石墨炉法检测螺旋藻片中铅的干扰研究及消除

张华珺，孙亮，杨玲，邬国庆（北京市药品检验所，北京102206）



石墨炉法检测螺旋藻片中铅的干扰研究及消除

张华珺，孙亮，杨玲，邬国庆*
（北京市药品检验所，北京102206）

研究分析干扰螺旋藻片中铅含量测定的影响因素，依据样品特点及基体改进剂作用机理，选择硝酸钯、硝酸镁、抗坏血酸作为基体改进剂协同使用，优化试验条件为：2 g/L硝酸钯溶液、1 g/L硝酸镁溶液与5%抗坏血酸溶液以3∶3∶4（体积比）湿法添加，灰化温度提高至1200℃，原子化温度1900℃，实现了螺旋藻片中铅含量的准确定量。

螺旋藻；石墨炉法；铅检测；干扰消除

螺旋藻分布在热带、亚热带地区。作为地球上最古老的物种之一，被人类食用已有100多年的历史。螺旋藻中的极大螺旋藻、钝顶螺旋藻两个品种允许作为保健食品的原料。螺旋藻中蛋白质含量比例较高，还含有丰富的类胡箩卜素和B族维生素及矿物质，具有较高的营养价值，近年来被广泛用于临床研究［1-2］。但有研究表明［3-4］，螺旋藻因富含多糖、蛋白质和脂类等大分子物质可以提供大量的基团吸附重金属，因而对铅具有一定程度的富集作用。而铅是人类生存环境中普遍存在的重金属，从1997年卫生部批准的第一个螺旋藻片剂保健食品开始，我国以藻类为原料的固体饮料和胶囊产品铅指标限量始终按照2.0 mg/kg的标准执行。按照GB 16740-2014《食品安全国家标准保健食品》中规定［5］，在日常监管工作中，应采用GB 5009.12-2010《食品安全国家标准食品中铅的测定》［6］石墨炉原子吸收光谱法使用磷酸二氢铵作为基体改进剂（NH4H2PO3法）测定螺旋藻保健食品中有毒重金属铅的含量，但在实际工作中我们观察试验现象，发现测定结束后石墨管的铅记忆效应增强不易消除，有残渣附着在石墨管内壁上。考虑到螺旋藻具有较大的比表面积因而对铅应具有较大的吸附亲和力，但铅的测定结果又比较低，故我们分析推断可能存在基质干扰降低了铅的吸收信号。

试验通过分析螺旋藻片的组成成分，研究了铅测定的干扰因素，依据基体改进剂的作用机理［7］，筛选硝酸钯、硝酸镁和抗坏血酸作为混合基体改进剂联合使用，使铅形成热稳定的合金不在灰化阶段损失同时利用抗坏血酸在石墨炉中形成富碳环境，加速一些金属氧化物分解生成原子，继而通过提高灰化温度，去除基质成分对铅的测定干扰，实现了螺旋藻片中重金属铅的准确定量。

1　试验部分

1.1材料与仪器

硝酸（BV-Ⅲ级）：北京化工厂；30%过氧化氢（MOS级）：北京化学工业研究所；硝酸钯：Alfa Aesar公司；硝酸镁（分析纯）：北京双环化学试剂厂；抗坏血酸：Sigma公司。

0.5mol/L硝酸溶液、2 g/L硝酸钯溶液（含4%硝酸）、1 g/L硝酸镁溶液与5%抗坏血酸溶液。

标准对照品：GBW（E）080129铅单元素溶液标准溶液（100 mg/L），中国计量科学研究院。

螺旋藻标准物质：［GBW10025-GSB-16螺旋藻生物成分标准物质，含铅（2.8±0.2）μg/g］：地球物理地球化学勘查研究所。

样品：螺旋藻片（2种，不同品牌，样品编号1、2）。

AND GR-202电子天平，精密度0.01 mg：A&D Company；微波消解仪：德国MILESTONE ETHOS 1；原子吸收光谱仪，带GF95Z型石墨炉，FS95型自动进样器：美国Thermo AA-M6-MK2；铅空心阴极灯：美国Thermo。

1.2方法

1.2.1样品制备

将样品研细后精密称取0.5 g（精确至0.000 1 g），置于聚四氟乙烯消解杯中，同时做试剂空白，加入8 mL硝酸，轻轻摇晃使样品粉末分散于硝酸中，加盖，静置过夜后，加入30%过氧化氢2 mL，于100℃电热板上加热20 min，冷却后，上消化罐，进行微波消解。消解完毕将盛有消解液的消解杯置于100℃电热板上加热赶酸至溶液近干，冷却后用少量超纯水多次润洗消解杯，合并洗涤液并转移至10 mL容量瓶中，用超纯水定容至刻度，混匀，备用。

