江 波，陳 林

(1.長(zhǎng)江師范學(xué)院 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院，重慶 涪陵 408100； 2.湖南省中醫(yī)藥研究院 中藥研究所，長(zhǎng)沙 410013)

食用植物油的品質(zhì)主要取決于其烹調(diào)性能，但所含的金屬和類金屬元素影響食用植物油的新鮮度、穩(wěn)定性、貯藏期和安全性[1]，尤其是食用植物油中存在的重金屬元素，即使在低濃度情況下，長(zhǎng)時(shí)間食用也會(huì)造成重金屬積蓄中毒，與吸入和皮膚接觸等其他接觸方式相比，食品攝入已被確認(rèn)為人類接觸重金屬元素的主要途徑[2-3]。我國(guó)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2762—2017)對(duì)食用植物油中的重金屬元素含量制定了Pb小于等于0.1 mg/kg、As小于等于0.1 mg/kg的標(biāo)準(zhǔn)。因此，準(zhǔn)確測(cè)定食用植物油中重金屬元素的含量，對(duì)于正確評(píng)估其對(duì)健康構(gòu)成危害的程度具有重要意義。

用于測(cè)定食用植物油中重金屬元素的各種原子光譜技術(shù)中，原子吸收光譜(AAS)和原子熒光光譜(AFS)屬于單元素分析方法[4-6]，不適合大批量樣品中多元素的快速測(cè)定；電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)具有檢測(cè)限低、靈敏度高且能進(jìn)行多元素快速測(cè)定的分析特性[7-9]，但I(xiàn)CP-MS對(duì)于高鹽基質(zhì)樣品耐受能力差，儀器價(jià)格昂貴，分析運(yùn)行成本高；電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)可以耐受高達(dá)30%的總固溶體(TDS)，能同時(shí)進(jìn)行多元素測(cè)定并能提供較低檢測(cè)限[10-12]，但對(duì)于電離能較高重金屬元素(如As、Hg、Sb)的分析，即使在高溫電感耦合等離子體(ICP)中，這些元素的電離效率也不高，導(dǎo)致發(fā)射光譜信號(hào)強(qiáng)度較低，而通過(guò)蒸氣發(fā)生反應(yīng)裝置將這些元素以蒸氣的形式引入ICP，能顯著提高分析靈敏度，降低檢出限[13]，但需要額外配備蒸氣發(fā)生裝備，與不可形成蒸氣元素同時(shí)測(cè)定時(shí)需復(fù)雜煩瑣地更換進(jìn)樣系統(tǒng)，影響樣品測(cè)定效率和分析通量。多模式進(jìn)樣系統(tǒng)(MSIS)兼具傳統(tǒng)霧化和蒸氣發(fā)生雙重功能，能同時(shí)測(cè)定可形成蒸氣和不可形成蒸氣元素。本文采用微波消解對(duì)食用植物油進(jìn)行預(yù)處理，在多模式進(jìn)樣系統(tǒng)(MSIS)的雙重模式下，采用ICP-OES測(cè)定食用植物油中可形成蒸氣重金屬元素As、Sb、Hg和不可形成蒸氣重金屬元素Ni、Cd、Pb的含量，旨在為準(zhǔn)確測(cè)定食用植物油中的多種重金屬元素提供快速分析方法。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

Ni、As、Cd、Sb、Hg、Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；NaOH(分析純)、NaBH4(分析純)、L-半胱氨酸(生物試劑)、酒石酸(分析純)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；HNO3(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%)、 H2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)、HCl(質(zhì)量分?jǐn)?shù)37%)，德國(guó)Merck公司；實(shí)驗(yàn)用水為超純水；花生油(產(chǎn)地山東)、玉米油(產(chǎn)地山東)、橄欖油(產(chǎn)地云南)、核桃油(產(chǎn)地云南)、菜籽油(產(chǎn)地重慶)、葵花籽油(產(chǎn)地重慶)、芝麻油(產(chǎn)地重慶)、大豆油(產(chǎn)地吉林)、山茶油(產(chǎn)地湖南)、亞麻籽油(產(chǎn)地青海)，國(guó)內(nèi)大型超市。

