破乳诱导萃取-动能歧视-电感耦合等离子体质谱法测定食用植物油中的重金属镉和铅

郭文韬，王 雷，孟祥娥，王超刚，王 瑞，潘高阳

（钢研纳克检测技术股份有限公司，北京 100094）

食用植物油作为日常饮食的必需品，其质量安全直接关系到人们的身体健康。食用植物油中存在的重金属元素，特别是镉和铅容易在人体中富集。即使油中浓度较低，长时间食用也可能造成人体重金属积蓄中毒[1]。《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）[2]对各类食品中重金属元素包括镉和铅进行了限量要求。因此，准确测定食用植物油中重金属镉和铅元素的含量，对评估食用油品质及安全具有重要意义。

油脂的成分复杂，干扰因素多，因此检测其含有的低含量重金属元素一直是个难点[3]。电感耦合等离子体质谱法因具有灵敏度高、检出限低和线性范围广的优点，在重金属检测领域应用最为广泛，也是食品中低含量镉和铅元素国家主推的检测标准[4]。相应的前处理方法主要为微波消解法和压力罐消解法，其消解彻底、密封性好，但用时较长，操作烦琐。本文采用破乳诱导萃取法对样品进行前处理，先通过乳化作用将乳化剂、酸与食用植物油样品充分混合形成油包水乳状液分散加速萃取油中的重金属元素，再通过离心破乳分层，破乳后重金属元素转移到酸性水相中，最后分取水相检测[5]。该方法具有操作简便、处理时间短、减少样品污染的优点。本研究通过破乳诱导萃取法，结合动能歧视-电感耦合等离子体质谱法测定食用植物油中镉和铅元素的含量。通过优化乳化剂和硝酸的加入量，确定实验参数并用于检测各类食用植物油样品，从而实现食用植物油中镉和铅的快速、准确测定。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

氩气：纯度≥99.999%；氦气：纯度≥99.999%；超纯水：电阻率为18.25 MΩ·cm；硝酸：优级纯，经过亚沸纯化；Triton X-114：分析纯（美国阿拉丁试剂有限公司）；S-21元素标准油溶液（100 μg·mL-1），美国Conostan公司；正己烷：色谱纯，天津市康科德科技有限公司；锂、铍、钴、钇、铟、铈、铊、铋混合标准储备溶液（质量浓度100 μg·mL-1），钢研纳克检测技术股份有限公司；镉、铅、铑、铼单元素标准储备溶液（1000 μg·mL-1），钢研纳克检测技术股份有限公司。

PlasmaMS 300电感耦合等离子体质谱仪（钢研纳克检测技术股份有限公司）；Cetac Omnipure亚沸纯化系统（CETAC Technologies）；VM-300S涡旋混匀器（JOANLAB）；TG1650-WS高速离心机（BIORIDGE）；M6微波消解仪（上海屹尧分析仪器有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理

准确称取2.00 g（精确至0.0001 g）油样至15 mL离心管中。然后加入2 mL Triton X-114酸溶液，上涡旋混匀器3000 r·min-1充分混匀10 min形成水包油乳液。然后将混匀的样品使用高速离心机10000 r·min-1离心15 min，充分破乳分层。上层为有机相，主要包括油脂和Triton X-114，下层主要为萃取待测元素的酸溶液。使用长针头注射器小心抽取下层酸溶液，分取1.0 mL抽取的酸溶液至10 mL容量瓶中用5%硝酸定容，配制稀释因子为10的试样溶液，随同样品做空白试验和微波消解方法对照试验。

1.2.2 溶液的配制

①质谱调谐液（1.0 ng·mL-1）：由锂、铍、钴、钇、铟、铈、铊、铋混合标准储备溶液（100 μg·mL-1）用5%（V/V，下同）硝酸逐级稀释制得。②镉、铅混合标准溶液Ⅰ（100.0 ng·mL-1）：由各元素标准储备溶液（1000 μg·mL-1）用5%硝酸逐级稀释制得；镉、铅混合标准溶液Ⅱ（1.0 ng·mL-1）：由镉、铅混合标准溶液Ⅰ用5%硝酸稀释制得。③铑、铼混合标准溶液（10.0 ng·mL-1），由各元素标准储备溶液（1000 μg·mL-1）用5%硝酸逐级稀释制得。④萃取液（Triton X-114酸性溶液）：称取一定质量（0.5～7.5 g）的Triton X-114，充分溶解在30 mL超纯水中，再加入一定体积（0～7.5 mL）的硝酸，最后用超纯水定容到50 mL。⑤油标稀释液Ⅰ（100.0 ng·mL-1）：由S-21元素标准油溶液用正己烷稀释制得。

