超声辅助提取-氢化物原子荧光光谱法测定香辛料中的铅

张寒霜,赵发，韩晓晓，董瑞，于文江，高喜凤，刘艳明*

(1.山东省食品药品检验研究院，济南 250101；2.山东省食品药品安全检测工程技术研究中心，济南 250101)

香辛料是干的植物种子、果实、根、树皮做成的调味料，例如胡椒、丁香、肉桂、桂皮等，是烹饪和食品工业中不可或缺的调味品，主要有调香、调味、调色等作用[1-4]。近几十年来，随着城市化建设和城镇化的发展，带来越来越多的化学污染，严重影响生态环境。重金属污染是环境污染的一种，铅是典型的重金属污染。铅是一种有害的蓄积性重金属，通过血液侵入大脑神经组织,造成供氧不足，脑组织损伤，严重者可能导致终身残废[5-6]。由于工业三废、城市垃圾、含铅农药和化肥的滥用，铅被释放到土壤、水和空气中，植物通过吸收受污染的土壤、水及暴露于受污染环境的植物表面的污染物和沉积物等途径导致重金属污染。在收获、生产、运输和市场营销期间，铅可以沉积在香辛料的表面，导致香辛料铅的污染[7-8]。

铅含量的检测方法主要有石墨炉原子吸收光谱法[9-10]、电感耦合等离子体质谱法[11-12]、原子荧光光谱法[13]等。石墨炉原子吸收光谱法对于基体复杂样品较难达到满意结果，需要使用复杂的基体改进剂[14]。电感耦合等离子体质谱法容易造成基质干扰，虽然目前可以通过干扰元素分离、溶液稀释来降低基体对测定结果的影响，但检测成本昂贵，对实验人员技术要求严格。氢化物原子荧光光谱法是通过检测待测物中铅的荧光值来测定其含量，其操作简单快速，抗基质干扰能力强，检测成本低。

原子荧光测定铅的基本原理：在酸性条件下，铅与硼氢化钾反应生成挥发性铅烷(PbH4)进入原子化器中原子化，然后通过空心阴极灯的照射，铅原子由基态激发至高能态，在瞬间又回到基态时，发射出特征波长的荧光，其荧光强度与铅含量成正比[15]。铅烷的生成过程对检测有决定性作用，介质的酸度直接影响铅含量的测定。目前，香辛料中铅的提取方法主要有微波消解法、高压消解、湿法消解[16]、干法等。其中干法提取样品不仅费时、费力，还容易造成铅的损失，高压消解法和微波消解法的前处理时间不仅长，而且在赶酸的过程中不容易控制消化液中的酸度，进而影响铅测量时的准确性[17]。

本研究采用超声辅助提取法提取香辛料中的铅，前处理方法操作简单、快速，能够避免基质的影响，抗干扰能力强，精密度和准确度良好。该方法对香辛料中铅含量的监测提供了参考方法，对评价其食用安全性具有重要意义。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

AFS-9230原子荧光光度计 北京吉天仪器有限公司；电子天平 梅特勒-托利多公司；HAF-2型铅空心阴极灯 北京有色金属研究总院；KQ-800DE型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；离心机 德国Sigma公司；酸纯化仪 美国CEM公司；超纯水机 美国Milli-Q公司。

实验所用试剂的纯度均为优级纯，其中硝酸是经酸纯化仪纯化后的硝酸，实验所用水均为超纯水。铅标准溶液：100 mg/L，中国计量科学研究院；铁氰化钾：AR，国药试剂；硼氢化钾、氢氧化钠：GR，国药试剂。

还原剂溶液(10 g/L)：称取10 g氢氧化钠于100 mL干净的小烧杯内，加入50 mL超纯水，溶解，再加入10 g硼氢化钾，溶解完全后，再加入10 g铁氰化钾，然后将溶液转移到1000 mL的容量瓶内，超纯水定容并摇匀。

