基體改進技術在食品痕量元素分析中的應用

【摘 要】 石墨爐原子吸收光譜法是痕量金屬元素分析的主要檢測手段，因其具有較高的靈敏度，而被廣泛地應用于食品中痕量金屬元素（金屬污染物居多）的測定，其分析精度可達到ppb級別。但也正因為它具有較高的靈敏度，對于復雜的樣品，干擾其分析準確性的因素也很多。其中影響較大的因素之一就是樣品基體的干擾。欲想得到滿意的分析結果，控制和消除這些干擾因素就顯得十分必要。根據樣品的種類不同，控制和消除基體干擾的方法也有很多，在這里主要討論基體改進技術在控制和消除干擾的應用和機理。

【關鍵詞】 基體改進劑 石墨爐原子吸收 食品中痕量元素

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2014.18.006

在石墨爐原子吸收的分析過程中，樣品經過消化最終形成樣品溶液，在原子化階段，樣品溶液全部參與原子化，這樣無論是待測元素還是基體物質都會被原子化，在待測元素與基體的揮發性相近或者存在共揮發時，用揮發的方法就無法使待測元素與基體得到有效的分離，而出現基體干擾。基體改進技術就是在原子化階段前或者在原子化過程進行中，即在樣品溶液中或在石墨管中，加入某種化學物質，來增加待測樣品溶液基體的揮發性，使之在原子化階段先于待測元素被去除；或者加入的這種化學物質可以提高待測元素的穩定性，避免待測元素在原子化前被揮發而損失，從而達到滿意的分析結果。

由于樣品基體的復雜性，加入的基體改進劑與其作用的機理是復雜的，目前還沒有一套系統的理論來解釋各種基體改進效應。目前已經有50多種基體改進劑被廣泛地應用于痕量元素的分析中，這些基體改進劑根據其本身的結構特點，大致可以分為三種類型：無機基體改進劑、有機基體改進劑和活性氣體基體改進劑。

1 無機基體改進劑

常用的無機基體改進劑主要有銨鹽，如硝酸銨、硫酸銨、磷酸氫二銨、磷酸銨和焦磷酸銨等等。在食品樣品分析中，氯化鈉是最常見的基體干擾物之一。在調味品中氯化鈉含量比較高，在用石墨爐原子吸收光譜法測定調味品中鉛的時候，氯化鈉的背景吸收對鉛的測定干擾十分嚴重。氯化鈉的熔點為801℃，而通常的灰化溫度在450℃左右，在灰化階段無法去除。在原子化階段，氯化鈉分子的蒸氣產生強烈背景吸收，對鉛的吸收形成干擾。在樣品溶液中加入過量的硝酸銨，可以使氯化鈉在原子化階段前轉變為低沸點的氯化銨和硝酸鈉而被去除。從而消除了氯化鈉對待測元素的干擾，殘留的氯化鈉也可以結合氘燈扣除背景來校正。氯化銨、硝酸鈉和硝酸銨的熔點和沸點見表1。

表1 氯化鈉、氯化銨、硝酸鈉和硝酸銨的熔點和沸點

硝酸銨作為基體改進劑與氯化鈉的作用機理如下：

NaCl+NH4NO3→NH4Cl+NaNO3

通過加入過量的硝酸銨，降低了氯化鈉在原子化階段的吸收信號，提高了鉛的回收率。

其他無機基體改進劑還有無機酸如硝酸、磷酸、硫酸等。硝酸可以消除堿金屬氯化物對鉛測定的干擾，其機理與硝酸銨相似。磷酸和硫酸作為基體改進劑，除形成的氯化氫易被除去而降低背景吸收外，最主要的是，形成的磷酸鹽和硫酸鹽的背景吸收很小，可用來以消除氯化銅對鉛和鎳的干擾。

另外還有一些金屬、金屬氧化物和金屬鹽以及其他無機化學物質也可以作為基體改進劑。如過氧化氫、過氧化鈉、硫化鈉、高錳酸鉀、硝酸鋰、鎳、鉑、鈣等。

2 有機基體改進劑

常用的有機基體改進劑有抗壞血酸、EDTA、硫脲、草酸、酒石酸、檸檬酸等。抗壞血酸可以用于鉛和錫的測定，檸檬酸可用于鋅的測定，EDTA可用于銅、鉛、錳、鋅的測定。

有機物預熱容易分解，在原子吸收分析中的灰化和原子化階段可使有機物在石墨管內分解，可以產生大量的碳，形成了較強的還原氛圍，待測金屬元素不易形成難原子化的金屬氧化物，而被還原為易于被原子化的金屬原子，使待測元素的原子化溫度下降，降低了原子化時的基體干擾。

3 活性氣體改進劑

最常見的活性氣體改進劑有氫氣和氧氣。加入基體改進劑的目的就是希望能在原子化階段前就能盡可能地排除基體的干擾以及提高待測元素的穩定性。活性氣體基體改進劑也恰能達到這一目的。在原子吸收灰化階段，往氮氣或氬氣中摻入一定比例的氧氣或氫氣，可以提高待測元素的靈敏度和精密度。摻入的氧氣除可降低原子化階段的光散射與分子吸收干擾外，還可以使樣品溶液中的有機物氧化，使基體中的有機物在灰化階段完全燒盡。

表2列舉了一些文獻中測定痕量元素所使用的基體改進劑。

基體改進劑的作用，就是通過增加干擾物質的揮發性，使之在灰化和原子化階段容易被去除，或形成難解離化合物，控制和消除背景吸收；提高待測元素的穩定性，降低待測元素的灰化損失，增加待測元素的釋放，改變待測元素的釋放速率，從而增加待測元素的回收率，提高分析精度。因此在實際分析工作中，要根據待測樣品的基體以及待測元素的性質來選擇合適的基體改進劑。而加入的基體改進劑在實際的分析過程中也并不是起單一的改進作用，還要從基體改進效應來進行綜合的評價。另外還需要注意的是，基體改進劑雖然有積極的作用，但是也要考慮到由于試劑不純等因素而帶來的新的干擾。

作者簡介

張燁，工程師，本科專業食品科學與工程，化學工程碩士，從事食品檢驗研究工作。

（責任編輯：張曉明）