电驱动膜萃取法在蔬菜水果硒元素检测中的应用

李 勇 张周洋 田 芳 唐娇艳 邓 勇

(湖南省郴州市食品药品检验检测中心，湖南 郴州 423000)

电驱动膜萃取法在蔬菜水果硒元素检测中的应用

李 勇 张周洋 田 芳 唐娇艳 邓 勇

(湖南省郴州市食品药品检验检测中心，湖南 郴州 423000)

提出一种新方法，将样品通过混合酸消化后应用电驱动膜萃取技术富集其中的硒元素，然后测定其含量。结果表明，该方法缩短了检测时间，减少了试剂消耗，实际样品检出限可达到0.005 mg/kg，平均回收率为92.4%。通过国家标准物质验证，试验结果符合其不确定度要求。该方法适宜蔬菜水果中硒的检验。

蔬菜；水果；硒；样品检出限；电驱动；膜；萃取

近年来，富硒产业尤其是富硒蔬菜、水果产业的发展方兴未艾，但其质量参差不齐，对其硒含量的检测也相对滞后。目前食品中硒元素的检测方法主要有氢化物原子荧光光谱法[1](以下简称国标第一法)、荧光法[2](以下简称国标第二法)、石墨炉原子吸收光谱法[3]以及ICP—MS(电感耦合等离子体质谱仪)法[4]等。其中，石墨炉原子吸收光谱法硒元素样品检出限为0.05 mg/kg[5]，达不到蔬菜、水果检测的要求(低于0.01 mg/kg[6-7])。ICP—MS法硒元素样品检出限为0.002 mg/kg[8-9]，准确性高，能满足检测要求，但设备昂贵，操作难度大，日常保养、维护成本较高。荧光法只能检测硒含量为0.02～1.00 mg/kg的样品，并且样品需要提前烘干，耗时太长，使用的DAN试剂具有一定毒性，结果也不够准确。氢化物原子荧光光谱法因其样品检出限较低(0.025 mg/kg)，且灵敏度较高和分析速度较快等特点，是当前硒检测的主要方法。但由于普通蔬菜、水果含水量高，硒含量低(低于0.01 mg/kg)，消化后样品待测液硒含量常常低于或接近仪器的样品检出限，结果可信度低。同时由于其基体复杂，在消化过程中，某些成分会与消化液作用产生难溶性絮状物，对结果产生干扰。因此急需创新适合蔬菜、水果中硒元素的检测方法。针对以上方法检测蔬菜、水果硒含量，存在样品检出限较高、操作繁琐、复杂基体干扰大、耗时长等系列问题，本研究拟将电化学经典方法与食品检验技术联用，设计一套电驱动膜萃取装置，将其加入试验的前处理阶段，预先富集样品中的硒元素，并利用离子交换膜的选择透过性排除复杂基体的干扰。目前，电驱动膜萃取或电驱动膜渗析的方法广泛应用于工业淡水预处理和环境污染治理中[10-11]，近年来在医药领域也有一些应用[12]，而食品领域相关的研究较少[13-14]。本研究将电驱动膜萃取新方法应用到蔬菜、水果的硒含量检测当中，并对其实际检测效果进行了研究，为食品元素检验领域提供了一条新思路。

1 电驱动膜萃取装置与方法

1.1 装置原理与设计

1.1.1 装置原理 电驱动膜萃取是指通过电势差驱使带电化学离子发生迁移，使目标物质从复杂样品基底中分离、萃取和富集的一项技术。在样品前处理过程中引入电驱动膜萃取装置，利用电力驱动，使硒通过离子交换膜从样品池迁移到接收瓶中。试验中经反复摸索，确定电流、电导率以及萃取时间等最佳条件，排除复杂样品基体的干扰，实现了对硒元素的富集。由于同时采用较小的定容体积，保持测定液中硒含量较高，从而提高了样品中硒元素检出限。

