離子選擇電極法測定高氟樣品中氟的方法改進(jìn)

盛曉風(fēng)，郭瑩瑩，* ，尚德榮，3，趙艷芳，翟毓秀，寧勁松

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，山東青島266071;2.國家水產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，山東青島266071;3.中國海藻工業(yè)協(xié)會(huì)，北京100125)

氟是參與人體正常代謝的一種微量元素，是牙齒和骨骼不可缺少的礦物質(zhì)。人體攝入一定量的氟，能夠促進(jìn)骨骼發(fā)育、預(yù)防蛀牙。但若長期攝入過量氟，則對骨骼、腎臟、甲狀腺和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，嚴(yán)重者可形成氟骨癥，導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛、韌帶鈣化、骨質(zhì)增生，甚至癱瘓等病癥［1］。南極磷蝦和茶葉是典型的高氟樣品。南極磷蝦作為可供人類利用的蘊(yùn)藏量最為豐富的海洋生物資源，不僅營養(yǎng)豐富，且儲量十分可觀。據(jù)有關(guān)資料估計(jì)，南極磷蝦的儲量可達(dá)1 ×109～2 ×109t，是人類賴以生存的后備蛋白庫［2］。在當(dāng)今世界漁業(yè)資源日趨衰減的情況下，南極磷蝦以其巨大的生物量和潛在的漁業(yè)資源價(jià)值越來越受到世界各國的重視。但是，由于南極磷蝦的高氟含量對人體健康具有潛在的危害，已成為制約南極磷蝦綜合加工利用的重要瓶頸［3-4］。茶樹是一種聚氟作物，飲茶是人體攝入氟的主要途徑之一［5］。自從2005 年立頓紅茶被曝出氟含量超標(biāo)的消息以后，加上有報(bào)道稱中國西南地區(qū)部分民族由于飲用高氟含量的磚茶，患上氟斑牙和氟骨病等［6-7］，引起消費(fèi)者對日常飲茶可能導(dǎo)致體內(nèi)氟超標(biāo)的擔(dān)憂。因此，建立一種準(zhǔn)確、簡單、快速、穩(wěn)定的測定高氟樣品中氟含量的方法，并對南極磷蝦和茶葉等高氟樣品中氟含量進(jìn)行監(jiān)測分析，將為高氟樣品的安全性評價(jià)和綜合開發(fā)利用提供科學(xué)的研究基礎(chǔ)。目前，食品中氟含量的測定方法主要有離子選擇電極法(ISE)、離子色譜法(IC)、氟試劑比色法等［8-9］。其中離子色譜法具有準(zhǔn)確度高、選擇性好、檢出限低、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，但離子色譜儀器穩(wěn)定時(shí)間較長、分析成本較高，并且要求被測樣品中的懸浮物＜0.45μm(以防堵塞進(jìn)樣系統(tǒng))，影響其推廣應(yīng)用;氟試劑分光光度法樣品前處理的擴(kuò)散或灰化蒸餾操作較費(fèi)時(shí)，氟試劑溶液及硝酸鑭溶液不穩(wěn)定，且南極磷蝦中豐富的蝦青素可能會(huì)影響吸光度值，此法一般適用于測定低氟(0.1～2mg/kg)樣品;氟離子選擇電極法因其選擇性好、適用范圍寬、快速準(zhǔn)確、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的應(yīng)用，是目前氟含量測定中最常用的方法［10-12］。但是GB/T 5009.18-2003《食品中氟的測定》中規(guī)定的氟離子選擇電極法的線性范圍很窄，將樣品稀釋后測定氟含量，結(jié)果誤差較大，不適用于測定氟含量較高的南極磷蝦和茶葉等樣品。因此，本文對GB/T 5009.18-2003《食品中氟的測定》進(jìn)行改進(jìn)，將氟離子選擇電極法的線性范圍延伸至0.04 ～50.0μg/mL，建立了適合于高氟樣品中氟含量的檢測方法，并利用茶葉中氟成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW08516)和兩個(gè)能力驗(yàn)證樣品CNCA-06-07-S24 緊壓茶(邊銷茶)、CNCA-06-07-S95 緊壓茶(邊銷茶)進(jìn)行方法質(zhì)控分析，檢測結(jié)果均滿意。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

南極磷蝦 青島福卡海洋生物科技有限公司;茶葉中氟成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW08516) 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心;緊壓茶(邊銷茶)(編號:CNCA-06-07-S24、CNCA-06-07-S95) 國家農(nóng)副產(chǎn)品質(zhì)檢中心(湖南)和湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所。

