微乳液進樣GFAAS法測定食用油中的鉻

吳晨曦，何延龍，汪亦茗，竺強強

（1.嵊州市食品藥品檢驗檢測中心，浙江嵊州312400；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065）

微乳液進樣GFAAS法測定食用油中的鉻

吳晨曦1，何延龍2，*，汪亦茗1，竺強強1

（1.嵊州市食品藥品檢驗檢測中心，浙江嵊州312400；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065）

建立微乳液直接進樣-石墨爐原子吸收光譜法（graphite furnace atomic absorption spectrophotometry，GFAAS）測定食用油中鉻的方法，研究微乳液的形成條件以及基體改進劑對測定結(jié)果的影響，優(yōu)化石墨爐原子吸收光譜儀的升溫程序，通過與微波消解處理樣品的檢測結(jié)果進行對比，驗證方法的準確性。研究結(jié)果表明：按質(zhì)量分數(shù)為15%食用油，6%水相，20%曲拉通X-100和59%正丁醇能配制成穩(wěn)定的微乳液。不需要添加基體改進劑，儀器最佳檢測條件為預(yù)灰化溫度800℃、灰化溫度1 400℃、原子化溫度2 300℃。在此條件下，試驗相對標準偏差＜5%，檢出限為0.211 ng/mL，加標回收率在90%到110%之間，并與微波消解法處理樣品的測量結(jié)果相近。該方法簡單，準確，實用性強，并適用于大量食用油樣品的測量。

食用油；微乳液；石墨爐原子吸收光譜法；鉻

鉻是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的金屬原料，同時也是人體內(nèi)必需的微量元素之一，它在維持人體健康方面起關(guān)鍵作用，而過多的攝入鉻元素會引起人體疾病甚至死亡，所以對食品中鉻的檢測非常重要[1-2]。測定食品中痕量元素所采取的樣品前處理的方法包括干法消解、濕法消解、微波消解或者利用有機試劑溶解樣品[3-4]。其中干法消解、濕法消解和微波消解法，需要大量的酸將樣品中的有機物分解成無機物，這些方法會存在污染環(huán)境和耗時長的缺點。利用有機試劑溶解樣品直接上機測定的方法雖然簡化了前處理過程。但這種方法的缺點一是有機物體系的元素標準試劑昂貴且稀少；二是所用到的有機試劑均有很強的致癌性，威脅檢測人員的健康[5]。如果將油配置成微乳液體系后直接定量分析就可以避免上述問題。微乳液進樣法具有樣品前處理過程操作簡單，可使用水相標準溶液等特點。其中微乳液是油相、水相、表面活性劑和助表面活性劑按照一定比例混合成的均勻透明液體[6]；國內(nèi)外對此方法均有過相關(guān)報道[7-8]，但是微乳液直接進樣測定食用油中的鉻元素卻未見到。

對于食品檢測中超痕量分析的儀器主要有石墨爐原子吸收光譜儀（GFAAS）和電感耦合等離子質(zhì)譜儀（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICPMS）[9]。其中ICP-MS最大的優(yōu)勢是可以短時間內(nèi)同時測定樣品中的多種元素，但微乳液是含有大量有機物的樣品，當(dāng)采用微乳液直接進樣的方法時，微乳液中有機物產(chǎn)生的蒸汽會使ICP-MS的等離子火焰不穩(wěn)定甚至熄滅從而影響試驗結(jié)果[10]。相較于ICP-MS，GFAAS最大的優(yōu)點是其相對低廉的價格和分析復(fù)雜樣品時能夠保障結(jié)果穩(wěn)定和準確。

本文以食用油為研究對象，Triton X-100和正丁醇為表面活性劑和助表面活性劑，研究微乳液的形成條件；考察了幾種基體改進劑對吸光度的影響，并利用單因素試驗優(yōu)化了石墨爐的升溫程序，最后通過做加標試驗與微波消解處理樣品的檢測結(jié)果進行對比，驗證了微乳液進樣-石墨爐原子吸收光譜法測定食用油中鉻含量的方法的準確性，最終建立了微乳液進樣-石墨爐原子吸收光譜法測定食用油中鉻的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

