超聲輔助提取-氫化物原子熒光光譜法測定香辛料中的鉛

張寒霜,趙發，韓曉曉，董瑞，于文江，高喜鳳，劉艷明*

(1.山東省食品藥品檢驗研究院，濟南 250101；2.山東省食品藥品安全檢測工程技術研究中心，濟南 250101)

香辛料是干的植物種子、果實、根、樹皮做成的調味料，例如胡椒、丁香、肉桂、桂皮等，是烹飪和食品工業中不可或缺的調味品，主要有調香、調味、調色等作用[1-4]。近幾十年來，隨著城市化建設和城鎮化的發展，帶來越來越多的化學污染，嚴重影響生態環境。重金屬污染是環境污染的一種，鉛是典型的重金屬污染。鉛是一種有害的蓄積性重金屬，通過血液侵入大腦神經組織,造成供氧不足，腦組織損傷，嚴重者可能導致終身殘廢[5-6]。由于工業三廢、城市垃圾、含鉛農藥和化肥的濫用，鉛被釋放到土壤、水和空氣中，植物通過吸收受污染的土壤、水及暴露于受污染環境的植物表面的污染物和沉積物等途徑導致重金屬污染。在收獲、生產、運輸和市場營銷期間，鉛可以沉積在香辛料的表面，導致香辛料鉛的污染[7-8]。

鉛含量的檢測方法主要有石墨爐原子吸收光譜法[9-10]、電感耦合等離子體質譜法[11-12]、原子熒光光譜法[13]等。石墨爐原子吸收光譜法對于基體復雜樣品較難達到滿意結果，需要使用復雜的基體改進劑[14]。電感耦合等離子體質譜法容易造成基質干擾，雖然目前可以通過干擾元素分離、溶液稀釋來降低基體對測定結果的影響，但檢測成本昂貴，對實驗人員技術要求嚴格。氫化物原子熒光光譜法是通過檢測待測物中鉛的熒光值來測定其含量，其操作簡單快速，抗基質干擾能力強，檢測成本低。

原子熒光測定鉛的基本原理：在酸性條件下，鉛與硼氫化鉀反應生成揮發性鉛烷(PbH4)進入原子化器中原子化，然后通過空心陰極燈的照射，鉛原子由基態激發至高能態，在瞬間又回到基態時，發射出特征波長的熒光，其熒光強度與鉛含量成正比[15]。鉛烷的生成過程對檢測有決定性作用，介質的酸度直接影響鉛含量的測定。目前，香辛料中鉛的提取方法主要有微波消解法、高壓消解、濕法消解[16]、干法等。其中干法提取樣品不僅費時、費力，還容易造成鉛的損失，高壓消解法和微波消解法的前處理時間不僅長，而且在趕酸的過程中不容易控制消化液中的酸度，進而影響鉛測量時的準確性[17]。

本研究采用超聲輔助提取法提取香辛料中的鉛，前處理方法操作簡單、快速，能夠避免基質的影響，抗干擾能力強，精密度和準確度良好。該方法對香辛料中鉛含量的監測提供了參考方法，對評價其食用安全性具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

AFS-9230原子熒光光度計 北京吉天儀器有限公司；電子天平 梅特勒-托利多公司；HAF-2型鉛空心陰極燈 北京有色金屬研究總院；KQ-800DE型數控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；離心機 德國Sigma公司；酸純化儀 美國CEM公司；超純水機 美國Milli-Q公司。

實驗所用試劑的純度均為優級純，其中硝酸是經酸純化儀純化后的硝酸，實驗所用水均為超純水。鉛標準溶液：100 mg/L，中國計量科學研究院；鐵氰化鉀：AR，國藥試劑；硼氫化鉀、氫氧化鈉：GR，國藥試劑。

還原劑溶液(10 g/L)：稱取10 g氫氧化鈉于100 mL干凈的小燒杯內，加入50 mL超純水，溶解，再加入10 g硼氫化鉀，溶解完全后，再加入10 g鐵氰化鉀，然后將溶液轉移到1000 mL的容量瓶內，超純水定容并搖勻。

