曲拉通X-100稀釋直接進樣-石墨爐原子吸收光譜法測定牛奶中的鉛

(江西省食品檢驗檢測研究院,南昌 330001)

牛奶作為高蛋白低脂肪的健康營養食品,含有多種人體必需的氨基酸和豐富的礦物質元素,已經成為現代家庭飲食中必不可少的食品之一[1-2]。然而,近些年來我國牛奶質量安全事故頻發,比如2008年中國奶粉中三聚氰胺污染事件[3]和2012年爆出的“皮革奶”事件[4],嚴重打擊了消費者的信心,這非常不利于我國乳及乳制品行業的發展。此外,隨著環境污染的加劇,重金屬(如鉛等)對農副產品的污染問題也越發受到關注[5-6]。人在食用鉛過量的牛奶后,其神經系統、腎臟、血液、心血管和生殖功能乃至身體發育等均可能受到一定的影響[7-9]。因此,GB 2762－2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》規定,生乳、巴氏殺菌乳、滅菌乳、發酵乳和調制乳中鉛的限量為0.05 mg·kg－1。

常規方法測定重金屬鉛之前要對樣品進行消解(包括濕法消解、干法消解、微波消解和壓力罐消解等[10-12]),但是消解過程存在步驟繁瑣、耗時較長、易被污染等問題。曲拉通X-100是一種非離子表面活性劑,在水中不會解離且穩定性高,廣泛應用于生物和化學相關領域[13-18],據此,本工作建立了曲拉通X-100稀釋直接進樣-石墨爐原子吸收光譜法(GF-AAS)用于牛奶樣品中鉛快速測定的方法,以期為牛奶中重金屬含量的監控提供技術參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Pin AAcle 900T 型原子吸收光譜儀,配鉛空心陰極燈和帶端蓋的石墨管;QUINTIX124-1CN 型電子天平;Vortex-2 Genie 型旋渦混勻器;KQ-300VDE型超聲波清洗器;Synergy型純水機。

鉛標準溶液:1 000 mg·L－1。

曲拉通X-100稀釋液:0.20 g·L－1,在適量水中加入2.00 mL硝酸和0.200 g曲拉通X-100,混合均勻后,用水定容至1 000 mL。

鉛標準中間液1:10.0 mg·L－1,移取0.50 mL鉛標準溶液,用1%(體積分數,下同)硝酸溶液定容至50.0 mL。

鉛標準中間液2:1.0 mg·L－1,移取5.00 mL鉛標準中間液1,用1%硝酸溶液定容至50.0 mL。

鉛標準使用液1:24.0μg·L－1,移取1.20 mL鉛標準中間液2,用1%硝酸溶液定容至50.0 mL。

鉛標準使用液2:4.00μg·L－1,移取0.20 mL鉛標準中間液2,用1%硝酸溶液定容至50.0 mL。

基質匹配標準溶液系列1:分別取0,4,8,12,16μL的鉛標準使用液1,用儀器的自動稀釋配制功能將其稀釋配制成0,6.00,12.00,18.00,24.00μg·L－1基質匹配標準溶液系列,其中曲拉通X-100 稀釋液用量分別為32,12,8,4,0μL,牛奶樣品用量分別為0,16,16,16,16μL。

基質匹配標準溶液系列2:分別取0,4,8,12,16μL鉛標準使用液2,用儀器的自動稀釋配制功能將其稀釋配制成0,1.00,2.00,3.00,4.00μg·L－1基質匹配標準溶液系列,其中曲拉通X-100稀釋液用量分別為32,12,8,4,0μL,牛奶樣品用量分別為0,16,16,16,16μL。

氬氣純度不小于99.999%;曲拉通X-100、磷酸二氫銨為分析純;硝酸為優級純;硝酸鈀純度約為40%;試驗用水為二次去離子水。

試驗所用的玻璃容器在使用前均需用20%(體積分數,下同)硝酸溶液浸泡過夜,用水清洗干凈后烘干備用。

1.2 儀器工作條件

鉛元素分析波長283.31 nm;光譜通帶寬度0.7 nm;燈電流10 mA;載氣為氬氣;塞曼背景校正;石墨爐升溫程序見表1。基體改進劑為0.20 g·L－1硝酸鈀溶液,由儀器自動進樣器在線加入,進樣體積為5μL。

表1 石墨爐升溫程序Tab.1 Program of temperature elevation of graphite furnace

1.3 試驗方法

稱取1.000 g牛奶樣品于10 mL 比色管中,用曲拉通X-100稀釋液定容至10.0 mL。渦旋3 min混合均勻,超聲5 min,得到穩定的懸浮液,按照儀器工作條件測定其中的鉛含量。

2 結果與討論

2.1 稀釋液中曲拉通X-100和硝酸用量的選擇

曲拉通X-100稀釋液中的硝酸可以使鉛離子保持穩定,曲拉通X-100 可以使樣品溶液保持穩定。因此,試驗考察了曲拉通X-100稀釋溶液中曲拉通X-100的質量濃度分別為0,0.01,0.05,0.10,0.20,0.50,1.00,2.00,5.00 g·L－1,硝酸的體積分數分別為0,0.05%,0.10%,0.20%,0.40%,0.60%,0.80%,1.00%時對鉛吸光度的影響,試驗結果見圖1。

圖1 曲拉通X-100的質量濃度和硝酸的體積分數對鉛測定的影響Fig.1 Effect of mass concentration of Triton X-100 and volume fraction of nitric acid on determination of lead

