石墨炉原子吸收光谱法测定发酵香肠中的镉

戴意强，刘辉,2，刘恩岐,2，陈安徽,2，陈尚龙,2*

(1.徐州工程学院 食品(生物)工程学院，江苏 徐州 221018；2.徐州工程学院 江苏省食品资源开发与质量安全重点建设实验室，江苏 徐州 221018)

Cd不是人体必需的元素，其毒性较大，一般通过食物链进入人体，并在人体内富集，严重威胁人体健康[1,2]，众所周知的“骨痛病”就是由Cd中毒引起的[3]。因此，在食品中对Cd限量有严格的卫生标准[4]。适当的样品前处理可以有效地降低基体干扰，常用的前处理方法有干法灰化、湿法消解和微波消解。干法灰化耗时短，但操作简单，用酸量小，空白值低[5]；湿法消解用酸量大，产生大量有毒有害气体，但用时短，待测元素挥发损失小[6]；微波消解需要特殊仪器设备，消解样品量较小，但耗时短、用酸量小、空白值低[7-9]。

本试验将实验室所研制的发酵香肠作为研究对象[10-12]，采用石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)测定发酵香肠中Cd的含量[13-18]。利用单因素试验，考察各因素对Cd吸光度的影响，选出最佳的基体改进剂[19,20]，在此基础上通过正交试验确定最佳样品前处理方法、基体改进剂添加体积、灰化温度和原子化温度，建立GFAAS测定发酵香肠中Cd的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

发酵香肠：实验室研发产品。

1.000 g/L Cd标准溶液：国家化学试剂质检中心；磷酸二氢铵、浓HNO3、30% H2O2(V/V)：均为优级纯，国药集团化学试剂公司；十二烷基硫酸钠、抗坏血酸、乙二胺四乙酸、柠檬酸、酒石酸、(NH4)2SO4、Mg(NO3)2、Pd(NO3)2：均为分析纯，天津福晨化学试剂厂；18.2 MΩ·cm超纯水；氩气(纯度>99.99%)。

1.2 仪器与设备

Contra AA 700连续光源原子吸收光谱仪(配有MPE60自动进样器，简称HR-CS AAS) 德国Analytic Jena公司；XT-9900型智能微波消解仪及预处理装置、XT-9800型多用预处理加热仪 上海新拓微波溶样测试技术公司；KSL-1400X-A2 智能箱式高温炉 合肥科晶材料技术公司；220V-AC电子可调万用电炉(0～2000 W) 上海树立仪器仪表公司；FA-2004B电子天平(精度0.1 mg) 上海越平科学仪器公司；CascadaTM智能实验室超纯水系统 美国颇尔公司。

1.3 方法

1.3.1 发酵香肠工艺流程

原料肉处理(肥瘦分割)→腌制→绞肉→加入发酵剂→灌肠(包括结扎和排气)→发酵→干燥→成熟→贮藏。

1.3.2 仪器工作参数

HR-CS GFAAS测定Cd工作参数：分析谱线为228.8018 nm，载气为高纯氩气，进样体积为20 μL；Cd元素原子化过程温度参数：灰化温度、原子化温度分别为800，1500 ℃，原子化程序升温速度为1400 ℃/s；基体改进剂：10 g/L磷酸二氢铵(加入体积5 μL)。

1.3.3 基体改进剂溶液的配制

磷酸二氢铵溶液(10 g/L)：先将1.00 g磷酸二氢铵放入烧杯中，加入0.5% HNO3(V/V)充分溶解，并转移至100 mL容量瓶中，并以0.5% HNO3(V/V)定容至刻度，摇匀。

按上述方法，配制酒石酸溶液(1 g/L)、柠檬酸溶液(1 g/L)、抗坏血酸溶液(1 g/L)、十二烷基硫酸钠溶液(1 g/L)、乙二胺四乙酸(饱和溶液)、(NH4)2SO4溶液(1 g/L)、Pd(NO3)2溶液(1 g/L)、Mg(NO3)2溶液(1 g/L)。

1.3.4 标准工作曲线的配制

用0.5% HNO3(V/V)将Cd标准溶液(1.000 g/L)逐级稀释至5.00 μg/L Cd标准使用液，再将其置于MPE自动进样器中，设置5个质量浓度梯度(0.50，1.25，2.50，3.75，5.00 μg/L)。

1.3.5 样品前处理方法

干法灰化：称取1.0～1.2 g经粉碎、搅匀的发酵香肠(精确至0.1 mg)置于坩埚中，炭化至无烟后，转移至箱式高温炉中，高温灰化(500 ℃，8 h)，待灰分冷却至室温后，用1% HNO3(V/V)充分溶解，溶解液和坩埚洗涤液经过滤后转移至规格为25 mL的容量瓶中，定容至刻度，摇匀备用；同时以同样方法做空白试验。

湿式消解：取0.4～0.5 g样品(精确至0.1 mg)和10 mL混合酸(硝酸∶高氯酸为9∶1，V/V)置于具塞锥形瓶中，先振荡均匀后放置过夜，再加热消解，直至冒白烟，待消解液冷却后，用1% HNO3(V/V)洗入规格为10 mL容量瓶中，再用1% HNO3(V/V)定容至刻度，摇匀备用；同时以同样方法做空白试验。

微波消解：将0.4～0.5 g样品(精确至0.1 mg)、5 mL浓 HNO3和2 mL 30% H2O2(V/V)一起置于微波消解罐中，经轻微震荡、混匀后进行微波消解，待消解完毕后，用小火加热除酸至近干，用1% HNO3(V/V)洗入规格为10 mL的容量瓶中，定容至刻度，摇匀备用；同时以同样方法做空白试验。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 基体改进剂种类的选择

