曲拉通X-100稀释直接进样-石墨炉原子吸收光谱法测定牛奶中的铅

(江西省食品检验检测研究院,南昌 330001)

牛奶作为高蛋白低脂肪的健康营养食品,含有多种人体必需的氨基酸和丰富的矿物质元素,已经成为现代家庭饮食中必不可少的食品之一[1-2]。然而,近些年来我国牛奶质量安全事故频发,比如2008年中国奶粉中三聚氰胺污染事件[3]和2012年爆出的“皮革奶”事件[4],严重打击了消费者的信心,这非常不利于我国乳及乳制品行业的发展。此外,随着环境污染的加剧,重金属(如铅等)对农副产品的污染问题也越发受到关注[5-6]。人在食用铅过量的牛奶后,其神经系统、肾脏、血液、心血管和生殖功能乃至身体发育等均可能受到一定的影响[7-9]。因此,GB 2762－2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》规定,生乳、巴氏杀菌乳、灭菌乳、发酵乳和调制乳中铅的限量为0.05 mg·kg－1。

常规方法测定重金属铅之前要对样品进行消解(包括湿法消解、干法消解、微波消解和压力罐消解等[10-12]),但是消解过程存在步骤繁琐、耗时较长、易被污染等问题。曲拉通X-100是一种非离子表面活性剂,在水中不会解离且稳定性高,广泛应用于生物和化学相关领域[13-18],据此,本工作建立了曲拉通X-100稀释直接进样-石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)用于牛奶样品中铅快速测定的方法,以期为牛奶中重金属含量的监控提供技术参考。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Pin AAcle 900T 型原子吸收光谱仪,配铅空心阴极灯和带端盖的石墨管;QUINTIX124-1CN 型电子天平;Vortex-2 Genie 型旋涡混匀器;KQ-300VDE型超声波清洗器;Synergy型纯水机。

铅标准溶液:1 000 mg·L－1。

曲拉通X-100稀释液:0.20 g·L－1,在适量水中加入2.00 mL硝酸和0.200 g曲拉通X-100,混合均匀后,用水定容至1 000 mL。

铅标准中间液1:10.0 mg·L－1,移取0.50 mL铅标准溶液,用1%(体积分数,下同)硝酸溶液定容至50.0 mL。

铅标准中间液2:1.0 mg·L－1,移取5.00 mL铅标准中间液1,用1%硝酸溶液定容至50.0 mL。

铅标准使用液1:24.0μg·L－1,移取1.20 mL铅标准中间液2,用1%硝酸溶液定容至50.0 mL。

铅标准使用液2:4.00μg·L－1,移取0.20 mL铅标准中间液2,用1%硝酸溶液定容至50.0 mL。

基质匹配标准溶液系列1:分别取0,4,8,12,16μL的铅标准使用液1,用仪器的自动稀释配制功能将其稀释配制成0,6.00,12.00,18.00,24.00μg·L－1基质匹配标准溶液系列,其中曲拉通X-100 稀释液用量分别为32,12,8,4,0μL,牛奶样品用量分别为0,16,16,16,16μL。

基质匹配标准溶液系列2:分别取0,4,8,12,16μL铅标准使用液2,用仪器的自动稀释配制功能将其稀释配制成0,1.00,2.00,3.00,4.00μg·L－1基质匹配标准溶液系列,其中曲拉通X-100稀释液用量分别为32,12,8,4,0μL,牛奶样品用量分别为0,16,16,16,16μL。

氩气纯度不小于99.999%;曲拉通X-100、磷酸二氢铵为分析纯;硝酸为优级纯;硝酸钯纯度约为40%;试验用水为二次去离子水。

试验所用的玻璃容器在使用前均需用20%(体积分数,下同)硝酸溶液浸泡过夜,用水清洗干净后烘干备用。

1.2 仪器工作条件

铅元素分析波长283.31 nm;光谱通带宽度0.7 nm;灯电流10 mA;载气为氩气;塞曼背景校正;石墨炉升温程序见表1。基体改进剂为0.20 g·L－1硝酸钯溶液,由仪器自动进样器在线加入,进样体积为5μL。

表1 石墨炉升温程序Tab.1 Program of temperature elevation of graphite furnace

1.3 试验方法

称取1.000 g牛奶样品于10 mL 比色管中,用曲拉通X-100稀释液定容至10.0 mL。涡旋3 min混合均匀,超声5 min,得到稳定的悬浮液,按照仪器工作条件测定其中的铅含量。

2 结果与讨论

2.1 稀释液中曲拉通X-100和硝酸用量的选择

曲拉通X-100稀释液中的硝酸可以使铅离子保持稳定,曲拉通X-100 可以使样品溶液保持稳定。因此,试验考察了曲拉通X-100稀释溶液中曲拉通X-100的质量浓度分别为0,0.01,0.05,0.10,0.20,0.50,1.00,2.00,5.00 g·L－1,硝酸的体积分数分别为0,0.05%,0.10%,0.20%,0.40%,0.60%,0.80%,1.00%时对铅吸光度的影响,试验结果见图1。

图1 曲拉通X-100的质量浓度和硝酸的体积分数对铅测定的影响Fig.1 Effect of mass concentration of Triton X-100 and volume fraction of nitric acid on determination of lead

