微波消解-火焰原子吸收光譜法測定油脂樣品中的9 種金屬元素

秦慧芳，王 穎，彭 俏，翦英紅

（吉林化工學院資源與環(huán)境工程學院，吉林吉林 132022）

我國是世界上的食用油生產和消費大國，每年消費食用植物油超過3000 萬噸[1]。食用植物油作為人類重要的食材之一，除含有豐富的油脂和蛋白質外，還包含很多對人體有利的礦物質元素，如Ca、Mg、Fe、Zn、Mn 等[2]。這些金屬元素對調節(jié)機體免疫力、維護人體健康、促進發(fā)育等方面具有重要的作用[3?4]，也是評價食品安全衛(wèi)生的重要指標之一。另一方面，在食用油加工、運輸、儲存等過程[5?7]中，或受到環(huán)境污染等因素的影響，食用油中檢測出鉛、鎘、鉻等重金屬元素的文章也時有報道[7?8]。眾所周知，鉛、鎘、鉻等是對人體有害的重金屬元素[9?11]，GB 2762-2017中也明確限制了其在食品中的含量。食用油中含有這些元素，是對食品安全最大的威脅，其質量安全問題不容小覷。因此對食用油中金屬元素含量的分析檢測具有重要意義。

金屬元素含量的檢測方法主要有原子吸收光譜法[12]、原子熒光光譜法[13]、紫外分光光度法[14]、微波等離子體原子發(fā)射光譜法[15]、電感耦合等離子體質譜法[16]等，其中原子吸收光譜法（AAS）由于操作簡捷方便、干擾少、信號強、用量少、精密度高的優(yōu)點[17]，近年來在食品、醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測等方面得到了廣泛應用。如李彥超等[18]采用火焰原子吸收光譜法對養(yǎng)血軟堅片中鈣、鋅、鎂的含量同時進行測定，該方法準確性高、重復性好。劉曉娟等[19]采用原子吸收光譜法對嬰幼兒配方乳粉（703IP08011）樣品中Zn 的含量進行了測定，該方法檢測結果準確，精密度高。林園[20]選擇硝酸-高氯酸-氫氟酸法為前處理方法，建立了火焰原子吸收法測定海沙中鋅、銅、鉛含量的方法，測定結果準確、檢測限低，能夠滿足實驗要求。另外，范宏[21]、范寧偉等[22]也采用火焰原子吸收法對食用油中的營養(yǎng)元素進行了測定和評價，表明原子吸收光譜法也一直是測定油脂中金屬元素的常用手段之一。

前處理是有機物中金屬元素檢測的關鍵一步，因為很多金屬元素是以化合物的形式存在于待測樣品中，其含量不易直接測定。只有對有機物加以破壞，將金屬元素釋放出來，方可進行實際檢測[23]。目前食品前處理技術主要有干法灰化法[24]、濕法消解法[25]、微波消解法[26]等。現階段隨著微波消解技術的不斷完善，微波消解法在很多領域[26?29]得到廣泛應用。如倪張林等[27]采用微波消解法，通過優(yōu)化消解條件，可一次消解油脂含量較高的油茶籽和核桃樣品，完成了樣品中8 種金屬元素的測定。如劉宏偉等[28]以HNO3和H2O2為消解試劑，按照優(yōu)化后的消解程序對食用油進行了消解，達到了同時測定油樣中10 種微量元素的目的。

鑒于不同的前處理方法對儀器的檢測要求不同，可能會對樣品中金屬含量的測定產生不同影響，進而影響測定結果的準確性[30]，因此選擇合適的前處理方法尤為重要。本文主要采用微波消解法對油脂樣品進行前處理，新設計一種以壓力、溫度、保持時間為條件的消解程序，以滿足不同消解儀的應用需求。通過消解條件的優(yōu)化和確定，以期獲得油脂樣品的最佳消解程序，建立微波消解-火焰原子吸收光譜法測定油脂樣品中Ca、Mg、Zn、Fe、Mn、Cu、Cr、Cd、Pb 等9 種金屬元素含量的分析方法，為油脂中金屬元素的檢測研究及相關部門對食用油質量安全的監(jiān)管提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗中使用的大豆油、菜籽油、玉米油、花生油、亞麻籽油等5 種食用油 均購于超市；地溝油樣品 分別來源于某家庭餐余油和高校學生食堂泔水油；鈣標準溶液、鎂標準溶液、鐵標準溶液、鋅標準溶液、銅標準溶液、錳標準溶液、鉻標準溶液、鎘標準溶液、鉛標準溶液 1.000 g/L ，國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；過氧化氫、硝酸、鹽酸 天津永大化學試劑有限公司；試驗用水 超純水。