載流1%的硝酸：于1000 mL的容量瓶中加入10 mL純化后的硝酸，用超純水定容，搖勻。

0.5%硝酸溶液：于1000 mL的容量瓶中加入5 mL純化后的硝酸，用超純水定容，搖勻。

鉛標準中間液(0.1 mg/L)：準確吸取1 mL鉛標準儲備溶液(1000 mg/L)轉移至1000 mL容量瓶中，超純水定容，混勻。

1.2 儀器工作條件

光電倍增管負高壓270 V，鉛空心陰極燈電流80 mA，原子化器高度8 mm，氬氣載氣流量400 mL/min，氬氣屏蔽氣流量 800 mL/min，延遲時間1 s，讀數時間7 s，測量方式標準曲線法。

1.3 標準溶液曲線配制

分別吸取鉛標準中間液0.00，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mL于100 mL容量瓶中，用0.5%的硝酸溶液定容至刻度，標準系列濃度分別為 0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 ng/mL。

1.4 樣品前處理

樣品經高速粉碎機粉碎均勻，稱取0.5 g(精確至0.0001 g)樣品，加入25 mL 1.5%的硝酸于50 mL的離心管內，40 ℃超聲60 min，然后以8000 r/min離心，過濾，將濾液稀釋至硝酸的酸度為0.5%，上機測定。

2 實驗結果與討論

2.1 前處理條件的優化

2.1.1 提取液酸度的影響

分別用0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的硝酸超聲提取樣品，考察提取液酸度對樣品中鉛測定的影響，加標量為0.3 mg/kg，加標回收率結果見圖1。

圖1 不同酸度對加標回收率的影響Fig.1 Effect of extraction acidity on the recovery rates

由圖1可知，在提取酸度為0.5%～1.5%時，樣品的回收率隨著酸度的增加而增加，當酸度大于1.5%時，加標回收率均大于90%，最終選取1.5%(V/V)的硝酸為提取溶劑。

2.1.2 超聲溫度的影響

選取超聲溫度為20，30，40，50，60，70 ℃，考察超聲溫度對樣品中鉛測定的影響，加標量為0.3 mg/kg，加標回收率結果見圖2。

圖2 超聲溫度對加標回收率的影響Fig.2 Effect of ultrasonic temperature on the recovery rates

由圖2可知，超聲溫度在30～40 ℃時，隨著提取溫度升高，加標回收率增加，當溫度超過40 ℃時，回收率在98.8%～103.7%。所以，本實驗選取提取溫度為40 ℃。

2.1.3 超聲時間的影響

選取超聲時間分別為10，20，30，40，50，60，70，80 min，考察超聲時間對樣品中鉛測定的影響，加標量為0.3 mg/kg，加標回收率結果見圖3。

圖3 超聲時間對加標回收率的影響

由圖3可知，在10～60 min范圍內，隨著超聲時間的增長，加標回收率逐漸增加，當超聲時間為70～80 min時，回收率在95.7%～98.7%，綜合考慮，本實驗選取超聲時間為60 min。

2.2 儀器條件的優化

氫化物-原子熒光光譜法測定鉛時，酸度會影響氫化物的生成，鐵氰化鉀可以提高形成鉛烷的效率。從上機液酸度、載流酸度和鐵氰化鉀濃度3個方面對實驗方法進行優化。

2.2.1 上機液酸度的選擇

用0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%的硝酸濃度配制標液，通過精密度(標準曲線線性系數)和靈敏度(5.0 ng/mL鉛標準溶液熒光值)考察上機液酸度對鉛測定的影響，實驗結果見圖4。

圖4 標液中硝酸濃度對熒光信號和線性系數的影響Fig.4 Effect of the concentration of nitric acid in standard solution on fluorescent signal and linear coefficient

由圖4可知，硝酸濃度在0%～0.6%范圍內，隨著酸度濃度的增加，檢測熒光值逐漸增加，標準曲線的線性系數從0.931到0.999逐漸提高，在0.7%～1.0%范圍內，隨著酸度的增加，熒光值逐漸降低，線性系數逐漸變差。其中，硝酸濃度為0.5%、0.6%時，其熒光值沒有明顯變化，線性系數均大于0.999。綜合考慮線性系數及標準溶液熒光值，選定上機液的硝酸酸度為0.5%。

