張寒霜,趙發(fā)，韓曉曉，董瑞，于文江，高喜鳳，劉艷明*

(1.山東省食品藥品檢驗(yàn)研究院，濟(jì)南 250101；2.山東省食品藥品安全檢測(cè)工程技術(shù)研究中心，濟(jì)南 250101)

香辛料是干的植物種子、果實(shí)、根、樹皮做成的調(diào)味料，例如胡椒、丁香、肉桂、桂皮等，是烹飪和食品工業(yè)中不可或缺的調(diào)味品，主要有調(diào)香、調(diào)味、調(diào)色等作用[1-4]。近幾十年來(lái)，隨著城市化建設(shè)和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，帶來(lái)越來(lái)越多的化學(xué)污染，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。重金屬污染是環(huán)境污染的一種，鉛是典型的重金屬污染。鉛是一種有害的蓄積性重金屬，通過(guò)血液侵入大腦神經(jīng)組織,造成供氧不足，腦組織損傷，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致終身殘廢[5-6]。由于工業(yè)三廢、城市垃圾、含鉛農(nóng)藥和化肥的濫用，鉛被釋放到土壤、水和空氣中，植物通過(guò)吸收受污染的土壤、水及暴露于受污染環(huán)境的植物表面的污染物和沉積物等途徑導(dǎo)致重金屬污染。在收獲、生產(chǎn)、運(yùn)輸和市場(chǎng)營(yíng)銷期間，鉛可以沉積在香辛料的表面，導(dǎo)致香辛料鉛的污染[7-8]。

鉛含量的檢測(cè)方法主要有石墨爐原子吸收光譜法[9-10]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[11-12]、原子熒光光譜法[13]等。石墨爐原子吸收光譜法對(duì)于基體復(fù)雜樣品較難達(dá)到滿意結(jié)果，需要使用復(fù)雜的基體改進(jìn)劑[14]。電感耦合等離子體質(zhì)譜法容易造成基質(zhì)干擾，雖然目前可以通過(guò)干擾元素分離、溶液稀釋來(lái)降低基體對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，但檢測(cè)成本昂貴，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員技術(shù)要求嚴(yán)格。氫化物原子熒光光譜法是通過(guò)檢測(cè)待測(cè)物中鉛的熒光值來(lái)測(cè)定其含量，其操作簡(jiǎn)單快速，抗基質(zhì)干擾能力強(qiáng)，檢測(cè)成本低。

原子熒光測(cè)定鉛的基本原理：在酸性條件下，鉛與硼氫化鉀反應(yīng)生成揮發(fā)性鉛烷(PbH4)進(jìn)入原子化器中原子化，然后通過(guò)空心陰極燈的照射，鉛原子由基態(tài)激發(fā)至高能態(tài)，在瞬間又回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出特征波長(zhǎng)的熒光，其熒光強(qiáng)度與鉛含量成正比[15]。鉛烷的生成過(guò)程對(duì)檢測(cè)有決定性作用，介質(zhì)的酸度直接影響鉛含量的測(cè)定。目前，香辛料中鉛的提取方法主要有微波消解法、高壓消解、濕法消解[16]、干法等。其中干法提取樣品不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，還容易造成鉛的損失，高壓消解法和微波消解法的前處理時(shí)間不僅長(zhǎng)，而且在趕酸的過(guò)程中不容易控制消化液中的酸度，進(jìn)而影響鉛測(cè)量時(shí)的準(zhǔn)確性[17]。

本研究采用超聲輔助提取法提取香辛料中的鉛，前處理方法操作簡(jiǎn)單、快速，能夠避免基質(zhì)的影響，抗干擾能力強(qiáng)，精密度和準(zhǔn)確度良好。該方法對(duì)香辛料中鉛含量的監(jiān)測(cè)提供了參考方法，對(duì)評(píng)價(jià)其食用安全性具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

AFS-9230原子熒光光度計(jì) 北京吉天儀器有限公司；電子天平 梅特勒-托利多公司；HAF-2型鉛空心陰極燈 北京有色金屬研究總院；KQ-800DE型數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；離心機(jī) 德國(guó)Sigma公司；酸純化儀 美國(guó)CEM公司；超純水機(jī) 美國(guó)Milli-Q公司。

實(shí)驗(yàn)所用試劑的純度均為優(yōu)級(jí)純，其中硝酸是經(jīng)酸純化儀純化后的硝酸，實(shí)驗(yàn)所用水均為超純水。鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液：100 mg/L，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；鐵氰化鉀：AR，國(guó)藥試劑；硼氫化鉀、氫氧化鈉：GR，國(guó)藥試劑。