TAS-986 原子吸收分光光度計 北京普析通用公司；TSX1700 型馬弗爐 西尼特（北京）科技有限公司；COOLPEX 微波消解儀、DKQ-180 型趕酸儀上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司；EH45B 型電熱板 美國萊伯泰科（Lab Tech）公司；AL104 型電子分析天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 地溝油樣品預處理 地溝油樣品的預處理方法主要參考文獻[31]報道的方法進行，取適量地溝油倒入200 目篩網中，重復過濾幾次，直至除去較大體積的不溶物質。將過濾后的液體進行靜置分液1 h，取上層油層，以2000 r/min 的速度進行離心分離5 min。加入油脂質量0.3%的50%檸檬酸溶液和油脂質量0.4%的85%磷酸溶液，在恒溫75 ℃下以500 r/min 加熱攪拌30 min，以2000 r/min 的速度進行離心分離5 min 后取上清液，用于后續(xù)前處理。

1.2.2 油脂樣品的微波消解處理 在聚四氟乙烯消解罐中加入約0.5 g 油脂樣品，添加1 mL 30%過氧化氫、6 mL 68%硝酸，密封，放入微波消解儀中，按照表1 程序進行消解。待消解完成后，將消解液置于趕酸儀中，趕酸至1 mL 左右。最后用0.2%硝酸洗滌轉移到25 mL 容量瓶中并定容至刻度線，待用。

表1 微波消解程序Table 1 Microwave digestion program

1.2.3 火焰原子吸收儀的工作條件 火焰原子吸收光譜法測定油樣中金屬元素的濃度是通過檢測吸光度值（Abs）來確定的，而直接影響到吸光度值（Abs）的主要因素包括金屬元素的最大吸收波長、狹縫寬度、燈電流、燃氣流量和燃燒器高度等。依據參考文獻[32?34]和多次實驗調整，確定了本實驗火焰原子吸收光譜法的工作條件，見表2。

表2 火焰原子吸收光譜法工作條件Table 2 The working conditions of flame atomic absorption spectroscopy

1.2.4 儲備溶液及標準系列的配制 儲備溶液的配制：分別吸取一定體積的各金屬元素國標溶液于100 mL 容量瓶中，用2%硝酸溶液稀釋配制成100、50、20 μg/mL 的儲備溶液，備用。

標準系列溶液的配制：吸取一定體積的各元素儲備溶液于100 mL 容量瓶中，用2%硝酸溶液逐級稀釋配制不同系列的標準工作溶液，備用。具體的標準系列見表3。

表3 金屬元素標準曲線系列濃度Table 3 Standard curve series concentrations of metal elements

1.2.5 油脂樣品中金屬元素含量的測定 以大豆油、菜籽油、玉米油、花生油、亞麻籽油、地溝油等7 種油脂樣品為測試目標，地溝油樣品按 1.2.1 進行預處理后，再與其他油樣按照 1.2.2 方法進行微波消解，最后采用1.2.3 中火焰原子吸收法的工作條件，對所有樣品中Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、Cr、Cd、Pb 等9 種金屬元素的含量進行測定。

1.3 數據處理

油脂樣品中金屬元素含量的測定均采用消解之后的樣品，重復測定6 次，測定結果利用Microsoft Office 2013 軟件進行數據處理分析和表格繪制。

2 結果與分析

2.1 樣品消解方法確定及優(yōu)化

2.1.1 前處理方法確定 油脂樣品的前處理效果的好壞很大程度上決定著實驗操作的繁瑣程度，甚至影響金屬元素含量的準確度，因此選擇合適的前處理方法十分必要。本文以菜籽油樣品為例，對比了油脂消解常用的干法[24]、濕法[25]、微波[26]等三種前處理方法的消解效果，結果見表4。