2.2.2 載流酸度的影響

載流硝酸濃度對鉛生成氫化物的效率有直接影響，用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%不同濃度的硝酸載流，通過精密度(標準曲線線性系數)和靈敏度(5.0 ng/mL鉛標準溶液熒光值)，考察載流酸度對鉛測定的影響，實驗結果見圖5。

圖5 載流酸度對熒光信號和線性系數的影響Fig.5 Effect of thecurrent-carrying acidity on fluorescent signal and linear coefficient

由圖5可知，硝酸濃度在0%～1.0%范圍內，隨著硝酸濃度的增加，檢測熒光值和線性系數逐漸增加，當硝酸濃度大于1.0%時，熒光值和線性系數逐漸降低。綜合考慮線性系數及標準溶液熒光值，選定上機液的硝酸濃度為1.0%。

2.2.3 鐵氰化鉀濃度的影響

用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%的鐵氰化鉀配制還原劑，通過精密度(標準曲線線性系數)和靈敏度(5.0 ng/mL鉛標準溶液熒光值)，考察鐵氰化鉀對鉛測定的影響，實驗結果見圖6。

圖6 鐵氰化鉀濃度對熒光信號和線性系數的影響Fig.6 Effect of the concentration of potassium ferricyanide on fluorescent signal and linear coefficient

由圖6可知，當鐵氰化鉀濃度為0.1%～0.6%時，鉛的熒光值隨著其濃度的增加而顯著增加。但是在鐵氰化鉀的濃度高于0.6%后，鉛標準溶液的熒光值未發生明顯變化，標準曲線的線性系數均高于0.998。綜合考慮線性系數及標準溶液熒光值，鐵氰化鉀的濃度選為0.6%。

2.3 方法的線性范圍與檢出限

在優化后的實驗條件下，選用鉛標準溶液濃度為0，4，8，12，16，20 μg/L，以熒光值為縱坐標、鉛標準溶液濃度為橫坐標建立標準曲線，其線性回歸方程為y=317.9875x-120.0373，線性相關系數為0.9991。連續測定11次空白，計算標準偏差，根據檢出限的公式L=KS/B(L為檢出限；K=3；S為標準偏差；B為校準曲線的斜率)，方法的檢出限為2.6 μg/kg。

2.4 方法的精密度試驗

選用空白樣品，進行低(0.05 mg/kg)、中(0.1 mg/kg)、高(0.3 mg/kg)3個水平的加標，實驗結果見表1。實驗結果表明，加標回收率為98.3%～108.3%，RSD為1.59%～3.52%。

表1 精密度和準確度試驗結果(n=6)Table 1 The results of precision and recovery tests(n=6)

2.5 方法的準確度試驗

對標準物質蒜粉(GBW10022)的鉛含量進行測定，結果見表2。實驗表明，該方法能夠準確測定香辛料中的鉛。

表2 標準物質測定結果(n=6)Table 2 The determination values of standard substances(n=6)

2.6 實際樣品的檢測

按照優化后的方法對咖喱粉、孜然粉、辣椒粉進行檢測，每個樣品測定3次，平均值結果見表3。鉛的檢出值為0.080～0.603 mg/kg，低于GB 2762-2017 中香辛料的限量要求(<3.0 mg/kg)，低于NY/T 901-2011中干制香辛料和即食香辛料調味粉的限量要求(<1.0 mg/kg)。

表3 樣品中鉛測定結果

3 結論

本研究建立了一種超聲輔助提取、氫化物發生-原子熒光光譜法測定香辛料中鉛的分析方法。對提取溫度、時間、酸度及還原劑中鐵氰化鉀濃度進行優化，在最佳條件下，在0～20 μg/L具有良好的線性關系，檢出限為2.6 μg/kg，在低、中、高3個水平下的加標回收率為98.3%～108.3%，RSD為1.59%～3.52%，對有證國家標準物質進行測定，檢測結果在參考值范圍內。本方法前處理時間短，操作簡單高效，成本低，重現性好，回收率高，滿足對香辛料中鉛的檢測要求，為香辛料中鉛的測定和風險評估提供了技術保障。