石墨爐法檢測螺旋藻片中鉛的干擾研究及消除

張華珺，孫亮，楊玲，鄔國慶（北京市藥品檢驗所，北京102206）

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石墨爐法檢測螺旋藻片中鉛的干擾研究及消除

張華珺，孫亮，楊玲，鄔國慶*
（北京市藥品檢驗所，北京102206）

研究分析干擾螺旋藻片中鉛含量測定的影響因素，依據(jù)樣品特點及基體改進(jìn)劑作用機(jī)理，選擇硝酸鈀、硝酸鎂、抗壞血酸作為基體改進(jìn)劑協(xié)同使用，優(yōu)化試驗條件為：2 g/L硝酸鈀溶液、1 g/L硝酸鎂溶液與5%抗壞血酸溶液以3∶3∶4（體積比）濕法添加，灰化溫度提高至1200℃，原子化溫度1900℃，實現(xiàn)了螺旋藻片中鉛含量的準(zhǔn)確定量。

螺旋藻；石墨爐法；鉛檢測；干擾消除

螺旋藻分布在熱帶、亞熱帶地區(qū)。作為地球上最古老的物種之一，被人類食用已有100多年的歷史。螺旋藻中的極大螺旋藻、鈍頂螺旋藻兩個品種允許作為保健食品的原料。螺旋藻中蛋白質(zhì)含量比例較高，還含有豐富的類胡籮卜素和B族維生素及礦物質(zhì)，具有較高的營養(yǎng)價值，近年來被廣泛用于臨床研究［1-2］。但有研究表明［3-4］，螺旋藻因富含多糖、蛋白質(zhì)和脂類等大分子物質(zhì)可以提供大量的基團(tuán)吸附重金屬，因而對鉛具有一定程度的富集作用。而鉛是人類生存環(huán)境中普遍存在的重金屬，從1997年衛(wèi)生部批準(zhǔn)的第一個螺旋藻片劑保健食品開始，我國以藻類為原料的固體飲料和膠囊產(chǎn)品鉛指標(biāo)限量始終按照2.0 mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。按照GB 16740-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)保健食品》中規(guī)定［5］，在日常監(jiān)管工作中，應(yīng)采用GB 5009.12-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測定》［6］石墨爐原子吸收光譜法使用磷酸二氫銨作為基體改進(jìn)劑（NH4H2PO3法）測定螺旋藻保健食品中有毒重金屬鉛的含量，但在實際工作中我們觀察試驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)測定結(jié)束后石墨管的鉛記憶效應(yīng)增強(qiáng)不易消除，有殘渣附著在石墨管內(nèi)壁上。考慮到螺旋藻具有較大的比表面積因而對鉛應(yīng)具有較大的吸附親和力，但鉛的測定結(jié)果又比較低，故我們分析推斷可能存在基質(zhì)干擾降低了鉛的吸收信號。

試驗通過分析螺旋藻片的組成成分，研究了鉛測定的干擾因素，依據(jù)基體改進(jìn)劑的作用機(jī)理［7］，篩選硝酸鈀、硝酸鎂和抗壞血酸作為混合基體改進(jìn)劑聯(lián)合使用，使鉛形成熱穩(wěn)定的合金不在灰化階段損失同時利用抗壞血酸在石墨爐中形成富碳環(huán)境，加速一些金屬氧化物分解生成原子，繼而通過提高灰化溫度，去除基質(zhì)成分對鉛的測定干擾，實現(xiàn)了螺旋藻片中重金屬鉛的準(zhǔn)確定量。

1　試驗部分

1.1材料與儀器

硝酸（BV-Ⅲ級）：北京化工廠；30%過氧化氫（MOS級）：北京化學(xué)工業(yè)研究所；硝酸鈀：Alfa Aesar公司；硝酸鎂（分析純）：北京雙環(huán)化學(xué)試劑廠；抗壞血酸：Sigma公司。