BP221S 電子分析天平 感量0.0001g，德國賽多利斯公司;85-1 型磁力攪拌器 上海滬西分析儀器廠有限公司;PHS-3C 數(shù)字酸度計(jì) 梅特勒-托利多(上海)有限公司;pF-1 型雷磁離子氟離子選擇電極 上海精密科學(xué)儀器有限公司;232 型飽和甘汞電極 上海精科雷磁儀器廠。

乙酸鈉溶液(3mol/L);檸檬酸鈉溶液(0.75mol/L);總離子強(qiáng)度緩沖劑 將乙酸鈉溶液和檸檬酸鈉溶液等體積混合，臨用時(shí)現(xiàn)配制;鹽酸(1 +11);氟標(biāo)準(zhǔn)溶液1000μg/mL 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心;氟標(biāo)準(zhǔn)使用液濃度分別為1.0、10.0、100.0μg/mL 用氟標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至相應(yīng)濃度，現(xiàn)用現(xiàn)配。

本方法所用水均為不含氟的去離子水，試劑為分析純，全部試劑貯存于聚乙烯塑料瓶中。

1.2 原理

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備 用勻漿機(jī)將南極磷蝦絞碎混勻，備用;將茶葉中氟成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和緊壓茶在80℃條件下烘干1h，備用。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 分別吸取氟標(biāo)準(zhǔn)使用液(1.0μg/mL)0、1.0、2.0、5.0、10.0mL，置于50mL 容量瓶中，加入25mL 總離子強(qiáng)度緩沖液和10mL 鹽酸溶液，加水至刻度，混勻，倒入標(biāo)準(zhǔn)系列塑料杯中。將電極電位儀接通，將清洗好的氟離子選擇電極和甘汞電極插入塑料杯中，在磁力攪拌器上攪拌數(shù)分鐘，待讀數(shù)穩(wěn)定后(即每分鐘電極電位變化小于0.2mV)停止攪拌，靜置30s，讀取毫伏值，同時(shí)記錄測定時(shí)的溫度。標(biāo)準(zhǔn)系列測定從低濃度到高濃度逐個(gè)進(jìn)行，以氟離子濃度對數(shù)(lgCF-)為橫坐標(biāo)，以電極電位(mV)為縱坐標(biāo)，繪制一條濃度范圍為0.02 ～0.20μg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)曲線［13］。

分別吸取10.0μg/mL 氟標(biāo)準(zhǔn)溶液0.0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.5mL 和100.0μg/mL 氟標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、5.0、10.0mL 以及1000μg/mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液2.5mL，置于50mL 容量瓶中，加入25mL 總離子強(qiáng)度緩沖液，10mL 鹽酸溶液，加水至刻度，混勻，倒入塑料杯中。按照上述步驟，讀取電位值。以氟離子濃度對數(shù)(lgCF-)為橫坐標(biāo)，以電極電位(mV)為縱坐標(biāo)，繪制一條濃度范圍為0.04 ～50.0μg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 樣品中氟含量的測定 分別稱取1g(精確至0.0001g)蝦肉樣品、茶葉標(biāo)物和緊壓茶于50mL 容量瓶中，加入10mL 鹽酸溶液，密閉浸泡提取1h(不時(shí)輕輕搖動(dòng))，然后加入25mL 總離子強(qiáng)度緩沖劑，加水至刻度，混勻，過濾，備用。

方法一:分別移取0.5mL 蝦肉提取液、1mL 緊壓茶提取液和5mL 茶葉提取液，加入總離子強(qiáng)度緩沖劑25mL 和鹽酸溶液10mL，用水定容至50mL，得到稀釋液。將樣品稀釋液倒入塑料杯中，插入氟離子選擇電極和甘汞電極，在磁力攪拌器上攪拌數(shù)分鐘，待讀數(shù)穩(wěn)定后停止攪拌，靜置30s，讀取平衡電位值，查線性范圍窄的氟標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.02～0.20μg/mL)，得到氟含量，每個(gè)樣品平行測定6 次，考察方法的精密度。

方法二:分別移取25mL 南極磷蝦、緊壓茶和茶葉的提取原液，倒入塑料杯中，將電極電位接通，按照上述操作步驟，讀取平衡電位值，查線性范圍寬的氟標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.04～50.0μg/mL)，得到氟含量，每個(gè)樣品平行測定6 次，考察方法的精密度。

1.3.4 結(jié)果計(jì)算 根據(jù)公式計(jì)算試樣中氟含量:

式中:X-試樣中氟的含量(mg/kg);A-測定用樣液中氟的濃度(μg/mL);m-試樣的質(zhì)量(g);V-樣液總體積，單位為毫升(mL);n-稀釋倍數(shù)。

