微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定木耳中铝的含量

徐珑珀，高巧玲

(1.四川省食品检验研究院,成都 611731; 2.国家市场监管重点实验室(白酒监管技术),成都 611731;3.成都市香源供水有限责任公司,成都 610500)

铝有一定毒性作用,摄入过多不仅会破坏机体正常钙、磷代谢,导致骨质疏松,还会损伤机体脑细胞,干扰中枢神经生理功能,引起记忆减退、痴呆、麻痹等症状[1-3]。联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)早在20世纪就将铝作为食品污染物并加以严格控制。食品添加剂联合委员会(JECFA)在2011 年规定人每周铝的最大摄入量为2 mg·kg－1。木耳作为常见食用菌,富含多种对人体有益的蛋白质、氨基酸、粗纤维和矿物元素等,具有很高的营养价值。木耳会通过生长代谢活动富集金属元素,其中有益金属元素可促进木耳生长,增加其营养价值,而毒性金属元素会通过食物链影响人体健康[4]。目前,关于木耳中金属元素的研究已有不少[5-9],但主要集中于常量元素以及铅、砷、镉、汞等常见毒性元素。国家标准GB/T 6192－2019《黑木耳》和GB 2762－2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》均没有对木耳中铝作出限量要求。铝作为地壳中含量最高的金属元素,因此不论从了解木耳中铝富集现状,提升木耳质量,还是从评价木耳食用安全性,降低人体日常铝暴露风险方面考虑,准确测定木耳中的铝含量都具有重要意义。

目前国内食品中铝含量测定的主要依据为GB 5009.182－2017《食品安全国家标准 食品中铝的测定》[10],所用分析方法有分光光度法、石墨炉原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)。但分光光度法所需试剂较多,前处理繁琐,耗时长;原子吸收光谱法只能进行单元素测定,分析较慢,不适合大批量样品的分析。ICP-MS 和ICP-AES 测定金属元素时都具有灵敏度高、线性范围宽、稳定性好、分析快速等优点,但在测定铝含量较高的样品时,ICP-MS往往需要稀释,不然会存在严重的基体效应。不同种类食品间铝含量差别很大,一般而言,植物源性食品中的铝含量普遍高于动物源性食品中的。植物会吸收土壤中以原硅酸、硅酸盐等形式存在的硅,并通过蒸腾作用转移到体内各部,主要沉积于木质化细胞壁中。当处理植物源性样品时,这些含硅物质很难被硝酸溶解,且能吸附多种金属离子,导致铝测定结果偏低[11]。鉴于此,本工作以氢氟酸、硝酸和过氧化氢溶液的混合溶液作为消解体系,以微波消解法进行前处理,ICP-AES测定木耳中铝的含量,以期为实际样品的分析提供技术支撑。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Optima 8000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪;ETHOS UP型微波消解仪。

铝标准溶液:1 000 mg·L－1。

铝标准储备溶液:取铝标准溶液5 mL 置于50 mL容量瓶中,用2%(体积分数,下同)硝酸溶液稀释,配制成100.0 mg·L－1的铝标准储备溶液。

铝标准溶液系列:取适量铝标准储备溶液,用2%硝酸溶液逐级稀释为质量浓度分别为0,0.5,1.0,2.0,5.0,8.0,10.0 mg·L－1的铝标准溶液系列。

生物成分分析标准物质GBW 10011(小麦)、GBW 10012(玉米)、GBW 10014(圆 白 菜)、GBW 10018(鸡肉)、GBW 10019(苹果);硝酸、氢氟酸为优级纯;30%(质量分数,下同)过氧化氢溶液为超级纯;试验用水为一级水。

10个木耳样品收集于超市、农贸市场等流通领域,经粉碎机粉碎后用密封袋保存备用。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 微波消解条件

功率1 800 W,控制温度120 ℃,升温时间5 min,保持时间2 min;功率1 800 W,控制温度160 ℃,升温时间5 min,保持时间2 min;功率1 800 W,控制温度200 ℃,升温时间10 min,保持时间30 min。

1.2.2 ICP-AES条件

射频功率1 150 W;等离子气流量15 L·min－1,雾化气流量0.65 L·min－1,辅助气流量0.5 L·min－1;蠕动泵转速35 r·min－1;轴向观测;检测波长396.152 nm。

1.3 试验方法

取0.250 0 g烘干后的木耳样品于微波消解管中,加入5 mL 硝酸、1 mL 30%过氧化氢溶液和0.5 mL氢氟酸,加盖后放置过夜。次日放入微波消解仪中,按照1.2.1节微波消解条件进行消解。消解完成后打开罐盖排气,用少量水冲洗内盖,将消解管放入赶酸器中赶酸至溶液近干。冷却后将消解液转移至25 mL容量瓶中,用2%硝酸溶液洗涤消解管3次,合并洗涤液于容量瓶中并用2%硝酸溶液稀释至刻度,混匀后按照1.2.2节仪器工作条件测定。同时做试剂空白试验。

2 结果与讨论

2.1 消解条件的选择

2.1.1 消解体系

分别采用硝酸-氢氟酸、硝酸-高氯酸-氢氟酸以及硝酸-过氧化氢-氢氟酸等3种消解体系消解木耳样品,并通过观察消解液状态和其中残留物来评价消解效果。结果显示:硝酸-氢氟酸消解体系所得消解液呈浅黄绿色,其中有少量絮状沉淀,消解效果欠佳;硝酸-高氯酸-氢氟酸和硝酸-过氧化氢-氢氟酸等两种消解体系均可将木耳样品消解完全,但是硝酸-高氯酸-氢氟酸消解体系中铝的空白值要高于硝酸-过氧化氢-氢氟酸消解体系的。因此,试验选择采用硝酸-过氧化氢-氢氟酸消解体系处理木耳样品。