1.2.2标准曲线的建立

精密吸取100 mg/L的铅元素标准溶液1 mL，加0.5 mol/L硝酸溶液稀释定容至100 mL（每1 L含铅1 mg）。精密量取1 mg/L的标准铅溶液1 mL，至25 mL容量瓶中，加0.5 mol/L硝酸溶液稀释至刻度，混匀，得40 μg/L铅标准主溶液，由自动进样器分别吸取40 μg/L铅标准使用液0.0、1.0、3.0、5.0、10.0、15.0 μL，用0.5mol/L硝酸溶液稀释至20 μL，得0.0、2.0、6.0、10.0、20.0、30.0 μg/L的标准曲线。

石墨炉升温程序见表1。

按照表1所示优化好的石墨炉升温程序，湿法添加2 g/L硝酸钯溶液3 μL、1 g/L硝酸镁溶液3 μL、5%（w/v）抗坏血酸溶液4 μL作为基体改进剂，进样总体积为30 μL，Zeeman扣背景，吸收信号以峰高表示。以吸收信号为纵坐标，浓度C（μg/L）为横坐标进行一次线性拟合标准曲线。结果表明，铅浓度在（0～30）μg/L范围内线性关系良好，其回归方程为：A=7.87×10-3C+ 1.01×10-2，相关系数：0.999 0，重复测定空白溶液11次，用3σ除以标准曲线斜率计算得检出限为0.1 μg/L。

表1　石墨炉升温程序Table 1　Furnace heating program

2　结果分析

2.1干扰因素确定

考虑到石墨炉法高温原子化采用直接进样程序升温方式，如果灰化阶段不能有效净化基体，原子化阶段的基体成分则会如自由原子一般，不仅浓度高、而且停留时间也长，极易造成基体干扰和背景吸收。故试验中选择加标回收试验判断是否存在基体干扰，选择铅分析波长283.3 nm的邻近的非吸收波长280.2 nm作为甄别背景吸收是否存在的判定波长，若有信号则表明测铅时有背景吸收。

试验中分别使用NH4H2PO3法和新建方法对20 μg/L铅标准溶液、样品1、样品2进行回收率分析，测定结果见表2。

表2　基体干扰的判定Table 2　The estimate of substrate interference

使用NH4H2PO3法和新建方法测得铅标准溶液的回收率一致，结果良好，但两种方法用于测定样品时，新建方法消除基体干扰效果良好，NH4H2PO3法测得样品回收率约为新建方法的50%，说明NH4H2PO3法确实存在基体干扰造成了分析元素铅的信号降低，推测原因为，螺旋藻中富含多种营养元素，组成成分复杂，待分析元素铅有可能与基体中的共存物形成化合物，从而对铅测定产生基体干扰。

试验中考察了20 μg/L铅标准溶液、样品1、样品2分别按照NH4H2PO3法和新建方法，使用铅的非吸收波长280.2 nm测定是否有背景吸收，测定结果见表3。

表3　背景吸收Table 3　Background absorption

如表3所示，NH4H2PO3法存在背景吸收干扰，分析其干扰来源，认为基体有可能在原子化阶段以“气态分子、盐微粒、烟雾”等形式存在于石墨管中从而产生分子吸收、光散射等背景吸收。

2.2基体改进剂的筛选

石墨炉法分析铅时，基体干扰主要发生在于灰化和原子化阶段，使用基体改进剂的目的在于使基体形成易挥发的化合物在灰化阶段去除；或降低待测元素的挥发性以防止在灰化过程中损失。

由于基体改进剂协同使用在扣除背景干扰，减少分析误差，提高方法准确性和适用性方面较单一基体改进剂更为理想，试验中通过考察待测样品原子化峰形，加标回收率及螺旋藻成分分析标准物质的测定值与标准值的差异，对比分析了3种混合基体改进剂去除基体干扰的效果，结果发现：3种基本改进剂作用下的样品原子化峰形均尖锐光滑对称，但只有硝酸钯、硝酸镁和抗坏血酸作为混合基体改进剂联合使用测定螺旋藻片中铅的加标回收率结果良好，螺旋藻成分分析标准物质的测定值在标准值规定范围内。

故试验中最终确定硝酸钯、硝酸镁和抗坏血酸作为混合基体改进剂联合使用，使铅形成热稳定的合金不在灰化阶段损失同时利用抗坏血酸在石墨炉中形成富碳环境，加速一些金属氧化物分解生成原子，从而可通过提高灰化温度，去除样品基质的干扰，达到避免灰化损失和改善背景吸收干扰的目的。

2.3灰化，原子化温度优化

灰化温度在1 200℃时，吸光度有最大吸收值；高于1 200℃吸光度急剧下降，故选择的灰化温度为1 200℃，在此温度下样品中大部分干扰成分被净化；原子化温度从1900℃始样品中的铅的吸光度增加趋势不明显，说明1900℃即可使样品中的铅充分原子化。