多力橄欖葵花食用調(diào)和油：市售；硝酸（超級純）：蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司；硝酸鈀（光譜級）：珀金埃爾默股份有限公司；磷酸二氫銨、六水合硝酸鎂（均為光譜級）、曲拉通X-100、正丁醇（均為優(yōu)級純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；抗壞血酸、檸檬酸（均為分析純）：杭州蕭山化學(xué)試劑廠；鉻標準溶液（質(zhì)量濃度1 mg/mL）：中國計量科學(xué)研究院；水為超純水（電阻率 18.2 Ω.cm）；氬氣（純度大于 99.99%）；玻璃器皿均用30%的硝酸浸泡24 h以上。

1.2 儀器設(shè)備

PinAAcle900z石墨爐原子吸收光譜儀：美國PerkinElmer公司；UV-TOC/UF超純水儀：德國Thermo公司；ML204電子天平：美國Mettler Toledo公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 儀器工作條件和石墨爐升溫程序

波長：357.87nm；夾縫寬度：0.7nm；燈電流：20 mA；測量方式為峰面積；氬氣出口壓力為0.35 MPa～0.40 MPa。石墨爐升溫程序見表1。

表1 石墨爐升溫程序Table 1 Heating program of graphite furnace

1.3.2 基體改進劑的配制

分別稱取0.5 g檸檬酸、抗環(huán)血酸、磷酸二氫銨、0.05 g氯化鈀、硝酸鈀和0.087 g六水合硝酸鎂于50 mL容量瓶中，用0.5%硝酸定容至刻度備用。

1.3.3 標準曲線的繪制

將Triton X-100用正丁醇稀釋成25%的乳化劑。用0.5%硝酸將鉻標準溶液稀釋為1 mg/L的中間液，在100 mL的容量瓶中加入1 mL的中間液并用0.5%硝酸補足水相至4.8 g；然后加入12 g多力橄欖葵花食用調(diào)和油，用乳化劑定容至刻度，振搖使其形成均一透明微乳液狀態(tài)下的標準使用液，濃度為10 ng/mL；最終自動進樣器將使用液稀釋成濃度為2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 ng/mL的標準系列。

2 結(jié)果與分析

2.1 微乳液的研究

適合石墨爐原子吸收分析的微乳液應(yīng)滿足以下要求：①微乳液的油相組分大，油相組分越大方法的靈敏度越高；②微乳液的黏度小，高粘度的液體會導(dǎo)致儀器進樣器的準確性降低；③選擇空白值與背景值都偏小的試劑配置微乳液；④微乳液在分析過程中保持穩(wěn)定[11]。

2.1.1 微乳液的配制

微乳液的水相為0.5%的硝酸，油相為食用油。選擇空白值與背景值都偏小的Triton X-100與正丁醇作為表面活性劑與助表面活性劑。將Triton X-100和正丁醇混合成質(zhì)量比為1∶3的乳化劑，嚴格按照微乳液配置標準繪制油相，水相和乳化劑的三角相圖[12]，如圖1所示。

由圖1可以看出，在微乳液區(qū)域內(nèi)（i區(qū)），油相能達到的最大組分為70%，但油相組分較高時一方面能夠使試驗靈敏度增強；另一方面卻增加了微乳液的粘度，使自動進樣器取樣的準確性降低從而影響試驗結(jié)果的重復(fù)性。試驗發(fā)現(xiàn)，隨著油相組分的減小，連續(xù)測量6次樣品吸光度的相對標準偏差（RSD）也隨之減小。直到油相組分為15%時，RSD（4.3%）小于5%。說明要使微乳液的黏度不影響試驗結(jié)果的重復(fù)性，油相能達到的最大組分為15%。微乳液中水相越大既可以使微乳液黏度減小又可以節(jié)約微乳液的配制成本，所以水相組分也應(yīng)該盡可能大。當(dāng)油相組分為15%時，水相的最大組分為7.5%，但考慮到微乳液的各相組分會隨著環(huán)境的影響而波動，最終采用的微乳液組分的質(zhì)量分數(shù)為：15%食用油、6%水相、20%的Triton X-100和59%正丁醇。