2.1.2 消解体系中氢氟酸的影响

分别以硝酸-过氧化氢和硝酸-过氧化氢-氢氟酸作消解体系,考察了消解体系中氢氟酸对10个木耳样品中铝测定的影响。结果显示,不添加氢氟酸时的测定值低于添加氢氟酸时的。在99%置信度下对两种消解体系所得结果进行t检验,所得t值(20.823)大于临界值t9,0.01(3.25),说明两种消解体系所得结果存在显著性差异。继续采用这两个消解体系消解GBW 10011、GBW 10012、GBW 10014、GBW 10019等4种生物成分分析标准物质,所得铝测定结果见表1。

表1 添加氢氟酸前后标准物质中铝的测定值Tab.1 Determined results of aluminum in standard materials before and after adding hydrofluoric acid

由表1可知:不加氢氟酸时,标准物质中铝的测定值均小于认定值;添加氢氟酸后,测定值均在认定值的不确定度范围内,进一步说明了添加氢氟酸的必要性。这是由于硝酸-过氧化氢消解体系很难使样品中硅化合物吸附的铝彻底消解游离出来,导致测定结果偏低,而氢氟酸与硅化合物反应会形成易挥发的四氟化硅,残留的氢氟酸可以通过赶酸被彻底赶净,从而得到理想的测定结果。

2.1.3 消解酸用量

在考察消解体系用量时发现:其中的硝酸用量为5 mL时即可达到较好的消解效果,继续增加用量,则会延长赶酸时间;过氧化氢在消解过程中产生的氧有利于分解复杂有机质,但同时会增大消解管内部压力,其用量不宜过多,当硝酸和30%过氧化氢溶液的体积比为5∶1时,消解效果较好;氢氟酸对电感耦合等离子体原子发射光谱仪的雾化器和雾化室有极强腐蚀性,其用量不宜过多,且在赶酸过程中必须赶净,因此试验选择添加氢氟酸的用量为0.5 mL,并在消解完成后选择用赶酸器将消解液赶至近干,以确保氢氟酸被彻底赶净。

2.1.4 消解温度

在选择消解温度时发现,消解温度在200,210 ℃时的消解效果几乎相同,因此试验选择的消解温度为200 ℃。

2.2 干扰试验

以1.0 mg·L－1的铝标准溶液为待测对象,试验考察了木耳中常见易电离元素钾、钠、钙、镁对铝测定的干扰情况。结果显示,当相对误差的绝对值不大于5.0%时,100 倍的K＋和Na＋,200 倍的Ca2＋和Mg2＋均不干扰铝的测定。

2.3 稀释剂硝酸溶液体积分数的选择

硝酸的体积分数对溶液的黏度、表面张力等物理性质有很大影响。硝酸溶液体积分数不合适时,会产生密度效应,减少样品溶液进入等离子体的量、降低气溶胶的传输速率、降低进入等离子体气溶胶中分析元素的含量和抑制铝元素信号强度[12]。因此,试验考察了硝酸溶液体积分数为0.5%～5%时对1 mg·L－1铝标准溶液中铝发射强度的影响。结果表明:当硝酸溶液体积分数大于3%时,等离子体发射强度随硝酸溶液体积分数增加而降低,样品空白随着硝酸溶液体积分数增加而增加;当硝酸溶液体积分数不大于3%时,硝酸溶液体积分数对铝发射强度影响不大。考虑到硝酸对整个仪器管路的影响,试验选择2%硝酸溶液作稀释剂。

2.4 标准曲线、检出限和测定下限

按照1.2.2节ICP-AES条件分析铝标准溶液系列,以铝的质量浓度为横坐标,其对应的发射强度为纵坐标绘制标准曲线。结果显示,铝标准曲线的线性范围在10.0 mg·L－1以内,线性回归方程为y＝1.023×106x＋7.533×103,相关系数为0.999 9。

按照试验方法重复测定试剂空白11次,计算发射强度的标准偏差,分别以3倍、10倍标准偏差对应的质量浓度作为检出限和测定下限,所得结果分别为5.9,19.7μg·L－1。

2.5 精密度和回收试验

按照试验方法对GBW 10011、GBW 10012、GBW 10018、GBW 10019等4种生物成分分析标准物质平行测定6 次,计算测定值的相对标准偏差(RSD),所得结果分别为4.8%,4.0%,6.1%,8.5%,符合成分分析要求。

分别 在GBW 10011、GBW 10018 和GBW 10019等3种生物成分分析标准物质中加入2个不同浓度水平的铝标准溶液,按照试验方法测定,计算回收率,结果见表2。

表2 回收试验结果Tab.2 Results of test for recovery

由表2可知,铝回收率为89.0%～97.3%,说明铝含量测定结果可靠。

2.6 样品分析

按照试验方法分析10个木耳样品,发现不同木耳样品中铝的质量分数(203～305 mg·kg－1)相差很大,可能和木耳生长环境、栽培基质、栽培技术等因素有关。

本工作以硝酸-过氧化氢-氢氟酸混合溶液消解木耳样品,用ICP-AES对消解液中的铝含量进行测定,方该法检出限低、精密度和准确度高,可为木耳中铝含量的准确测定以及木耳的相关质量控制提供思路。