表4 數據表明：在三種前處理方法中，微波消解處理的樣品回收率最高，表明本方法的準確度最高。結合干法消解耗時、費力，以及濕法消解所用藥品對環(huán)境和操作人員的危害性等缺點，結果表明微波消解法更適用于樣品油的前處理。

表4 三種前處理方法消解效果對比Table 4 Comparison of the digestion effects of the three pretreatment methods

2.1.2 微波消解條件優(yōu)化 本文采用油脂樣品消解常用的HNO3+H2O2體系[27]為消解試劑，重點對消解程序進行了設計和確定。但是現有文獻報道的微波消解程序[32?33]由于設備的不同，大都采用功率、升溫時間、溫度、保持時間等指標，而采用壓力、溫度、保持時間的程序報道較少。為了尋找適宜的微波消解程序，本文在設備廠家提供的消解程序基礎上，設計和實踐了5 種消解程序，并最終獲得了最佳的油脂樣品消解程序。具體的消解程序設計及應用情況見表5，相應的消解效果見圖1。

圖1 不同消解程序的消解效果圖Fig.1 Digestion effect map of the different digestion procedures

由表5 及圖1 的消解效果可知，當壓力為35~40 atm，溫度在190 ℃的情況下保持20~25 min，油樣可消解完成，所選方案能將所有油脂樣品進行完全消解，消解液澄清透明，消解效果能滿足實驗需要?？紤]到時間、成本等因素，本文選擇程序D 為最佳消解程序，即微波消解時壓力最大為35 atm，溫度最高為190 ℃，保持時間為20 min。詳細的消解步驟見表1。

表5 微波消解程序設計及應用Table 5 Design and practice of microwave digestion program

2.2 檢測方法性能考察

2.2.1 標準曲線和檢出限 用5%硝酸溶液將9 種金屬元素標準儲備液稀釋、定容成標準工作溶液。按照表2 來測定9 種金屬元素最佳工作條件下的吸光度值（Abs），并繪制標準工作曲線，得到其一元線性回歸方程及相關系數（表6）。分別連續(xù)分析空白溶液中各元素的信號強度，計算10 次測定結果的標準偏差，以3 倍標準偏差對應質量濃度為各元素的儀器檢出限（DL），并按此式計算各元素的檢出限：

DL=3S/K

式中：DL—檢出限，μg/mL；S—標準偏差，μg/mL；K—標準曲線斜率。

依據測得的各金屬元素吸光度值（Abs），代入相應金屬元素的標準工作曲線求得各金屬元素在樣品中的濃度C1，并按此式計算各類樣品中9 種金屬元素的含量：

M=C1V1/M1

式中：M—樣品中金屬元素的含量，μg/g；C1—樣品中金屬元素的濃度，μg/mL；V1—樣品體積，mL；M1—樣品質量，g。

由表6 可知，9 種金屬元素在各自濃度范圍內線性關系良好，R2范圍為0.9982~0.9994，檢出限范圍為0.0013~0.0122 μg/mL，均低于GB 5009.12-2017和 GB 5009.15-2014 的要求，說明所建方法能滿足實驗要求。

表6 元素線性方程、決定系數及檢出限Table 6 Element linear equations, determination coefficient and detect limit

2.2.2 加標回收率及精密度 配制2 個梯度濃度的9 種金屬標準溶液，采用外標法分別在玉米油樣品中加入兩種濃度的標準金屬溶液，在優(yōu)化的前處理條件下處理樣品油，測定各金屬元素含量。每個質量濃度在儀器工作條件下平行測定6 次，通過計算樣品油的加標回收率（%）來考察方法的準確度，測定值的相對標準偏差（RSD）來衡量分析方法的精密度，測定結果如表7 所示。

表7 加標回收率及精密度結果（n=6）Table 7 The results of recovery rate of standard addition and precision (n=6)

從實驗結果來看，用該法測定玉米油樣品中9 種金屬元素的準確度和精密度整體表現良好，樣品油中9 種金屬元素含量的加標回收率范圍為98.94%~101.45%，相對標準偏差范圍為0.20%~3.23%，RSD均小于4%，可滿足檢測要求。