1.3.5 回收率實(shí)驗(yàn) 分別稱取1g(精確至0.0001g)南極磷蝦、茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和緊壓茶于50mL 容量瓶中，添加不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液(如表5 所示，加標(biāo)量為樣品中氟含量的0.5～2 倍，但加標(biāo)后的總濃度應(yīng)不超過方法的測定上限濃度值)，加入10mL 鹽酸溶液，密閉浸泡提取1h(不時(shí)輕輕搖動(dòng))，然后加入25mL 總離子強(qiáng)度緩沖劑，加水至刻度，混勻，過濾，備用。

分別移取25mL 南極磷蝦、緊壓茶和茶葉的提取原液，倒入塑料杯中，測得電位值，查線性范圍寬(0.04～50.0μg/mL)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到氟含量，然后根據(jù)樣品加標(biāo)量計(jì)算回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制(標(biāo)準(zhǔn)系列的lgCF -與電極電位的線性關(guān)系)

以氟離子濃度對數(shù)(lgCF-)為橫坐標(biāo)，以電極電位(mV)為縱坐標(biāo)，得到兩條濃度范圍分別為0.02～0.20μg/mL 和0.04 ～50.0μg/mL 的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1和圖2 所示。

圖1 氟標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.02～0.20μg/mL)Fig.1 The standard curve of fluorine(0.02～0.20μg/mL)

圖2 氟標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.04～50.0μg/mL)Fig.2 The standard curve of fluorine(0.04～50.0μg/mL)

有文獻(xiàn)報(bào)道，氟電極的測定范圍在0.02 ～2000μg/mL，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溶液溫度在20～25℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率應(yīng)在58.1 ±2 之間，表明電極具有良好的性能［14］。本文測定的兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線其溶液溫度均為23℃，由圖1 可知，線性范圍在0.02～0.20μg/mL 時(shí)，相關(guān)系數(shù)為R2=0.9973，線性一般，標(biāo)準(zhǔn)曲線為E =54.008 lgCF--243.25，電極斜率為54.008，不符合斜率要求58.1 ±2。這是由于在低濃度窄線性范圍內(nèi)，氟電極的響應(yīng)值不穩(wěn)定，受外界因素的影響較大，如待測液pH、溫度、攪拌速度和測定的順序等，且這種干擾隨著氟離子濃度的降低而增大。由圖2 可知，當(dāng)線性范圍在0.04～50.0μg/mL 時(shí)，曲線呈良好的線性關(guān)系，E =58.916lgCF--238.15，電極斜率為58.916，相關(guān)系數(shù)為R2=0.9998，完全符合測定要求。這是由于在高濃度寬線性范圍內(nèi)，氟電極在低濃度條件下受外界因素的干擾可忽略不計(jì)。但是并非線性越寬越好，線性范圍的上限和下限是線性方程的可靠性或者準(zhǔn)確性的一個(gè)區(qū)間表達(dá)，應(yīng)根據(jù)所測樣品中氟的實(shí)際濃度來決定線性范圍，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)大于0.998，而且所測樣品中氟含量包括在范圍中(最好位于上限和下限的中間)，表明該線性范圍合理。

2.2 查兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的氟含量測定結(jié)果比較

將提取的樣品原液稀釋相應(yīng)倍數(shù)后，按照氟離子選擇電極法的操作步驟，讀取平衡電位值，查線性范圍窄的氟標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.02～0.20μg/mL)，得到南極磷蝦、茶葉標(biāo)物和緊壓茶中的氟含量，結(jié)果如表1所示。

將提取的樣品原液直接倒入塑料杯中，根據(jù)所得電位值，查線性范圍寬的氟標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.04 ～50.0μg/mL)，得到南極磷蝦、茶葉標(biāo)物和緊壓茶中氟含量，具體結(jié)果見表2。