1.2.3 系列标准溶液的配制

准确移取0 mL、0.10 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL和5.00 mL镉、铅混合标准溶液Ⅰ于7个100 mL容量瓶中，用5%硝酸定容，混匀，得到镉、铅质量浓度依次为0、0.1 ng·mL-1、0.2 ng·mL-1、0.5 ng·mL-1、1.0 ng·mL-1、2.0 ng·mL-1和5.0 ng·mL-1的系列标准溶液。

1.2.4 校准曲线绘制

在线引入10.0 ng·mL-1的铑、铼混合内标溶液，待仪器运行稳定后，在选定条件下，测定镉、铅系列标准溶液。本实验以系列标准溶液中待测元素的质量浓度为横坐标，以信号强度与对应内标信号强度比值为纵坐标，绘制校准曲线，元素校准曲线的相关系数均在0.9990以上。以镉、铅校准曲线测定稀释因子为10的试剂空白溶液和试样溶液中镉、铅质量浓度。

1.3 仪器工作条件

仪器点火后，使用1.0 ng·mL-1质谱调谐液调整仪器各项指标，使仪器的灵敏度满足氧化物产率和双电荷产率均低于2%。调整优化碰撞气流量，选择优化后的仪器参数见表1。

表1 电感耦合等离子体质谱法仪器参数

2 结果与分析

2.1 Triton X-114的浓度

与表面活性剂Triton X-100相比，Triton X-114制备的乳化剂具备更短的破乳用时，说明Triton X-114更适合于破乳诱导萃取工艺[6]。本试验选用Triton X-114，在保持萃取液中硝酸浓度5%不变的前提下通过改变表面活性剂加入量，得到Triton X-114质量浓度分别为0.01 g·mL-1、0.02 g·mL-1、0.05 g·mL-1、0.10 g·mL-1和0.15 g·mL-1的萃取液。将油标稀释液Ⅰ按实验方法称重萃取，然后检测不同Triton X-114浓度下萃取的镉和铅信号强度，以各强度值与最大信号比值作为萃取率，结果如图1所示。

图1 表面活性剂Triton X-114质量浓度对食用植物油中镉和铅元素萃取率的影响

由图1可知，在加入质量浓度为0.01 g·mL-1的Triton X-114后，萃取率达到0.85以上，说明表面活性剂只是用于促进油包水乳液的形成，从而提高萃取剂和分析物的接触[5]。当Triton X-114质量浓度为0.01 g·mL-1至0.10 g·mL-1时，萃取率随着Triton X-114质量浓度的增加而增加；当表面活性剂质量浓度大于0.10 g·mL-1时，萃取率无明显变化。这是因为提高表面活性剂的浓度，形成的乳液更加稳定，进而提高元素的萃取效率，但浓度过高形成的稳定乳液需要更长的破乳时间[7]。试验选取Triton X-114溶液的最佳质量浓度为0.10 g·mL-1，此时镉和铅的萃取率最高。

2.2 硝酸浓度

制备的萃取液以硝酸作为萃取溶剂，主要是为了充分萃取油中的镉和铅元素。试验考察了萃取液中Triton X-114质量浓度为0.10 g·mL-1时，硝酸的体积分数变化对镉和铅萃取率的影响，结果如图2所示。当硝酸体积分数≤5%时，萃取率随硝酸体积分数的增加而增加；当硝酸体积分数＞5%时，铅元素的萃取率则随硝酸体积分数的增加而降低，镉元素萃取率在小幅度提高后快速降低。这可能是由于较浓的硝酸具有强氧化性，导致样品和表面活性剂出现一定氧化分解，对电感耦合等离子体质谱法的测试产生基体干扰[8]。因此，综合选择萃取液中硝酸体积分数为5%。