载流1%的硝酸：于1000 mL的容量瓶中加入10 mL纯化后的硝酸，用超纯水定容，摇匀。

0.5%硝酸溶液：于1000 mL的容量瓶中加入5 mL纯化后的硝酸，用超纯水定容，摇匀。

铅标准中间液(0.1 mg/L)：准确吸取1 mL铅标准储备溶液(1000 mg/L)转移至1000 mL容量瓶中，超纯水定容，混匀。

1.2 仪器工作条件

光电倍增管负高压270 V，铅空心阴极灯电流80 mA，原子化器高度8 mm，氩气载气流量400 mL/min，氩气屏蔽气流量 800 mL/min，延迟时间1 s，读数时间7 s，测量方式标准曲线法。

1.3 标准溶液曲线配制

分别吸取铅标准中间液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，标准系列浓度分别为 0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 ng/mL。

1.4 样品前处理

样品经高速粉碎机粉碎均匀，称取0.5 g(精确至0.0001 g)样品，加入25 mL 1.5%的硝酸于50 mL的离心管内，40 ℃超声60 min，然后以8000 r/min离心，过滤，将滤液稀释至硝酸的酸度为0.5%，上机测定。

2 实验结果与讨论

2.1 前处理条件的优化

2.1.1 提取液酸度的影响

分别用0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%的硝酸超声提取样品，考察提取液酸度对样品中铅测定的影响，加标量为0.3 mg/kg，加标回收率结果见图1。

图1 不同酸度对加标回收率的影响Fig.1 Effect of extraction acidity on the recovery rates

由图1可知，在提取酸度为0.5%～1.5%时，样品的回收率随着酸度的增加而增加，当酸度大于1.5%时，加标回收率均大于90%，最终选取1.5%(V/V)的硝酸为提取溶剂。

2.1.2 超声温度的影响

选取超声温度为20，30，40，50，60，70 ℃，考察超声温度对样品中铅测定的影响，加标量为0.3 mg/kg，加标回收率结果见图2。

图2 超声温度对加标回收率的影响Fig.2 Effect of ultrasonic temperature on the recovery rates

由图2可知，超声温度在30～40 ℃时，随着提取温度升高，加标回收率增加，当温度超过40 ℃时，回收率在98.8%～103.7%。所以，本实验选取提取温度为40 ℃。

2.1.3 超声时间的影响

选取超声时间分别为10，20，30，40，50，60，70，80 min，考察超声时间对样品中铅测定的影响，加标量为0.3 mg/kg，加标回收率结果见图3。

图3 超声时间对加标回收率的影响

由图3可知，在10～60 min范围内，随着超声时间的增长，加标回收率逐渐增加，当超声时间为70～80 min时，回收率在95.7%～98.7%，综合考虑，本实验选取超声时间为60 min。

2.2 仪器条件的优化

氢化物-原子荧光光谱法测定铅时，酸度会影响氢化物的生成，铁氰化钾可以提高形成铅烷的效率。从上机液酸度、载流酸度和铁氰化钾浓度3个方面对实验方法进行优化。

2.2.1 上机液酸度的选择

用0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%的硝酸浓度配制标液，通过精密度(标准曲线线性系数)和灵敏度(5.0 ng/mL铅标准溶液荧光值)考察上机液酸度对铅测定的影响，实验结果见图4。

图4 标液中硝酸浓度对荧光信号和线性系数的影响Fig.4 Effect of the concentration of nitric acid in standard solution on fluorescent signal and linear coefficient

由图4可知，硝酸浓度在0%～0.6%范围内，随着酸度浓度的增加，检测荧光值逐渐增加，标准曲线的线性系数从0.931到0.999逐渐提高，在0.7%～1.0%范围内，随着酸度的增加，荧光值逐渐降低，线性系数逐渐变差。其中，硝酸浓度为0.5%、0.6%时，其荧光值没有明显变化，线性系数均大于0.999。综合考虑线性系数及标准溶液荧光值，选定上机液的硝酸酸度为0.5%。