2.3 實際油脂中金屬元素含量的測定及評價

準確稱取大豆油、菜籽油、玉米油、花生油、亞麻籽油、地溝油1、地溝油2 共7 種油樣品各0.5 g，按最佳消解程序進行樣品前處理。利用建立的火焰原子吸收條件測定樣品中Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、Cr、Cd、Pb 等9 種金屬元素的含量，結果見表8。

礦物質元素是衡量油脂質量、營養(yǎng)價值及安全性的重要指標之一。Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn 為營養(yǎng)元素[21]，其中Ca、Mg 是人體必需的宏量元素，Fe、Cu 是維持人體血液組成及運輸的微量元素；Zn 是人體生長發(fā)育過程中的重要微量元素，參與機體的許多生物代謝過程；Mn 在促進骨骼正常發(fā)育、抗衰老等方面，具有重要作用。但是Cr、Cd、Pb 一般為有害金屬元素，會危害人體的健康。另外，油脂中含有的鐵、銅、鎂、錳等會催化植物油的氧化變質[35]，長時間存放也會影響植物油的質量。所以，檢測油脂中這些元素的含量，是確保食用油質量及安全的重要措施之一。

表8 的檢測結果表明：7 種油脂樣品中，Ca、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn 等營養(yǎng)元素的含量是十分豐富的。5 種食用油樣品中，Ca、Mg、Fe 在大豆油中含量最高，在玉米油中含量最低；Zn 在菜籽油中含量最高，在玉米油中含量最低；Mn 在亞麻籽油中含量最高，大豆油中含量最低；Cu 在大豆油中含量最高，在菜籽油中含量最低。另外，5 種植物油中均未檢出Cr、Cd、Pb 等元素。所以，綜合來看，可以初步判斷所檢測的5 種植物油，在油脂質量和安全性方面，是有保障的。

表8 7 種樣品油中金屬元素含量（x±s，n=6）Table 8 The contents of metal elements of 7 kinds of oil samples (x±s, n=6)

但2 種地溝油樣品的檢測數據與食用油有差別，主要是Cr、Cd、Pb 三種有害元素的含量明顯增加，其中兩種地溝油中均檢測出含有Cr、Pb，地溝油2 中還檢出含有Cd。根據GB 2762-2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》標準，油脂中的Pb 限量為0.1 mg/kg，兩種地溝油中的Pb 含量分別為0.71、1.15 mg/kg，均超國家標準。金屬元素Cr 在一定含量范圍內有益人體代謝，也是人體必需的微量元素之一，但Cr 攝入過多也會危害人體健康[36]。中國居民膳食微量元素參考攝入量WS/T 578.3-2017[37]中，對不同人群Cr 的適宜攝入量（AI）給出了一個參考標準：0.2~37 μg/d，所以在日常飲食中需嚴格把控Cr 的攝入量。同時Cd 元素雖然暫無國家標準限量規(guī)定，但Cd 已被美國毒理委員會（ATSDR）列為第6 位危及人體健康的有毒物質[38]。2 種地溝油均檢測出一定量的Cr 元素，可以認為其安全性是大大降低的。所以本實驗中的兩種地溝油的質量和安全性均不能保障，屬于不宜食用的油脂。

3 結論

本文依據微波消解的不同條件要求，建立了適于油脂樣品前處理的微波消解程序，并采用火焰原子吸收法測定了食用油及地溝油中9 種金屬元素的含量。樣品油按照新設計的微波消解程序進行預處理后可直接上機分析，操作簡單快捷。通過對所建分析方法進行的檢出限和加標回收率實驗表明，各金屬元素的標準曲線線性關系良好，決定系數為0.9982~0.9994，檢出限為0.0013~0.0122 μg/mL，樣品加標回收率在98.94%~101.45%之間，方法準確可靠，靈敏度高。對7 種樣品油中9 種金屬元素含量的測定結果表明，5 種食用油均含有人體健康所需的Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn 等營養(yǎng)元素，而Cr、Cd、Pb 元素的含量很低，尤其是Pb 元素，均未檢出，表明食用油的質量、安全性俱佳，可放心食用。地溝油樣品雖然也含有6 種營養(yǎng)元素，但由于Cr、Cd、Pb 均被檢出，其營養(yǎng)價值和安全性大大降低，已不適于食用，相關部門應對此加以嚴格監(jiān)控，嚴防劣質地溝油“回流”餐桌，確保食用油的安全。