2.4精确度试验

两种样品各取5份，按1.2进行平行性试验测定，测得结果见表4。

表4　精密度试验结果Table 4　The test results of accuracy（n=5）

相对标准偏差＜5%，满足GB 5009.12-2010《食品安全国家标准食品中铅的测定》中规定石墨炉法精密度应≤20%的方法要求。

2.5回收率试验

为了进一步检验方法精确度，采用添加铅元素标准溶液于样品中进行加标回收率测定，每种样品做3份。试验结果如表5所示，采用此法测得的回收率在94%～102%之间，符合质控要求。

表5　回收率试验结果Table 5　The test results of the recovery experiment（n=3）

2.6标准物质质控试验

为进一步验证分析方法的准确性和基体改进剂消除基质干扰的效果，试验中，精密称取0.1 g（精确至0.0001 g）GBW10025-GSB-16螺旋藻生物成分标准物质，按1.2制备，用水定容至25 mL容量瓶中，摇匀得质控样品溶液，平行制备5份。标准物质试验结果见表6。

表6　标准物质试验结果Table 6　The test results of the reference material（n=5）

由于石墨炉原子吸收光谱法属于相对测量，在测定过程中同时引入螺旋藻标准物质作为方法验证使用，通过5次测定值之间的离散程度，及其测定值与标准值的差异可以直观的反映仪器工作状态和测定方法的精确度［8］。

2.7样品测定及不同方法对比

为考察方法的适用范围及准确度，试验中分别选择硬胶囊、片剂、粉剂3种以螺旋藻作为主要原料的常见保健食品剂型，同时运用本法、NH4H2PO3法和电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP法）［9］进行铅含量测定，见表7。

表7　样品含量测定结果Table 7　Analytical results of samples（n=3）

3　结论

本文依据基体改进剂的作用机理，通过分析确认干扰螺旋藻片中铅含量测定的影响因素，优化建立了一种新型基体改进剂组合，可用于石墨炉原子吸收光谱法检测以螺旋藻为主要原料的保健食品中铅的含量，并采用ICP法对NH4H2PO3法和文章中新建方法的测定结果进行验证，结果表明：新建方法铅含量测定结果准确，可有效去除螺旋藻中其他成分对铅的测定干扰，国内外均未见相似报道，新建方法具有创新性。

［1］王文博，高俊莲，孙建光，等.螺旋藻的营养保健价值及其在预防医学中的应用［J］.中国食物与营养，2009（1）:48-51

［2］张文，吴清平，吴军林.螺旋藻营养保健价值及开发应用进展［J］.食品与发酵科技，2013，49（3）:89-92

［3］龚仁敏，陈发扬，刘必融，等.天然和预处理的极大螺旋藻粉对铅的吸附［J］.南京农业大学学报，2004，27（3）:107-110

［4］Roy D，Greenlaw P N，Shane B S.Adsorption of heavy metals by green algae and ground rice hulls［J］.JEnvironSciHealthA，1993（28）: 37-50

［5］中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB 16740-2014食品安全国家标准保健食品［S］.北京:中国标准出版社，2014:1-2

［6］中华人民共和国卫生部.GB 5009.12-2010食品安全国家标准食品中铅的测定［S］.北京:中国标准出版社，2010:1-10

［7］邓勃，何华焜.原子吸收光谱分析［M］.北京:化学工业出版社，2003: 280-284

［8］卢晓华.标准物质在化学测量结果不确定度评定中的应用举例［J］.中国计量，2008（1）:68-69

［9］国家药典委员会.中华人民共和国药典四部［M］.北京:中国医药科技出版社，2015:42-43

Research for the Elimination of Matrix Interference on the Determination of Lead in Spirulina Tablets by GFAAS

ZHANG Hua-jun，SUN Liang，YANG Ling，WU Guo-qing*
（Beijing Institute For Drug Control，Beijing 102206，China）

The interfering factors in determination of lead in Spirulina tablets were analyzed，based on sample characteristics and the matrix modifier chemical mechanism，we selected palladium nitrate，magnesium nitrate and ascorbic acid as matrix modifier.The optimize conditions were as follows：added palladium nitrate solution 2 g/L，magnesium nitrate solution 1 g/L and ascorbic acid solution 5%：a proportion of 3∶3∶4（volume ratio），ashing temperature to 1 200℃，atomization temperature 1 900℃，achieved the accurately quantitative in spirulina tablets lead content determination.

spirulina tablets；GFAAS；lead testing；the elimination of interference

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.13.034

张华珺（1981—），女（汉），主管药师，硕士研究生，研究方向：保健食品与化妆品检测与安全评价。

2016-03-05