還原劑溶液(10 g/L)：稱取10 g氫氧化鈉于100 mL干凈的小燒杯內(nèi)，加入50 mL超純水，溶解，再加入10 g硼氫化鉀，溶解完全后，再加入10 g鐵氰化鉀，然后將溶液轉(zhuǎn)移到1000 mL的容量瓶?jī)?nèi)，超純水定容并搖勻。

載流1%的硝酸：于1000 mL的容量瓶中加入10 mL純化后的硝酸，用超純水定容，搖勻。

0.5%硝酸溶液：于1000 mL的容量瓶中加入5 mL純化后的硝酸，用超純水定容，搖勻。

鉛標(biāo)準(zhǔn)中間液(0.1 mg/L)：準(zhǔn)確吸取1 mL鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1000 mg/L)轉(zhuǎn)移至1000 mL容量瓶中，超純水定容，混勻。

1.2 儀器工作條件

光電倍增管負(fù)高壓270 V，鉛空心陰極燈電流80 mA，原子化器高度8 mm，氬氣載氣流量400 mL/min，氬氣屏蔽氣流量 800 mL/min，延遲時(shí)間1 s，讀數(shù)時(shí)間7 s，測(cè)量方式標(biāo)準(zhǔn)曲線法。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液曲線配制

分別吸取鉛標(biāo)準(zhǔn)中間液0.00，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00 mL于100 mL容量瓶中，用0.5%的硝酸溶液定容至刻度，標(biāo)準(zhǔn)系列濃度分別為 0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 ng/mL。

1.4 樣品前處理

樣品經(jīng)高速粉碎機(jī)粉碎均勻，稱取0.5 g(精確至0.0001 g)樣品，加入25 mL 1.5%的硝酸于50 mL的離心管內(nèi)，40 ℃超聲60 min，然后以8000 r/min離心，過(guò)濾，將濾液稀釋至硝酸的酸度為0.5%，上機(jī)測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.1.1 提取液酸度的影響

分別用0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的硝酸超聲提取樣品，考察提取液酸度對(duì)樣品中鉛測(cè)定的影響，加標(biāo)量為0.3 mg/kg，加標(biāo)回收率結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同酸度對(duì)加標(biāo)回收率的影響Fig.1 Effect of extraction acidity on the recovery rates

由圖1可知，在提取酸度為0.5%～1.5%時(shí)，樣品的回收率隨著酸度的增加而增加，當(dāng)酸度大于1.5%時(shí)，加標(biāo)回收率均大于90%，最終選取1.5%(V/V)的硝酸為提取溶劑。

2.1.2 超聲溫度的影響

選取超聲溫度為20，30，40，50，60，70 ℃，考察超聲溫度對(duì)樣品中鉛測(cè)定的影響，加標(biāo)量為0.3 mg/kg，加標(biāo)回收率結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 超聲溫度對(duì)加標(biāo)回收率的影響Fig.2 Effect of ultrasonic temperature on the recovery rates

由圖2可知，超聲溫度在30～40 ℃時(shí)，隨著提取溫度升高，加標(biāo)回收率增加，當(dāng)溫度超過(guò)40 ℃時(shí)，回收率在98.8%～103.7%。所以，本實(shí)驗(yàn)選取提取溫度為40 ℃。

2.1.3 超聲時(shí)間的影響

選取超聲時(shí)間分別為10，20，30，40，50，60，70，80 min，考察超聲時(shí)間對(duì)樣品中鉛測(cè)定的影響，加標(biāo)量為0.3 mg/kg，加標(biāo)回收率結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 超聲時(shí)間對(duì)加標(biāo)回收率的影響

由圖3可知，在10～60 min范圍內(nèi)，隨著超聲時(shí)間的增長(zhǎng)，加標(biāo)回收率逐漸增加，當(dāng)超聲時(shí)間為70～80 min時(shí)，回收率在95.7%～98.7%，綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)選取超聲時(shí)間為60 min。

2.2 儀器條件的優(yōu)化

氫化物-原子熒光光譜法測(cè)定鉛時(shí)，酸度會(huì)影響氫化物的生成，鐵氰化鉀可以提高形成鉛烷的效率。從上機(jī)液酸度、載流酸度和鐵氰化鉀濃度3個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.1 上機(jī)液酸度的選擇

用0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%的硝酸濃度配制標(biāo)液，通過(guò)精密度(標(biāo)準(zhǔn)曲線線性系數(shù))和靈敏度(5.0 ng/mL鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液熒光值)考察上機(jī)液酸度對(duì)鉛測(cè)定的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 標(biāo)液中硝酸濃度對(duì)熒光信號(hào)和線性系數(shù)的影響Fig.4 Effect of the concentration of nitric acid in standard solution on fluorescent signal and linear coefficient