圖1 微乳液相圖Fig.1 Phase diagrams for microemulsion

2.1.2 微乳液的穩(wěn)定性

采用每隔2 h對樣品微乳液測定吸光度的方式，考察微乳液的穩(wěn)定性，結(jié)果見圖2。

圖2 吸光度隨時間的變化Fig.2 Variation of absorbance over time

由圖2可知，樣品微乳液的吸光度值在10 h之內(nèi)沒有明顯下降，然而隨著時間的進一步增加，微乳液的吸光度不斷降低，說明10 h之內(nèi)微乳液穩(wěn)定性良好并能保障試驗的準確性。

2.2 基體改進劑的研究

在石墨爐原子吸收光譜法測定痕量元素中，基體改進劑使基體更容易揮發(fā)減小基體效應(yīng)，同時減小待測元素在灰化階段的損失。通過試驗考察硝酸鈀、硝酸鎂、磷酸二氫銨、抗壞血酸和檸檬酸這幾種常用的基體改進劑對鉻元素吸光度的影響，試驗結(jié)果見圖3所示，不加基體改進劑峰形見圖4。

圖3 不同基體改進劑吸光度的影響Fig.3 Efect of matrix modifier on absorbance

圖4 不加基體改進劑峰形Fig.4 Absorption peak of no matrix modifiers

由圖3可知，是否添加基體改進劑對吸光度影響不明顯，且不加基體改進劑的吸收峰形良好（圖4）；因為微乳液體系中的Triton X-100是鉻元素良好的基體改進劑[13]，同時作為高沸點元素（2 672℃/1atm），鉻在灰化階段不易損失。因此，為了節(jié)約試驗成本和不帶來新的干擾與污染，本次試驗將不會添加額外的基體改進劑。

2.3 石墨爐升溫程序的研究

石墨爐升溫過程主要分為干燥，灰化，原子化和清潔4個階段，其中灰化溫度和原子化溫度是影響測定結(jié)果較為重要的參數(shù)，由于配置微乳液用到的Triton X-100沸點（270℃/1atm）較高，其在干燥階段不能完全揮發(fā)，導(dǎo)致灰化階段會有暴沸現(xiàn)象。因此，為了使待測液在灰化之前完全除去，需在升溫程序中添加一步“預(yù)灰化”步驟。

2.3.1 預(yù)灰化溫度的優(yōu)化

預(yù)灰化溫度過低時，在灰化階段會有殘余的待測液引起暴沸影響到檢測結(jié)果重復(fù)性。但預(yù)灰化溫度過高又會導(dǎo)致鉻元素損失影響結(jié)果的準確性。固定其他參數(shù)，只改變預(yù)灰化溫度，每個溫度平行測量樣品六次吸光度值并計算相對標準偏差（RSD）得到預(yù)灰化溫度對吸光度值及標準偏差的影響，如圖5和圖6所示。

圖5 預(yù)灰化溫度對RSD的影響Fig.5 Effect of pre-ashing temperature on RSD

圖6 預(yù)灰化溫度對吸光度的影響Fig.6 Effect of pre-ashing temperature on absorbance

由圖5可知，預(yù)灰化溫度低于800℃時，吸光度的RSD值隨溫度的增加而降低。當(dāng)達到800℃之后，RSD＜5%且變化不大，說明預(yù)灰化溫度在800℃已經(jīng)能夠?qū)⒋郎y液完全蒸發(fā)。由圖6可知，在800℃之前，吸光度上下波動明顯，當(dāng)達到800℃之后吸光度持續(xù)下降，說明預(yù)灰化溫度在800℃之后，鉻元素有所損失，因此，綜合預(yù)灰化溫度對標準偏差和吸光度值的影響，選擇的預(yù)灰化溫度為800℃。

2.3.2 灰化溫度的優(yōu)化

灰化階段的目的是最大限度地消除基體成分對被測元素的干擾，同時保證被測元素的損失最低[14]。固定其他參數(shù)，改變灰化溫度并測定吸光度值，試驗結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，當(dāng)灰化溫度低于1 400℃時，吸光度會隨著溫度的增加而變大；而當(dāng)灰化溫度達到1 400℃時，吸光度值達到最大；此后隨著溫度的繼續(xù)增加，吸光度值會逐漸變小，這主要是由于在1 400℃之前，樣品沒有灰化完全，導(dǎo)致吸光度值偏低，而當(dāng)灰化溫度達到1 400℃之后，隨著溫度的升高鉻元素會大量損失；因此，選擇1 400℃作為最佳的灰化溫度。