由圖1可知:當不加曲拉通X-100時,吸光度較低;隨著曲拉通X-100質量濃度的增大,鉛的吸光度先升高再降低再略微升高;當曲拉通X-100濃度為0.20 g·L－1時,鉛的吸光度達到最大,這是由于當曲拉通X-100的質量濃度為0.20 g·L－1時,已達到其臨界膠束濃度(CMC,0.18 mmol·L－1[19-20]),樣品溶液的表面張力最低,分散比較完全,懸浮液比較穩定;再繼續增大其質量濃度,樣品懸浮液氣泡較多,樣品的流動性與均一性變差。

當稀釋液中沒有硝酸時,鉛的譜峰峰形很差,吸光度也較小;隨著硝酸溶液體積分數增大,鉛的峰形得到很大改善,吸光度也逐漸增大;在硝酸體積分數為0.60%時達到最大;但是,當硝酸體積分數超過0.20%時,牛奶會發生變性產生黃色油狀沉淀,且這種沉淀隨著硝酸體積分數的增大而增多,不利于樣品的穩定測定。

因此,試驗選擇曲拉通X-100稀釋液中曲拉通X-100的質量濃度為0.20 g·L－1、硝酸的體積分數為0.20%。

2.2 基體改進劑及其用量的選擇

由于牛奶樣品基體復雜,測試時干擾嚴重,應在上機測定時加入基體改進劑,以減小基體對鉛測定的干擾。試驗考察了磷酸二氫銨和硝酸鈀這兩種基體改進劑對鉛測定的影響,結果見圖2。

圖2 基體改進劑對鉛測定的影響Fig.2 Effect of matrix modifier on determination of lead

由圖2可知:當不使用基體改進劑時,譜峰峰高較低,靈敏度較低,且出峰時間提前,推斷與鉛揮發有關;使用磷酸二氫銨和硝酸鈀作為基體改進劑時,兩者得到的鉛的峰形相差不大,但采用硝酸鈀時,鉛的出峰時間靠后,有利于基質復雜牛奶樣品中鉛的測定。因此,試驗選擇硝酸鈀作為基體改進劑。

試驗還考察了硝酸鈀質量濃度分別為0,0.05,0.10,0.20,0.40,0.60,0.80,1.00,2.00,5.00 g·L－1時對鉛吸光度的影響,結果見圖3。

由圖3可知:當硝酸鈀質量濃度為0.20 g·L－1時,鉛的吸光度最大;繼續增大其質量濃度,鉛的吸光度變化較小,但鉛的峰形會變寬。故試驗選擇硝酸鈀質量濃度為0.20 g·L－1。

2.3 灰化溫度的選擇

圖3 硝酸鈀質量濃度對鉛測定的影響Fig.3 Effect of mass concentration of palladium nitrate on determination of lead

在不引起待測元素損失的前提下,合適的灰化溫度不僅可使樣品完全灰化,還能降低測試背景。試驗考察了灰化溫度分別為500,600,700,800,900,1 000 ℃時對鉛測定的影響,不同溫度下,吸光度隨時間變化的結果見圖4。

圖4 灰化溫度對鉛測定的影響Fig.4 Effect of ashing temperature on determination of lead

由圖4可知:隨著灰化溫度升高,鉛的出峰時間提前;當灰化溫度為900 ℃時,吸光度最高,鉛峰趨向正態分布,且出峰時間較合適。綜合考慮,試驗選擇灰化溫度為900 ℃。

2.4 標準曲線和檢出限

按照儀器工作條件對基質匹配標準溶液系列進行測定,以鉛的質量濃度為橫坐標,其對應的吸光度為縱坐標繪制標準曲線,鉛的質量濃度分別在1.00～4.00μg·L－1和6.00～24.00μg·L－1內呈線性關系,線性回歸方程分別為y＝1.700×10－3x和y＝1.680×10－3x,相關系 數分別 為0.997 4,0.999 6。

按照儀器工作條件對樣品空白平行測定11次,以3倍標準偏差(s)計算檢出限(3s),所得結果為1.90μg·kg－1。

2.5 精密度和回收試驗

按照試驗方法對牛奶樣品進行了4個濃度水平的加標回收試驗,每個濃度水平測定5次,計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD),試驗結果見表2。

表2 精密度和回收試驗結果(n=5)Tab.2 Results of tests for precision and recovery(n=5)

由表2 可知:鉛的回收率為97.2%～102%,RSD 為1.5%～13%,結果完全符合國家標準GB/T 27404－2008《實驗室質量控制規范 食品理化檢測》附錄F中關于回收率和實驗室內變異系數的規定,說明方法具有較好的準確度和精密度。

2.6 樣品分析

按照試驗方法對在當地采購的8款牛奶樣品進行測定,每款樣品平行測定5 次,并與 GB 5009.268－2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》第一法[微波消解法進行前處理、電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)進行測定]結果通過t檢驗法(置信度為90%)進行了比對,結果見表3。

表3 樣品分析結果Tab.3 Analytical results of samples

由表3可知:8款牛奶樣品中鉛的質量分數測定值都遠低于國家標準GB 2762－2017規定的限量(0.05 mg·kg－1);且計算得到的t值均小于t0.90,4(2.13),說明這兩種方法沒有顯著性差異。

本工作建立了曲拉通X-100稀釋直接進樣-石墨爐原子吸收光譜法測定牛奶中鉛含量的分析方法。該方法簡單、易于操作,污染少、穩定可靠,準確度較高,對于牛奶樣品或者是可直接通過曲拉通X-100稀釋分散的樣品中鉛含量的測定具有較大的借鑒意義。