由圖4可知，硝酸濃度在0%～0.6%范圍內(nèi)，隨著酸度濃度的增加，檢測(cè)熒光值逐漸增加，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性系數(shù)從0.931到0.999逐漸提高，在0.7%～1.0%范圍內(nèi)，隨著酸度的增加，熒光值逐漸降低，線性系數(shù)逐漸變差。其中，硝酸濃度為0.5%、0.6%時(shí)，其熒光值沒(méi)有明顯變化，線性系數(shù)均大于0.999。綜合考慮線性系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)溶液熒光值，選定上機(jī)液的硝酸酸度為0.5%。

2.2.2 載流酸度的影響

載流硝酸濃度對(duì)鉛生成氫化物的效率有直接影響，用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%不同濃度的硝酸載流，通過(guò)精密度(標(biāo)準(zhǔn)曲線線性系數(shù))和靈敏度(5.0 ng/mL鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液熒光值)，考察載流酸度對(duì)鉛測(cè)定的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 載流酸度對(duì)熒光信號(hào)和線性系數(shù)的影響Fig.5 Effect of thecurrent-carrying acidity on fluorescent signal and linear coefficient

由圖5可知，硝酸濃度在0%～1.0%范圍內(nèi)，隨著硝酸濃度的增加，檢測(cè)熒光值和線性系數(shù)逐漸增加，當(dāng)硝酸濃度大于1.0%時(shí)，熒光值和線性系數(shù)逐漸降低。綜合考慮線性系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)溶液熒光值，選定上機(jī)液的硝酸濃度為1.0%。

2.2.3 鐵氰化鉀濃度的影響

用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%的鐵氰化鉀配制還原劑，通過(guò)精密度(標(biāo)準(zhǔn)曲線線性系數(shù))和靈敏度(5.0 ng/mL鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液熒光值)，考察鐵氰化鉀對(duì)鉛測(cè)定的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 鐵氰化鉀濃度對(duì)熒光信號(hào)和線性系數(shù)的影響Fig.6 Effect of the concentration of potassium ferricyanide on fluorescent signal and linear coefficient

由圖6可知，當(dāng)鐵氰化鉀濃度為0.1%～0.6%時(shí)，鉛的熒光值隨著其濃度的增加而顯著增加。但是在鐵氰化鉀的濃度高于0.6%后，鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光值未發(fā)生明顯變化，標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性系數(shù)均高于0.998。綜合考慮線性系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)溶液熒光值，鐵氰化鉀的濃度選為0.6%。

2.3 方法的線性范圍與檢出限

在優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)條件下，選用鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為0，4，8，12，16，20 μg/L，以熒光值為縱坐標(biāo)、鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，其線性回歸方程為y=317.9875x-120.0373，線性相關(guān)系數(shù)為0.9991。連續(xù)測(cè)定11次空白，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，根據(jù)檢出限的公式L=KS/B(L為檢出限；K=3；S為標(biāo)準(zhǔn)偏差；B為校準(zhǔn)曲線的斜率)，方法的檢出限為2.6 μg/kg。

2.4 方法的精密度試驗(yàn)

選用空白樣品，進(jìn)行低(0.05 mg/kg)、中(0.1 mg/kg)、高(0.3 mg/kg)3個(gè)水平的加標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加標(biāo)回收率為98.3%～108.3%，RSD為1.59%～3.52%。

表1 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果(n=6)Table 1 The results of precision and recovery tests(n=6)

2.5 方法的準(zhǔn)確度試驗(yàn)

對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)蒜粉(GBW10022)的鉛含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)驗(yàn)表明，該方法能夠準(zhǔn)確測(cè)定香辛料中的鉛。

表2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果(n=6)Table 2 The determination values of standard substances(n=6)

2.6 實(shí)際樣品的檢測(cè)

按照優(yōu)化后的方法對(duì)咖喱粉、孜然粉、辣椒粉進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)樣品測(cè)定3次，平均值結(jié)果見(jiàn)表3。鉛的檢出值為0.080～0.603 mg/kg，低于GB 2762-2017 中香辛料的限量要求(<3.0 mg/kg)，低于NY/T 901-2011中干制香辛料和即食香辛料調(diào)味粉的限量要求(<1.0 mg/kg)。

表3 樣品中鉛測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)論

本研究建立了一種超聲輔助提取、氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測(cè)定香辛料中鉛的分析方法。對(duì)提取溫度、時(shí)間、酸度及還原劑中鐵氰化鉀濃度進(jìn)行優(yōu)化，在最佳條件下，在0～20 μg/L具有良好的線性關(guān)系，檢出限為2.6 μg/kg，在低、中、高3個(gè)水平下的加標(biāo)回收率為98.3%～108.3%，RSD為1.59%～3.52%，對(duì)有證國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果在參考值范圍內(nèi)。本方法前處理時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單高效，成本低，重現(xiàn)性好，回收率高，滿足對(duì)香辛料中鉛的檢測(cè)要求，為香辛料中鉛的測(cè)定和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了技術(shù)保障。