0.5mol/L硝酸溶液、2 g/L硝酸鈀溶液（含4%硝酸）、1 g/L硝酸鎂溶液與5%抗壞血酸溶液。

標(biāo)準(zhǔn)對照品：GBW（E）080129鉛單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 mg/L），中國計量科學(xué)研究院。

螺旋藻標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：［GBW10025-GSB-16螺旋藻生物成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，含鉛（2.8±0.2）μg/g］：地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

樣品：螺旋藻片（2種，不同品牌，樣品編號1、2）。

AND GR-202電子天平，精密度0.01 mg：A&D Company；微波消解儀：德國MILESTONE ETHOS 1；原子吸收光譜儀，帶GF95Z型石墨爐，F(xiàn)S95型自動進(jìn)樣器：美國Thermo AA-M6-MK2；鉛空心陰極燈：美國Thermo。

1.2方法

1.2.1樣品制備

將樣品研細(xì)后精密稱取0.5 g（精確至0.000 1 g），置于聚四氟乙烯消解杯中，同時做試劑空白，加入8 mL硝酸，輕輕搖晃使樣品粉末分散于硝酸中，加蓋，靜置過夜后，加入30%過氧化氫2 mL，于100℃電熱板上加熱20 min，冷卻后，上消化罐，進(jìn)行微波消解。消解完畢將盛有消解液的消解杯置于100℃電熱板上加熱趕酸至溶液近干，冷卻后用少量超純水多次潤洗消解杯，合并洗滌液并轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度，混勻，備用。

1.2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

精密吸取100 mg/L的鉛元素標(biāo)準(zhǔn)溶液1 mL，加0.5 mol/L硝酸溶液稀釋定容至100 mL（每1 L含鉛1 mg）。精密量取1 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)鉛溶液1 mL，至25 mL容量瓶中，加0.5 mol/L硝酸溶液稀釋至刻度，混勻，得40 μg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)主溶液，由自動進(jìn)樣器分別吸取40 μg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)使用液0.0、1.0、3.0、5.0、10.0、15.0 μL，用0.5mol/L硝酸溶液稀釋至20 μL，得0.0、2.0、6.0、10.0、20.0、30.0 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

石墨爐升溫程序見表1。

按照表1所示優(yōu)化好的石墨爐升溫程序，濕法添加2 g/L硝酸鈀溶液3 μL、1 g/L硝酸鎂溶液3 μL、5%（w/v）抗壞血酸溶液4 μL作為基體改進(jìn)劑，進(jìn)樣總體積為30 μL，Zeeman扣背景，吸收信號以峰高表示。以吸收信號為縱坐標(biāo)，濃度C（μg/L）為橫坐標(biāo)進(jìn)行一次線性擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明，鉛濃度在（0～30）μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，其回歸方程為：A=7.87×10-3C+ 1.01×10-2，相關(guān)系數(shù)：0.999 0，重復(fù)測定空白溶液11次，用3σ除以標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率計算得檢出限為0.1 μg/L。

表1　石墨爐升溫程序Table 1　Furnace heating program

2　結(jié)果分析

2.1干擾因素確定

考慮到石墨爐法高溫原子化采用直接進(jìn)樣程序升溫方式，如果灰化階段不能有效凈化基體，原子化階段的基體成分則會如自由原子一般，不僅濃度高、而且停留時間也長，極易造成基體干擾和背景吸收。故試驗中選擇加標(biāo)回收試驗判斷是否存在基體干擾，選擇鉛分析波長283.3 nm的鄰近的非吸收波長280.2 nm作為甄別背景吸收是否存在的判定波長，若有信號則表明測鉛時有背景吸收。

試驗中分別使用NH4H2PO3法和新建方法對20 μg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品1、樣品2進(jìn)行回收率分析，測定結(jié)果見表2。

表2　基體干擾的判定Table 2　The estimate of substrate interference

使用NH4H2PO3法和新建方法測得鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液的回收率一致，結(jié)果良好，但兩種方法用于測定樣品時，新建方法消除基體干擾效果良好，NH4H2PO3法測得樣品回收率約為新建方法的50%，說明NH4H2PO3法確實存在基體干擾造成了分析元素鉛的信號降低，推測原因為，螺旋藻中富含多種營養(yǎng)元素，組成成分復(fù)雜，待分析元素鉛有可能與基體中的共存物形成化合物，從而對鉛測定產(chǎn)生基體干擾。