图2 硝酸体积分数对萃取食用植物油中镉和铅萃取率的影响

2.3 质谱干扰的消除

2.3.1 同位素与测定模式

测定食用植物油破乳诱导萃取酸性水样中的镉和铅时主要考虑残留的少量油脂引入的碳和测试过程中引入的氩、氧、氢等元素可能带来的多原子离子干扰。在测定中，具有多个同位素的元素，一般按照丰度大、干扰小、灵敏度高的原则选择同位素。如镉元素，112Cd+和114Cd+具有显著的丰度优势，但考虑到112Cd+易受到112Sn+、1H111Cd+等离子干扰，114Cd+易受到等114Sn+、1H113Cd+等离子干扰，试验选择干扰较小的111Cd+作为镉的测量同位素；由于铅元素的3个主要同位素是放射性衰变产物，不同来源的铅元素很可能具有不同的同位素丰度，所以测定时选择丰度最大的208Pb作为铅的测量同位素，同时引入校正方程208Pb+=206Pb++207Pb++208Pb+对测试结果进行校正[9]。为进一步消除多原子离子可能带来的质谱干扰，实验时通入高纯氦气作为碰撞气在动能歧视模式下进行元素测定。

2.3.2 氦气流速

在动能歧视模式中，影响工作性能的最关键因素是碰撞气流速的大小，其直接决定了电感耦合等离子体质谱法消除干扰的能力以及111Cd+和208Pb+的灵敏度。流速过低则干扰消除较差；流速过高则消除干扰的同时严重降低分析元素信号强度，导致灵敏度偏低[10]。选择标准空白溶液和1.0 ng·mL-1的镉、铅混合标准溶液Ⅱ为试验对象，检测在不同氦气流量下111Cd+、208Pb+信号强度，并计算背景等效浓度（Background Equivalent Concentration，BEC），考察氦气流速对BEC的影响，结果如图3所示。当氦气流量为4.0 mL·min时，111Cd+、208Pb+的BEC值较低且兼顾标准溶液信号较高，实验选择氦气流速为4.0 mL·min-1。

图3 不同氦气流速对Cd、Pb元素背景等效浓度的影响

2.4 校准曲线和检出限

采用10 ng·mL-1的103Rh、187Re内标溶液校正基体效应，按照实验方法对系列标准溶液进行测定，以待测元素的质量浓度为横坐标，待测元素与内标溶液响应值比值为纵坐标绘制标准工作曲线，各元素相关系数均在0.9990以上，线性关系较好。连续测定空白溶液11次，以3倍标准偏差计算各元素检出限，10倍标准偏差计算各元素的定量限。校准曲线的线性方程、线性范围、相关系数、检出限和定量限见表2。

表2 校准曲线的线性方程、相关系数、方法检出限和定量限

2.5 方法精密度和加标回收率

按照建立的方法对食用植物油样品中镉、铅元素平行测定6次，计算测定结果的平均值和相对标准偏差（Relative Standard Deviation，RSD），并加入不同体积油标稀释液Ⅰ进行加标回收试验；同时采用标准《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》（GB 5009.268—2016）推荐的方法进行方法对照试验，结果见表3。由表3可以看出，镉、铅元素测定结果的RSD（n=6）分别为3.1%和2.3%，加标回收率分别为94%和105%。运用t检验分析实验方法结果与标准方法结果，结果表明两种方法之间无统计学差异（P＞0.05）[11]，这说明所建立的破乳诱导萃取-动能歧视-电感耦合等离子体质谱法准确、可靠。

表3 样品中Cd、Pb元素的测定结果和加标回收率

2.6 实际样品分析

采用本实验优化后的方法对市售的3种常见食用植物油（菜籽油、葵花子油、花生油）进行成分分析，所有样品平行测定6次，结果见表4。3种食用植物油中铅、镉元素含量均在GB 2762—2022标准要求范围内，符合食品安全要求。

表4 不同食用植物油中镉和铅的分析结果

3 结论

本研究采用破乳诱导萃取-动能歧视-电感耦合等离子体质谱法测定食用植物油中的重金属镉和铅。方法准确度和灵敏度高、检出限低，与标准方法相比，油性样品前处理简便快速，测试结果一致性高。