圖7 灰化溫度對吸光度的影響Fig.7 Effect of ashing temperature on absorbance

2.3.3 原子化溫度的優(yōu)化

原子化階段是將樣品溶液中的待測元素轉(zhuǎn)化為自由原子的過程。固定其他參數(shù)，改變原子化溫度測定吸光度值，試驗結(jié)果如圖8所示。

圖8 原子化溫度對吸光度的影響Fig.8 Effect of atomization temperature on absorbance

由圖8可知，吸光度值隨著原子化溫度的增加而不斷變大，當(dāng)溫度達到2 300℃之后吸光度值變化趨于穩(wěn)定，說明在2 300℃之后，樣品已經(jīng)被較好的原子化，但由于原子化溫度越高，石墨爐損耗越快，為了提高石墨管的使用壽命，原子化溫度定為2 300℃。

2.4 標準工作曲線和檢出限

標準曲線法簡單方便，但要求樣品的體系與標準系列的體系相同以減小基體干擾。微乳液直接進樣分析時，不能利用水相體系的標準曲線定量分析，需要將標準系列配制成微乳液體系。試驗利用本底極低的多力橄欖葵花食用調(diào)和油作為油相，將標準系列配制成微乳液，采用標準曲線法進行定量分析。這樣既能減少基體干擾又適用于大量樣品的檢測。在最佳試驗條件下，繪制標準曲線，并連續(xù)測量11次空白計算方法檢出限，得到線性回歸方程為A=0.013 56C+0.003 21，線性相關(guān)系數(shù)為0.999 3，檢出限為0.211 ng/mL。

2.5 方法的準確性

按試驗方法對8種食用油進行檢測，每個樣品平行測定6次，做加標試驗并與微波消解處理樣品的檢測結(jié)果進行對比，以考察方法的準確性，結(jié)果見表2。

表2 樣品分析結(jié)果（n=6）Table 2 Analytical results of samples

由表2可知，除了本底值極低的多力橄欖食用調(diào)和油，其余樣品油測量結(jié)果的RSD<5%。全部樣品的回收率在90%到110%之間，且微乳液直接進樣測定結(jié)果與微波消解法測定結(jié)果相近，說明方法的準確性良好。

3 結(jié)論

研究了適合石墨爐原子吸收分析微乳液的組分為15%油相、6%水相、20%Triton X-100和59%正丁醇；不添加任何基體改進劑，最優(yōu)升溫程序為預(yù)灰化溫度800℃，灰化溫度1 400℃，原子化溫度2 300℃；在此條件下，利用標準曲線法定量樣品，準確性和重復(fù)性良好，方法檢出限為0.211 ng/mL；該方法簡化了樣品前處理過程，能簡單、準確地完成大量樣品的檢測。

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The Determination of Chromium in the Edible Oil by GFAAS with the Sample Injection by Microemulsion

WU Chen-xi1，HE Yan-long2，*，WANG Yi-ming1，ZHU Qiang-qiang1
（1.The Food and Drug Inspection Test Center of Shengzhou，Shengzhou 312400，Zhejiang，China；2.School of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an 710065，Shaanxi，China）

The graphite furnace atomic absorption spectrophotometry（GFAAS）coupled with the microemulsion injection method was established to determine the chromium in the edible oil.The formation conditions of microemulsion and the effects of matrix modifier on the results of determination were studied.The heating program of GFAAS was optimized.The results showed that the stable microemulsion can be formulated with 15%edible oil，6%aqueous phase，20%Triton X-100 and 59%n-butanol.The matrix modifier was useless in the microemulsion system，the optimal detection condition of GFAAS with the pre-ashing temperature of 800℃，ashing temperature of 1 400℃and atomization temperature of 2 300℃，respectively.Under the optimal conditions，the relative standard deviation of the test was less than 5%，the detection limit was 0.211 ng/mL，the recoveries were between 90%and 110%，and the results were similar to those of the microwave digestion method treated sample.The method is simple，accurate，practical and suitable for the mass inspection of edible oil samples.

edible oil；microemulsion；GFAAS；chromium

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.24.031

吳晨曦（1987—），男（漢），工程師，碩士，主要從事食品藥品檢驗和質(zhì)量標準的研究工作。

*通信作者

2017-05-15