試驗中考察了20 μg/L鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品1、樣品2分別按照NH4H2PO3法和新建方法，使用鉛的非吸收波長280.2 nm測定是否有背景吸收，測定結(jié)果見表3。

表3　背景吸收Table 3　Background absorption

如表3所示，NH4H2PO3法存在背景吸收干擾，分析其干擾來源，認(rèn)為基體有可能在原子化階段以“氣態(tài)分子、鹽微粒、煙霧”等形式存在于石墨管中從而產(chǎn)生分子吸收、光散射等背景吸收。

2.2基體改進(jìn)劑的篩選

石墨爐法分析鉛時，基體干擾主要發(fā)生在于灰化和原子化階段，使用基體改進(jìn)劑的目的在于使基體形成易揮發(fā)的化合物在灰化階段去除；或降低待測元素的揮發(fā)性以防止在灰化過程中損失。

由于基體改進(jìn)劑協(xié)同使用在扣除背景干擾，減少分析誤差，提高方法準(zhǔn)確性和適用性方面較單一基體改進(jìn)劑更為理想，試驗中通過考察待測樣品原子化峰形，加標(biāo)回收率及螺旋藻成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定值與標(biāo)準(zhǔn)值的差異，對比分析了3種混合基體改進(jìn)劑去除基體干擾的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：3種基本改進(jìn)劑作用下的樣品原子化峰形均尖銳光滑對稱，但只有硝酸鈀、硝酸鎂和抗壞血酸作為混合基體改進(jìn)劑聯(lián)合使用測定螺旋藻片中鉛的加標(biāo)回收率結(jié)果良好，螺旋藻成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定值在標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定范圍內(nèi)。

故試驗中最終確定硝酸鈀、硝酸鎂和抗壞血酸作為混合基體改進(jìn)劑聯(lián)合使用，使鉛形成熱穩(wěn)定的合金不在灰化階段損失同時利用抗壞血酸在石墨爐中形成富碳環(huán)境，加速一些金屬氧化物分解生成原子，從而可通過提高灰化溫度，去除樣品基質(zhì)的干擾，達(dá)到避免灰化損失和改善背景吸收干擾的目的。

2.3灰化，原子化溫度優(yōu)化

灰化溫度在1 200℃時，吸光度有最大吸收值；高于1 200℃吸光度急劇下降，故選擇的灰化溫度為1 200℃，在此溫度下樣品中大部分干擾成分被凈化；原子化溫度從1900℃始樣品中的鉛的吸光度增加趨勢不明顯，說明1900℃即可使樣品中的鉛充分原子化。

2.4精確度試驗

兩種樣品各取5份，按1.2進(jìn)行平行性試驗測定，測得結(jié)果見表4。

表4　精密度試驗結(jié)果Table 4　The test results of accuracy（n=5）

相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜5%，滿足GB 5009.12-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測定》中規(guī)定石墨爐法精密度應(yīng)≤20%的方法要求。

2.5回收率試驗

為了進(jìn)一步檢驗方法精確度，采用添加鉛元素標(biāo)準(zhǔn)溶液于樣品中進(jìn)行加標(biāo)回收率測定，每種樣品做3份。試驗結(jié)果如表5所示，采用此法測得的回收率在94%～102%之間，符合質(zhì)控要求。

表5　回收率試驗結(jié)果Table 5　The test results of the recovery experiment（n=3）

2.6標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)控試驗

為進(jìn)一步驗證分析方法的準(zhǔn)確性和基體改進(jìn)劑消除基質(zhì)干擾的效果，試驗中，精密稱取0.1 g（精確至0.0001 g）GBW10025-GSB-16螺旋藻生物成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，按1.2制備，用水定容至25 mL容量瓶中，搖勻得質(zhì)控樣品溶液，平行制備5份。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)試驗結(jié)果見表6。

