、三氯化鐵、硫酸亞鐵，均為分析純，上海國藥化學試劑有限公司；4-羥乙基哌嗪乙磺酸（HEPES），上海瑞永生物科技有限公司；CTAB（C19H42NBr），博美生物科技有限責任公司。

1.2 樣品采集及前處理

樣品采集：樣品來自超市、零售店和母嬰店出售的嬰幼兒食品，共抽取12 種食品（牛奶、奶粉、米粉、面條、果泥、蔬菜泥、肉酥、魚腸、餅干、奶酪棒、磨牙棒、溶豆），每種食品涉及4 個不同品牌，每個品牌取1 份樣品，共計48 份樣品，基本上涵蓋了嬰幼兒食品種類。

樣品前處理[15]：取0.3 g 樣品，3.0 mL 14.5 mol/L硝酸，1.8 mL 10 mol/L 過氧化氫，放入消解罐中，按表1 的程序設置消解。消解好后移入25 mL 容量瓶中，用1 mol/L 氫氧化鈉調pH 至6.00，然后定容、過濾，即可得到澄清、無色、透明的待測樣品。

表1 微波消解程序

1.3 檢測方法

1.3.1 金納米星粒子合成

參考文獻[15]的方法來完成金納米星粒子制備。將100 mL 0.04 mol/L HEPES 溶液（pH=7.4）和823 μL 24.28 mmol/L 氯金酸溶液，充分混合，室溫下反應30 min，待溶液變成藍綠色即可獲得金納米星粒子（GNSs）溶液。

1.3.2 靈敏度評價方法

在5 mL 離心管中加入2.4 mL 制備的GNSs 溶液，90 μL 0.02 mol/L CTAB，60 μL 0.01 mol/L KSCN，150 μL 0.1 mol/L NaHCO3，然后分別加入300 μL 不同濃度Co(II)溶液，搖勻，室溫下反應15 min，最后測定溶液的紫外可見吸收光譜。

1.3.3 選擇性度評價方法

為評價該方法對于檢測Co(II)的選擇性，選擇了10 種重金屬離子（Cr(III)、Zn(II)、Cd(II)、Pb(II)、Hg(II)、Ba(II)、Ni(II)、Cu(II)、Fe(III)，濃度均為1 μmol/L；Fe(II)濃度為0.5 μmol/L）進行對比實驗，根據(jù)1.3.2 節(jié)所述實驗步驟進行檢測，其中Co(II)濃度為100 nmol/L。

1.3.4 實際樣品檢測方法

在5 mL 離心管中加入2.4 mL GNSs 溶液，90 μL 0.02 mol/L CTAB，60 μL 0.01 mol/L KSCN，150 μL 0.1 mol/L NaHCO3，然后加入300 μL 待測樣品，搖勻，室溫反應15 min，待反應結束后，用石墨爐原子吸收光譜儀和紫外可見分光光度計對樣液中的鈷含量進行對比檢測。

2 結果與討論

2.1 方法可行性分析

利用透射電鏡（TEM）和紫外可見分光光度計對GNSs 的形貌尺寸和光學性質進行研究。GNSs 的表面等離子體共振主要有兩種模式，即縱向局部表面等離子體共振和橫向局部表面等離子體共振?？v向局部表面等離子體共振主要取決于分枝的數(shù)目和長度，橫向局部表面等離子體共振取決于“核”的大小[16-17]。GNSs的邊緣和尖端控制著金原子的排列，并且其表面的電磁場被增強，因此GNSs 具有優(yōu)異的導電性能或催化活性[18-20]。如圖1 所示，合成的GNSs 在波長654 nm處具有很強的縱向局部表面等離子體共振吸收峰，在波長526 nm 處的橫向局部表面等離子體共振峰較弱，此時，GNSs 溶液呈藍綠色，且分散均勻。當CTAB、KSCN 或NaHCO3加入到GNSs 溶液中時圖1（b、c、d），沒有發(fā)生明顯的吸收峰變化。然而，當Co(II)加入到CTAB、KSCN 與NaHCO3存在的GNSs 溶液中圖1（e），引發(fā)類芬頓反應[21-22]，產(chǎn)生大量O2●-，GNSs 表面的單質Au 被O2●-迅速氧化成Au(I)，導致GNSs 的形貌發(fā)生改變，引起GNSs 溶液的局部表面等離子共振峰藍移、紫外可見吸收強度顯著降低，溶液顏色從藍綠色變?yōu)樽仙?/p>

圖1 方法檢測Co（II）可行性分析

同時TEM 結果也證實了GNSs 的刻蝕變化如圖2 所示，合成的GNSs 具有高度分枝的結構圖2（Ⅰ），分枝數(shù)目4～8 個，通過對TEM 圖中GNSs 的尺寸統(tǒng)計，平均外徑約為34 nm。將Co(II)加入到CTAB、KSCN 與NaHCO3存在的GNSs 溶液中，相應的TEM顯示圖2（Ⅱ），GNSs 分枝尖端鈍化、枝長變短。隨著Co(II)濃度的增加如圖2（Ⅲ），GNSs 分枝幾乎消失，幾何形狀變圓，平均粒徑約為15 nm。這進一步說明了在CTAB、KSCN 與NaHCO3存在的GNSs 溶液中，Co(II)濃度越大，GNSs 刻蝕程度越大?；诖?，可以通過本實驗的GNSs 比色檢測法來檢測Co(II)濃度。