2.2.2 载流酸度的影响

载流硝酸浓度对铅生成氢化物的效率有直接影响，用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%、1.6%不同浓度的硝酸载流，通过精密度(标准曲线线性系数)和灵敏度(5.0 ng/mL铅标准溶液荧光值)，考察载流酸度对铅测定的影响，实验结果见图5。

图5 载流酸度对荧光信号和线性系数的影响Fig.5 Effect of thecurrent-carrying acidity on fluorescent signal and linear coefficient

由图5可知，硝酸浓度在0%～1.0%范围内，随着硝酸浓度的增加，检测荧光值和线性系数逐渐增加，当硝酸浓度大于1.0%时，荧光值和线性系数逐渐降低。综合考虑线性系数及标准溶液荧光值，选定上机液的硝酸浓度为1.0%。

2.2.3 铁氰化钾浓度的影响

用0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%的铁氰化钾配制还原剂，通过精密度(标准曲线线性系数)和灵敏度(5.0 ng/mL铅标准溶液荧光值)，考察铁氰化钾对铅测定的影响，实验结果见图6。

图6 铁氰化钾浓度对荧光信号和线性系数的影响Fig.6 Effect of the concentration of potassium ferricyanide on fluorescent signal and linear coefficient

由图6可知，当铁氰化钾浓度为0.1%～0.6%时，铅的荧光值随着其浓度的增加而显著增加。但是在铁氰化钾的浓度高于0.6%后，铅标准溶液的荧光值未发生明显变化，标准曲线的线性系数均高于0.998。综合考虑线性系数及标准溶液荧光值，铁氰化钾的浓度选为0.6%。

2.3 方法的线性范围与检出限

在优化后的实验条件下，选用铅标准溶液浓度为0，4，8，12，16，20 μg/L，以荧光值为纵坐标、铅标准溶液浓度为横坐标建立标准曲线，其线性回归方程为y=317.9875x-120.0373，线性相关系数为0.9991。连续测定11次空白，计算标准偏差，根据检出限的公式L=KS/B(L为检出限；K=3；S为标准偏差；B为校准曲线的斜率)，方法的检出限为2.6 μg/kg。

2.4 方法的精密度试验

选用空白样品，进行低(0.05 mg/kg)、中(0.1 mg/kg)、高(0.3 mg/kg)3个水平的加标，实验结果见表1。实验结果表明，加标回收率为98.3%～108.3%，RSD为1.59%～3.52%。

表1 精密度和准确度试验结果(n=6)Table 1 The results of precision and recovery tests(n=6)

2.5 方法的准确度试验

对标准物质蒜粉(GBW10022)的铅含量进行测定，结果见表2。实验表明，该方法能够准确测定香辛料中的铅。

表2 标准物质测定结果(n=6)Table 2 The determination values of standard substances(n=6)

2.6 实际样品的检测

按照优化后的方法对咖喱粉、孜然粉、辣椒粉进行检测，每个样品测定3次，平均值结果见表3。铅的检出值为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调味粉的限量要求(<1.0 mg/kg)。

表3 样品中铅测定结果

3 结论

本研究建立了一种超声辅助提取、氢化物发生-原子荧光光谱法测定香辛料中铅的分析方法。对提取温度、时间、酸度及还原剂中铁氰化钾浓度进行优化，在最佳条件下，在0～20 μg/L具有良好的线性关系，检出限为2.6 μg/kg，在低、中、高3个水平下的加标回收率为98.3%～108.3%，RSD为1.59%～3.52%，对有证国家标准物质进行测定，检测结果在参考值范围内。本方法前处理时间短，操作简单高效，成本低，重现性好，回收率高，满足对香辛料中铅的检测要求，为香辛料中铅的测定和风险评估提供了技术保障。