采用線性范圍窄的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行氟定量時(shí)，由于樣品中氟含量非常高，測定之前需要稀釋相應(yīng)倍數(shù)，由表1 和表2 可知，對氟含量較高的南極磷蝦而言，樣品提取液稀釋與否，氟含量測定結(jié)果差別很大，分別為419.8mg/kg 和548.3mg/kg，相對偏差達(dá)到26.5%，而且在稀釋100 倍的過程中明顯增大了實(shí)驗(yàn)誤差，測定結(jié)果不準(zhǔn)確。將茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)提取液稀釋10 倍時(shí)，氟含量測定結(jié)果為70.1mg/kg，超出了標(biāo)準(zhǔn)值的范圍(64.3 ±5.4)mg/kg。而應(yīng)用線性范圍寬的標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，不需要對樣品稀釋，測定結(jié)果為67.2mg/kg，符合標(biāo)準(zhǔn)值的范圍，RSD 為2.5%。對能力驗(yàn)證樣品緊壓茶而言，采用線性范圍寬的標(biāo)準(zhǔn)曲線定量時(shí)，測定結(jié)果分別為180.3mg/kg 和239.6mg/kg，RSD 分別為1.4%和1.8%，Z 值分別為0.47 和0.32，考核結(jié)果滿意(評價(jià)原則:中位值分別為178 和238，Z≤2 為結(jié)果滿意)，然而將樣品稀釋50 倍，采用線性范圍窄的標(biāo)準(zhǔn)曲線定量時(shí)，測定結(jié)果分別為189.0mg/kg 和253.1mg/kg，與中位值相比，具有顯著性差異。

2.3 回收率實(shí)驗(yàn)

通過進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明南極磷蝦的回收率為88.7%～98.2%，茶葉標(biāo)物的回收率為91.2%～105.3%，緊壓茶的回收率為89.7%～104.0%(見表3)。通過采用延長工作曲線的方法，將線性范圍擴(kuò)展至0.04～50.0μg/mL，可以不必稀釋樣液，從而減少實(shí)驗(yàn)誤差，而且加標(biāo)回收率良好，表明線性范圍寬的標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.04～50.0μg/mL)適用于高氟樣品中氟含量的測定。

2.4 氟測定時(shí)的注意事項(xiàng)

首先飽和甘汞電極在使用之前一定要用去離子水浸泡10～24h;氟離子選擇電極和飽和甘汞電極組成電池，電位在-370mV 穩(wěn)定后才能正常使用;氟離子選擇電極在測定時(shí)，試樣和標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)在同一溫度;在測量時(shí)，電極用蒸餾水清洗后，應(yīng)用濾紙擦干后進(jìn)行測試，以防止引起測量誤差;在測量試樣較多濃度相差較大時(shí)，建議用兩支氟離子選擇電極，以免引起誤差;建議將氟標(biāo)準(zhǔn)溶液存放在清洗后的聚乙稀塑料瓶中，對使用的容量瓶、移液管和玻璃容器應(yīng)及時(shí)清洗，酸缸浸泡過夜;氟電極在使用完畢后建議用去離子水清洗至-370mV 后干放，這樣可以延長電極使用壽命，并且不會(huì)影響下一次測量。

表1 查氟標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.02～0.20μg/mL)得到的不同樣品中氟含量Table 1 The obtained fluorine content in different samples by checking standard curve of fluorine(0.02～0.20μg/mL)

表2 查氟標(biāo)準(zhǔn)曲線(0.04～50.0μg/mL)得到的不同樣品中氟含量Table 2 The obtained fluorine content in different samples by checking standard curve of fluorine(0.04～50.0μg/mL)

表3 不同樣品中氟的回收率測定結(jié)果(n=3)Table 3 The results of fluoride recoveries in different samples(n=3)

3 結(jié)論

氟離子選擇電極法具有抗干擾能力強(qiáng)，操作相對簡單、結(jié)果準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)，GB/T 5009.18-2003《食品中氟的測定》中氟離子選擇電極法的線性范圍為0.02～0.20μg/mL，適用于測定一般食品中氟含量。對于南極磷蝦和茶葉等高氟樣品，需對樣液稀釋50～100倍后方可測定，稀釋過程中增大了實(shí)驗(yàn)誤差，影響了測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，本文對國標(biāo)方法進(jìn)行改進(jìn)，將線性范圍擴(kuò)展至0.04～50.0μg/mL，建立了氟離子選擇電極法測定南極磷蝦和茶葉等高氟樣品中氟含量的方法，通過精密度及回收率實(shí)驗(yàn)，南極磷蝦中氟的回收率為88.7%～98.2%，茶葉標(biāo)物的回收率為91.2%～105.3%，緊壓茶的回收率為89.7%～104.0%，RSD 為1.1%～2.5%。結(jié)果表明該方法的穩(wěn)定性好、精密度高、操作簡便、檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠，便于推廣應(yīng)用。采用該方法對南極磷蝦和茶葉等高氟樣品中氟含量進(jìn)行監(jiān)測分析，將為高氟樣品的食用安全性評價(jià)提供科學(xué)依據(jù)，為南極磷蝦優(yōu)質(zhì)資源和茶葉資源的合理開發(fā)利用提供理論基礎(chǔ)。

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