圖2 不同濃度Co(II)的TEM

2.2 方法靈敏度分析

通過計算GNSs 溶液的最大紫外可見吸收峰的波長差Δλ，以Co(II)濃度的自然對數(shù)為變量，繪制擬合曲線，結果如圖3 所示。在0～20 μmol/L 范圍之間，Co(II)的擬合方程為Δλ=7.69ln[Co(II)]-42.25，R2=0.995，檢出限為35 pmol/L，方程具有良好的線性關系。隨著GNSs 溶液中Co(II)濃度的增加，溶液顏色發(fā)生梯度變化圖3（c），從藍色慢慢變紫色最后變成紅色，而且可以通過肉眼直接觀察到低至500 pmol/L Co(II)引起的顏色變化。與其他已報道的方法相比如表2 所示，本文的GNSs 比色檢測法具有較低的檢出限和更寬的線性響應范圍。

圖3 方法對Co(II)的靈敏度分析

表2 鈷的不同檢測方法比較

2.3 方法選擇性分析

為研究本檢測方法對Co（II）的選擇性，選取10種重金屬離子（Cr（III）、Zn（II）、Cd（II）、Pb（II）、Hg（II）、Ba（II）、Ni（II）、Cu（II）、Fe（III）、Fe（II））為潛在干擾物質。如圖4 所示，在0.6 mmol/L CTAB、0.2 mmol/L KSCN 和5 mol/L NaHCO3存在下，加入濃度為1 μmol/L Cr（III）、Zn（II）、Cd（II）、Pb（II）、Hg（II）、Ba（II）、Ni（II）、Cu（II）、Fe（III），以及0.5 μmol/L Fe（II），GNSs 溶液中最大紫外可見吸收峰波長差變化很小。但是當加入100 nmol/L Co（II）時，溶液的最大紫外可見吸收峰的波長差明顯增加，表明本方法在測定Co（II）時表現(xiàn)出較高的選擇性以及抗干擾能力。

圖4 方法對100 nmol/L Co(II)和其它干擾離子(1 μmol/L Cr(III)、Zn(II)、Cd(II)、Pb(II)、Hg(II)、Ba(II)、Ni(II)、Cu(II)、Fe(III)和0.5 μmol/L Fe(II))的選擇性分析

2.4 嬰幼兒食品中鈷含量檢測

嬰幼兒食品中鈷含量采用GNSs 比色檢測法和石墨爐原子吸收光譜法進行對比測定。測定結果如表3，GNSs 比色檢測法的相對標準偏差范圍為1.36%～3.57%；石墨爐原子吸收光譜法的相對標準偏差范圍為0.93%～2.86%，2 種方法檢測嬰幼兒食品中Co(II)含量值和RSD 非常接近，表明該比色法在嬰幼兒食品中鈷含量的檢測具有可行性。

表3 嬰幼兒食品中Co(II)含量測定結果（n=3）

在表3 的嬰幼兒食品中鈷含量的檢測結果中，肉松中鈷含量最高，其平均值高到達0.3285 mg/kg，其次是魚腸和奶酪棒，蔬菜泥和水果泥中鈷含量較低。食品安全國家標準GB 2762—2022《食品中污染物限量》只規(guī)定了嬰幼兒食品中鉛、汞、砷、錫的限量值[32]，而對于鈷元素未設定限量值。本研究開展嬰幼兒食品中鈷元素的分析檢測，可為今后制定營養(yǎng)素或污染物限量標準提供參考依據(jù)，希望引起相關部門重視，進一步完善標準，規(guī)范嬰幼兒食品的企業(yè)生產(chǎn)，確保嬰幼兒食品具備較高的質量和安全性。

3 結論

保障嬰幼兒食品安全是一項長期而繁重的工作。引發(fā)嬰幼兒食品安全的因素涉及到食品企業(yè)對食品原料的質量把控、消費者對嬰幼兒食品安全的認知，以及監(jiān)管部門對嬰幼兒食品的市場準入的把關等，通過檢測嬰幼兒食品的成分，可以促進嬰幼兒食品的標準化，保障嬰幼兒食品的安全。利用Co(II)引發(fā)類芬頓反應刻蝕金納米星粒子導致GNSs 的形貌發(fā)生改變，進而導致GNSs 溶液發(fā)生改變，實現(xiàn)了對嬰幼兒食品中Co(II)的簡單、快速和高靈敏檢測，可為制定嬰幼兒食品中鈷元素的限量標準提供檢測依據(jù)。