1.1.2 儀器與設(shè)備

Agilent5110型ICP-OES儀(配備含SeaSpray霧化器的MSIS附件、SPS 4自動(dòng)進(jìn)樣器)，美國(guó)Agilent公司；MARs 5微波消解儀，美國(guó)CEM公司；Milli-Q超純水處理系統(tǒng)，美國(guó)Millipore公司；NexION 350型ICP-MS儀，美國(guó)PerkinElmer公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理

稱取約0.4 g食用植物油樣品于微波消解反應(yīng)罐中，依次加入5 mL HNO3和2 mL H2O2，敞開(kāi)罐蓋預(yù)消解30 min，密封反應(yīng)罐，采用升溫模式分三步消解：①最大功率1 600 W，爬坡時(shí)間5 min，目標(biāo)溫度120℃；②最大功率1 600 W，爬坡時(shí)間3 min，目標(biāo)溫度150℃，保持時(shí)間5 min；③最大功率1 600 W，爬坡時(shí)間5 min，目標(biāo)溫度180℃，保持時(shí)間15 min。微波消解后，將樣品轉(zhuǎn)移至燒杯中沸水浴趕酸近干，用體積分?jǐn)?shù)15%的HCl轉(zhuǎn)移至25 mL的聚乙烯容量瓶中定容，搖勻后靜置30 min，待測(cè)。同時(shí)按照相同的消解程序制得樣品校準(zhǔn)溶液和空白溶液。

1.2.2 ICP-OES測(cè)定

采用單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制質(zhì)量濃度分別為0.0、5.0、20、50、100 μg/L的多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.2.1方法進(jìn)行消解后，采用ICP-OES在MSIS雙重模式下進(jìn)行測(cè)定(見(jiàn)圖1)。

圖1 用于雙重模式的多模式進(jìn)樣系統(tǒng)(MSIS)

樣品溶液分兩路進(jìn)入霧化室，一路經(jīng)通道2進(jìn)入MSIS霧化室，進(jìn)行傳統(tǒng)霧化分析不可形成蒸氣重金屬元素Ni、Cd、Pb，另一路經(jīng)通道3與通道5的預(yù)還原劑(2%的L-半胱氨酸溶液和4%的酒石酸溶液)通過(guò)三通接頭均勻混合后進(jìn)入MSIS霧化室底部，與來(lái)自通道1進(jìn)入MSIS霧化室頂部的還原劑(1.5%的NaBH4溶液和0.5%的NaOH溶液)進(jìn)行蒸氣發(fā)生反應(yīng)，分析可形成蒸氣重金屬元素As、Sb、Hg，霧化室產(chǎn)生的廢液經(jīng)通道4排出。

ICP-OES條件：RF功率1 400 W；等離子體流速12.0 L/min；輔助氣流速1.0 L/min；霧化氣流速0.6 L/min；泵速20 r/min；讀取時(shí)間20 s；重復(fù)次數(shù)3次；樣品提升延遲35 s；穩(wěn)定時(shí)間20 s；沖洗時(shí)間50 s；背景及干擾校正，快速自動(dòng)曲線擬合技術(shù)(FACT)。

2 結(jié)果與討論

2.1 蒸氣發(fā)生條件的選擇

As和Sb通常以穩(wěn)定的高價(jià)態(tài)As(Ⅴ)和Sb(Ⅴ)存在，不易形成相應(yīng)的氫化物，需先將As(Ⅴ)和Sb(Ⅴ)還原為低價(jià)態(tài)As(Ⅲ)和Sb(Ⅲ)，然后采用NaBH4與As(Ⅲ)和Sb(Ⅲ)反應(yīng)生成相應(yīng)氫化物蒸氣。HCl兼具酸化樣品和還原分析物雙重作用，是蒸氣發(fā)生的常用試劑。固定NaBH4體積分?jǐn)?shù)為1.5%，考察了不同體積分?jǐn)?shù)HCl對(duì)As、Sb、Hg信號(hào)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 HCl體積分?jǐn)?shù)對(duì)As、Sb、Hg信號(hào)強(qiáng)度的影響