发酵香肠成分较为复杂，含有大量蛋白质、脂肪等有机成分和无机盐成分，添加适当的基体改进剂可以防止灰化过程中Cd的损失，有效地改善吸收峰形和提高Cd的吸光度。将基体改进剂种类作为试验变量，研究基体改进剂种类对Cd吸光度的影响，结果见图1。

图1 基体改进剂对吸光度的影响Fig.1 Effect of matrix modifier on absorbancy

由图1可知，不同基体改进剂对Cd的吸光度影响差异很大，其中10 g/L NH4H2PO4影响最显著。因此，试验选择10 g/L NH4H2PO4作为测定Cd的基体改进剂。

2.1.2 基体改进剂添加体积的优化

加入适量的基体改进剂可以得到稳定性和重现性更好的吸收峰。将基体改进剂添加体积作为试验变量，固定其他试验因素，利用GFAAS测定Cd的吸光度，结果见图2。

图2 基体改进剂添加体积对吸光度的影响Fig.2 Effect of matrix modifier volume on absorbancy

由图2可知，吸光度大小随基体改进剂添加体积的增大而增加，然后趋于稳定，并伴随小幅下降。当基体改进剂添加体积为5 μL时，Cd的吸光度达到最大值。

2.1.3 灰化温度的优化

灰化温度过低会使样品中基体残留，灰化温度过高会使样品中Cd元素损失，这两种情况都会影响Cd的吸光度。将灰化温度作为试验变量，固定其他试验因素，利用GFAAS测定Cd的吸光度，结果见图3。

图3 灰化温度对吸光度的影响Fig.3 Effect of ashing temperature on absorbancy

由图3可知，当灰化温度小于800 ℃时，Cd的吸光度上升明显；当灰化温度大于800 ℃时，Cd的吸光度明显下降，表明过高的灰化温度导致待测元素受到了损失。

2.1.4 原子化温度的优化

GFAAS原子化阶段的作用是产生原子蒸汽，原子化温度会影响测定的准确度和灵敏度，因此在测定Cd吸光度过程中，需要选择合适的原子化温度。将原子化温度作为试验变量，固定其他试验因素，利用GFAAS测定Cd的吸光度，结果见图4。

图4 原子化温度对吸光度的影响Fig.4 Effect of atomizing temperature on absorbancy

由图4可知，当原子化温度在1300～1600 ℃时，Cd吸光度随原子化温度升高而增加，当原子化温度大于1600 ℃时，Cd的吸光度随原子化温度的增加而缓慢下降。

2.2 正交试验设计及方差分析

在单因素试验的基础上，以前处理方法、基体改进剂添加体积、灰化温度和原子化温度为影响因素，以Cd的吸光度为指标，选用L9(34)正交表进行正交试验设计[21]，试验设计及结果见表1，对试验结果进行方差分析，结果见表2。

表1 正交试验设计及试验结果Table 1 Orthogonal experimental design and results

由表1可知，4个因素对吸光度的影响顺序为A>B>C>D，即前处理方法>基体改进剂添加体积>灰化温度>原子化温度，其中前处理方法对吸光度的影响最强，且分析最佳测定条件为A1B2C2D1。

表2 正交试验方差分析Table 2 Variance analysis of orthogonal experiment

注：F0.05(2,2)=19.00，P<0.05，*表示影响显著。

由表2可知，前处理方法对吸光度的影响显著(P<0.05)，基体改进剂添加体积、灰化温度和原子化温度对吸光度的影响不显著。

为了进一步验证正交试验结果的可靠性与重现性，在分析最佳测定条件下，重复测定6次，得到吸光度的平均值为0.1691(高于试验最佳吸光度0.1675)，RSD=3.43%。因此最佳测定条件为A1B2C2D1，即前处理方法为干法灰化，基体改进剂添加体积为5 μL，灰化温度为800 ℃，原子化温度为1500 ℃。

2.3 标准工作曲线

通过Aspect CS软件设置Cd的检测方法，使用HR-CS GFAAS进行顺序测定。以标准液所配制的Cd质量浓度为横坐标、所测定的Cd吸光度为纵坐标，利用软件绘制非线性标准工作曲线，所得方程为A=(0.0265347+0.207538×c)/(1+0.1421586×c)，相关系数为0.9979，特征质量浓度为0.04 μg/L，测定结果表明Cd的质量浓度在0.50～5.00 μg/L范围内，Cd的质量浓度与吸光度呈现良好的关系。

2.4 样品测定和回收率试验

发酵香肠经干法灰化后，在最优测定条件下平行测定6次，根据标准工作曲线，计算得出发酵香肠中Cd的平均含量为18.24 μg/kg，此含量小于国家标准(GB 2762-2012)中的限量(100 μg/kg)，RSD=3.67%。将一定量Cd的标准溶液和发酵香肠一起进行干法灰化(加标水平为20 μg/kg)，在最优试验条件下平行测定6次，计算得样品平均加标回收率为97.3%，RSD=2.86%，表明使用该方法测定发酵香肠中Cd，结果准确可靠。

3 结论

通过单因素试验，试验选择10 g/L NH4H2PO4作为测定Cd的基体改进剂，系统地分析了影响发酵香肠中Cd测定的因素；再通过正交试验，筛选出最优测定条件，即采用干法灰化进行前处理，添加基体改进剂体积为5 μL，石墨炉灰化温度和原子化温度分别800，1500 ℃；在此条件下，测定发酵香肠中Cd的含量为18.24 μg/kg，低于国家标准，加标平均回收率为97.3%，且RSD≤3.67%。

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