由图1可知:当不加曲拉通X-100时,吸光度较低;随着曲拉通X-100质量浓度的增大,铅的吸光度先升高再降低再略微升高;当曲拉通X-100浓度为0.20 g·L－1时,铅的吸光度达到最大,这是由于当曲拉通X-100的质量浓度为0.20 g·L－1时,已达到其临界胶束浓度(CMC,0.18 mmol·L－1[19-20]),样品溶液的表面张力最低,分散比较完全,悬浮液比较稳定;再继续增大其质量浓度,样品悬浮液气泡较多,样品的流动性与均一性变差。

当稀释液中没有硝酸时,铅的谱峰峰形很差,吸光度也较小;随着硝酸溶液体积分数增大,铅的峰形得到很大改善,吸光度也逐渐增大;在硝酸体积分数为0.60%时达到最大;但是,当硝酸体积分数超过0.20%时,牛奶会发生变性产生黄色油状沉淀,且这种沉淀随着硝酸体积分数的增大而增多,不利于样品的稳定测定。

因此,试验选择曲拉通X-100稀释液中曲拉通X-100的质量浓度为0.20 g·L－1、硝酸的体积分数为0.20%。

2.2 基体改进剂及其用量的选择

由于牛奶样品基体复杂,测试时干扰严重,应在上机测定时加入基体改进剂,以减小基体对铅测定的干扰。试验考察了磷酸二氢铵和硝酸钯这两种基体改进剂对铅测定的影响,结果见图2。

图2 基体改进剂对铅测定的影响Fig.2 Effect of matrix modifier on determination of lead

由图2可知:当不使用基体改进剂时,谱峰峰高较低,灵敏度较低,且出峰时间提前,推断与铅挥发有关;使用磷酸二氢铵和硝酸钯作为基体改进剂时,两者得到的铅的峰形相差不大,但采用硝酸钯时,铅的出峰时间靠后,有利于基质复杂牛奶样品中铅的测定。因此,试验选择硝酸钯作为基体改进剂。

试验还考察了硝酸钯质量浓度分别为0,0.05,0.10,0.20,0.40,0.60,0.80,1.00,2.00,5.00 g·L－1时对铅吸光度的影响,结果见图3。

由图3可知:当硝酸钯质量浓度为0.20 g·L－1时,铅的吸光度最大;继续增大其质量浓度,铅的吸光度变化较小,但铅的峰形会变宽。故试验选择硝酸钯质量浓度为0.20 g·L－1。

2.3 灰化温度的选择

图3 硝酸钯质量浓度对铅测定的影响Fig.3 Effect of mass concentration of palladium nitrate on determination of lead

在不引起待测元素损失的前提下,合适的灰化温度不仅可使样品完全灰化,还能降低测试背景。试验考察了灰化温度分别为500,600,700,800,900,1 000 ℃时对铅测定的影响,不同温度下,吸光度随时间变化的结果见图4。

图4 灰化温度对铅测定的影响Fig.4 Effect of ashing temperature on determination of lead

由图4可知:随着灰化温度升高,铅的出峰时间提前;当灰化温度为900 ℃时,吸光度最高,铅峰趋向正态分布,且出峰时间较合适。综合考虑,试验选择灰化温度为900 ℃。

2.4 标准曲线和检出限

按照仪器工作条件对基质匹配标准溶液系列进行测定,以铅的质量浓度为横坐标,其对应的吸光度为纵坐标绘制标准曲线,铅的质量浓度分别在1.00～4.00μg·L－1和6.00～24.00μg·L－1内呈线性关系,线性回归方程分别为y＝1.700×10－3x和y＝1.680×10－3x,相关系 数分别 为0.997 4,0.999 6。

按照仪器工作条件对样品空白平行测定11次,以3倍标准偏差(s)计算检出限(3s),所得结果为1.90μg·kg－1。

2.5 精密度和回收试验

按照试验方法对牛奶样品进行了4个浓度水平的加标回收试验,每个浓度水平测定5次,计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD),试验结果见表2。

表2 精密度和回收试验结果(n=5)Tab.2 Results of tests for precision and recovery(n=5)

由表2 可知:铅的回收率为97.2%～102%,RSD 为1.5%～13%,结果完全符合国家标准GB/T 27404－2008《实验室质量控制规范 食品理化检测》附录F中关于回收率和实验室内变异系数的规定,说明方法具有较好的准确度和精密度。

2.6 样品分析

按照试验方法对在当地采购的8款牛奶样品进行测定,每款样品平行测定5 次,并与 GB 5009.268－2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》第一法[微波消解法进行前处理、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)进行测定]结果通过t检验法(置信度为90%)进行了比对,结果见表3。

表3 样品分析结果Tab.3 Analytical results of samples

由表3可知:8款牛奶样品中铅的质量分数测定值都远低于国家标准GB 2762－2017规定的限量(0.05 mg·kg－1);且计算得到的t值均小于t0.90,4(2.13),说明这两种方法没有显著性差异。

本工作建立了曲拉通X-100稀释直接进样-石墨炉原子吸收光谱法测定牛奶中铅含量的分析方法。该方法简单、易于操作,污染少、稳定可靠,准确度较高,对于牛奶样品或者是可直接通过曲拉通X-100稀释分散的样品中铅含量的测定具有较大的借鉴意义。