由圖2可以看出：在HCl體積分?jǐn)?shù)5%～15%范圍內(nèi)，As和Sb的信號(hào)強(qiáng)度隨HCl體積分?jǐn)?shù)增大而增大，而Hg的信號(hào)強(qiáng)度幾乎不變；當(dāng)HCl體積分?jǐn)?shù)達(dá)到15%以后，Sb的信號(hào)強(qiáng)度繼續(xù)緩慢增大，Hg的信號(hào)強(qiáng)度仍然保持平穩(wěn)，而As的信號(hào)強(qiáng)度開(kāi)始下降。因此，本實(shí)驗(yàn)折中選擇15%的HCl為酸化樣品和還原分析物介質(zhì)，并通過(guò)在線加入2%L-半胱氨酸溶液和4%酒石酸溶液組成的預(yù)還原劑補(bǔ)償分析過(guò)程中的信號(hào)損失，提高蒸氣發(fā)生效率，穩(wěn)定分析信號(hào)。

在酸性條件下，NaBH4作為還原劑能與酸反應(yīng)，為蒸氣發(fā)生反應(yīng)提供氫源?？疾炝瞬煌w積分?jǐn)?shù)NaBH4對(duì)As、Sb、Hg信號(hào)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 NaBH4體積分?jǐn)?shù)對(duì)As、Sb、Hg信號(hào)強(qiáng)度的影響

由圖3可以看出，當(dāng)NaBH4體積分?jǐn)?shù)分別為1.5%、1.5%、1.1%時(shí)，As、Sb、Hg的信號(hào)強(qiáng)度最大，之后隨NaBH4體積分?jǐn)?shù)的增大，三者信號(hào)強(qiáng)度開(kāi)始下降，但Hg的信號(hào)強(qiáng)度下降幅度較小。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇1.5%的NaBH4溶液為還原介質(zhì)，并加入0.5%的NaOH溶液防止NaBH4水解。

2.2 光譜干擾及校正

根據(jù)ICP-OES自帶ICP Expert軟件對(duì)發(fā)射譜線的優(yōu)先排序，確定分析元素的發(fā)射譜線波長(zhǎng)，雖然大多數(shù)元素可以通過(guò)波長(zhǎng)選擇避開(kāi)光譜干擾，但有部分元素可用于分析的所有發(fā)射譜線均存在光譜重疊干擾，且所有分析元素均存在背景干擾，需進(jìn)行干擾校正。軟件推薦Pb發(fā)射譜線的優(yōu)先排序?yàn)?20.353、182.143、217.000、283.305 nm，其中220.353 nm和182.143 nm為離子線，217.000 nm和283.305 nm為原子線，在高溫ICP中，Pb的高強(qiáng)度譜線以離子形式存在。實(shí)驗(yàn)選擇發(fā)射強(qiáng)度最高的離子線220.353 nm為分析譜線，但樣品中的Fe在220.352 nm處存在離子線，而食用植物油樣品中Fe含量通常比Pb含量高，選擇Pb 220.353 nm為分析譜線則Fe 220.352 nm的光譜重疊干擾不容忽視。本實(shí)驗(yàn)采用快速自動(dòng)曲線擬合技術(shù)(FACT)對(duì)所有分析元素存在的光譜干擾進(jìn)行校正，依次對(duì)空白溶液、分析元素和干擾元素標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)獲得的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)解卷積建立FACT模型，將分析譜線從干擾譜線中分離出來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)光譜重疊干擾的實(shí)時(shí)校正[14]。由于FACT模型中包含了空白溶液的光譜響應(yīng)數(shù)據(jù)，因此采用FACT還同時(shí)校正了所有分析元素的背景干擾。