表6　標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)試驗結(jié)果Table 6　The test results of the reference material（n=5）

由于石墨爐原子吸收光譜法屬于相對測量，在測定過程中同時引入螺旋藻標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為方法驗證使用，通過5次測定值之間的離散程度，及其測定值與標(biāo)準(zhǔn)值的差異可以直觀的反映儀器工作狀態(tài)和測定方法的精確度［8］。

2.7樣品測定及不同方法對比

為考察方法的適用范圍及準(zhǔn)確度，試驗中分別選擇硬膠囊、片劑、粉劑3種以螺旋藻作為主要原料的常見保健食品劑型，同時運用本法、NH4H2PO3法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP法）［9］進(jìn)行鉛含量測定，見表7。

表7　樣品含量測定結(jié)果Table 7　Analytical results of samples（n=3）

3　結(jié)論

本文依據(jù)基體改進(jìn)劑的作用機(jī)理，通過分析確認(rèn)干擾螺旋藻片中鉛含量測定的影響因素，優(yōu)化建立了一種新型基體改進(jìn)劑組合，可用于石墨爐原子吸收光譜法檢測以螺旋藻為主要原料的保健食品中鉛的含量，并采用ICP法對NH4H2PO3法和文章中新建方法的測定結(jié)果進(jìn)行驗證，結(jié)果表明：新建方法鉛含量測定結(jié)果準(zhǔn)確，可有效去除螺旋藻中其他成分對鉛的測定干擾，國內(nèi)外均未見相似報道，新建方法具有創(chuàng)新性。

［1］王文博，高俊蓮，孫建光，等.螺旋藻的營養(yǎng)保健價值及其在預(yù)防醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用［J］.中國食物與營養(yǎng)，2009（1）:48-51

［2］張文，吳清平，吳軍林.螺旋藻營養(yǎng)保健價值及開發(fā)應(yīng)用進(jìn)展［J］.食品與發(fā)酵科技，2013，49（3）:89-92

［3］龔仁敏，陳發(fā)揚，劉必融，等.天然和預(yù)處理的極大螺旋藻粉對鉛的吸附［J］.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，27（3）:107-110

［4］Roy D，Greenlaw P N，Shane B S.Adsorption of heavy metals by green algae and ground rice hulls［J］.JEnvironSciHealthA，1993（28）: 37-50

［5］中華人民共和國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會.GB 16740-2014食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)保健食品［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014:1-2

［6］中華人民共和國衛(wèi)生部.GB 5009.12-2010食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測定［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010:1-10

［7］鄧勃，何華焜.原子吸收光譜分析［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003: 280-284

［8］盧曉華.標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在化學(xué)測量結(jié)果不確定度評定中的應(yīng)用舉例［J］.中國計量，2008（1）:68-69

［9］國家藥典委員會.中華人民共和國藥典四部［M］.北京:中國醫(yī)藥科技出版社，2015:42-43

Research for the Elimination of Matrix Interference on the Determination of Lead in Spirulina Tablets by GFAAS

ZHANG Hua-jun，SUN Liang，YANG Ling，WU Guo-qing*
（Beijing Institute For Drug Control，Beijing 102206，China）

The interfering factors in determination of lead in Spirulina tablets were analyzed，based on sample characteristics and the matrix modifier chemical mechanism，we selected palladium nitrate，magnesium nitrate and ascorbic acid as matrix modifier.The optimize conditions were as follows：added palladium nitrate solution 2 g/L，magnesium nitrate solution 1 g/L and ascorbic acid solution 5%：a proportion of 3∶3∶4（volume ratio），ashing temperature to 1 200℃，atomization temperature 1 900℃，achieved the accurately quantitative in spirulina tablets lead content determination.

spirulina tablets；GFAAS；lead testing；the elimination of interference

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.13.034

張華珺（1981—），女（漢），主管藥師，碩士研究生，研究方向：保健食品與化妝品檢測與安全評價。

2016-03-05