2.3 校準(zhǔn)曲線與檢出限

本實(shí)驗(yàn)在測(cè)定食用植物油中可形成蒸氣和不可形成蒸氣重金屬元素時(shí)，均采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量分析。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)空白溶液重復(fù)測(cè)定11次，根據(jù)測(cè)定結(jié)果3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)濃度、樣品稱樣量和定容體積換算為方法的檢出限。元素的分析波長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)曲線方程和方法的檢出限見(jiàn)表1。從表1可以看出，所有元素標(biāo)準(zhǔn)曲線方程的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999 7，檢出限為0.63～20.60 μg/kg。

表1 元素的分析波長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)曲線方程和方法的檢出限

2.4 方法對(duì)比分析

采用本方法和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 5009.268—2016)中第一法(ICP-MS)對(duì)同一食用植物油樣品平行測(cè)定6次，計(jì)算兩種分析方法測(cè)量值的相對(duì)誤差(RE)，并對(duì)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，計(jì)算各元素的加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，通過(guò)與ICP-MS對(duì)比分析對(duì)本方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可以看出，本方法的測(cè)量值和與ICP-MS基本一致，RE在-3.7%～2.2%之間，表明分析結(jié)果的可信度高，本方法加標(biāo)回收率為97.0%～104%，RSD為1.5%～2.6%，表明分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠。雖然ICP-MS比ICP-OES具有更低的檢出限，但本方法分析性能與ICP-MS相當(dāng)，對(duì)于高TDS樣品的ICP-MS分析，為防止高鹽基質(zhì)在質(zhì)譜錐孔沉積影響分析結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，進(jìn)行高倍稀釋易產(chǎn)生較大誤差，操作復(fù)雜煩瑣，而采用本方法可以直接進(jìn)行高TDS樣品的分析，操作簡(jiǎn)單快速，通用性更強(qiáng)。

表2 本方法與ICP-MS的對(duì)比分析結(jié)果(n=6)

2.5 實(shí)際樣品分析

采用本方法對(duì)來(lái)自不同產(chǎn)地的10種食用植物油樣品進(jìn)行了重金屬元素分析，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定6次，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 食用植物油樣品中重金屬元素的測(cè)定結(jié)果(n=6) μg/kg

由表3可知：10種食用植物油中重金屬元素的含量隨種類不同存在很大差異，Ni在山茶油中的含量最高，在菜籽油中的含量最低；As在玉米油中含量最高，在橄欖油和芝麻油中未檢出；Cd在菜籽油中的含量最高，在橄欖油、核桃油、葵花籽油和大豆油中未檢出；Sb在山茶油中的含量最高，在橄欖油、菜籽油、芝麻油和亞麻籽油中未檢出；Hg在芝麻油中的含量最高，在葵花籽油中未檢出；Pb在菜籽油中的含量最高，在大豆油中的含量最低。10種食用植物油中均檢出了Ni和Pb，花生油、玉米油和山茶油中均檢出了6種重金屬元素。10種食用植物油樣品中As和Pb的含量均低于GB 2762—2017的最高限量(Pb≤0.1 mg/kg、As≤0.1 mg/kg)標(biāo)準(zhǔn)，植物油中Ni、Cd、Sb、Hg的含量雖然沒(méi)有限量標(biāo)準(zhǔn)，但均處于小于0.1 mg/kg的極低水平。

3 結(jié) 論

采用ICP-OES在MSIS雙重模式下分析食用植物油中重金屬元素含量，能同時(shí)測(cè)定可形成蒸氣和不可形成蒸氣重金屬元素，有效避免更換進(jìn)樣系統(tǒng)，提高了可形成蒸氣元素的靈敏度和樣品的分析速度。利用FACT同時(shí)消除了光譜重疊干擾和背景干擾，提高了分析準(zhǔn)確性，本方法用于食用植物油樣品中重金屬元素測(cè)定的加標(biāo)回收率為97.0%～104%，與國(guó)標(biāo)法對(duì)比分析進(jìn)一步驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性。本方法的最大優(yōu)點(diǎn)是提高了分析測(cè)試效率，這對(duì)于高通量分析食用植物油樣品中重金屬元素的含量至關(guān)重要。