1.1.2 电驱动膜萃取装置 装置由电泳仪电源、样品池、辅助瓶、接收瓶、电极和115膜构成。电泳仪电源提供稳定的电流，正负两极连接铂片电极，铂片电极分别置于辅助瓶、接收瓶中，115膜裁剪成适合大小以中空环形螺帽固定在瓶上。装置设计图见图1。

1. 电泳仪电源 2. 样品池 3. 接收瓶 4. 115膜 5. 环形中空螺母 6. 辅助瓶 7. 铂片电极

1.2 材料与仪器

1.2.1 材料与试剂

样品来源：胡萝卜、莴笋、小白菜、花椰菜、茄子、苹果、香蕉、奇异果，郴州本地菜市场购买；

黄瓜、脐橙：郴州北湖区富硒产业基地；

苹果、大枣：山东枣庄富硒产业基地；

梨：湖北恩施富硒产业基地；

菠萝、番石榴、火龙果：福建诏安富硒产业基地；

猕猴桃：贵州开阳富硒产业基地；

硒标准溶液：国家钢铁材料测试中心GSB G 62029-90(3401)，浓度 1 000 μg/mL，介质 10% HCl，批号14072312；

高氯酸、硝酸、盐酸、硼氢化钾、硫脲、抗坏血酸、30%过氧化氢、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠：优级纯，国药集团化学试剂有限公司；

Nafion 115膜：美国杜邦公司。

1.2.2 主要仪器设备

双通道原子荧光光度计：AFS-230E型，配IFS-30双泵断续流动系统，AS-10自动进样器，北京海光仪器公司；

电泳仪电源：DYY-4C型，北京六一仪器厂；

铂片电极：铂片定制规格为10 mm×10 mm×0.1 mm，定制。

1.3 方法

1.3.1 硒标准曲线的绘制 分别移取100 ng/mL硒标准使用液0.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00 mL于100 mL容量瓶中(相当于1 mL含0.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00 ng硒)，依次加入0.2 mol/L中性磷酸盐缓冲溶液50 mL，5%抗坏血酸10 mL和5%硫脲溶液10 mL，以5%盐酸溶液定容。放置15 min后，测定其荧光值(检测条件：光电倍增管负高压300 V；硒空心阴极灯电流50 mA；加热温度200℃；原子化器高度8 mm；载气流量400 mL；屏蔽气流量900 mL)，绘制标准曲线。

1.3.2 样品处理及硒含量测定 将蔬菜、水果取其可食部用水洗净后用纱布吸去水滴，打成匀浆后，称取2.00 g(精确至0.001 g)试样，置于消化瓶中，加 10.0 mL 混合酸(硝酸与高氯酸按体积比9∶1混合)及几粒玻璃珠，以电热板加热消化。当溶液变为清亮无色并伴有白烟时，再继续加热至剩余体积2 mL左右，切不可蒸干。冷却，再加5%盐酸5.0 mL预还原，不可超过5 min。冷却后将消化液完全转移至电驱动膜萃取装置的样品池中。调整电极距离为5 cm，接收瓶中加入0.2 mol/L 中性磷酸盐缓冲溶液5.0 mL，辅助瓶中加入6 mol/L盐酸溶液5.0 mL，样品池中加入0.1 mol/L KOH溶液使pH值为9.0左右。打开电泳仪电源，设置电流为100 mA，萃取10 min，关闭电源，取出接收瓶。将接收瓶中溶液转移至样品管中，向样品管中加入5%抗坏血酸1 mL和5%硫脲溶液1 mL，以5%盐酸溶液定容到10 mL。放置15 min后，测定荧光值，代入标准曲线中可知测定液硒浓度。同时做空白试验。

1.3.3 样品中硒的含量的计算

(1)

式中：

X——样品中硒的含量，mg/kg；

C——样品测定液测定浓度，ng/mL；

C0——空白测定液测定浓度，ng/mL；

V——测定液总体积，mL；

M——样品质量，g。

2 结果与分析

2.1 准确度试验

与国标第一法进行对照,采用测定回收率的方式对方法的准确度进行评价。按照1.3.1绘制标准曲线，标准曲线数据见图2。由图2可知，标准曲线相关系数为0.998 1>0.995，线性良好。准确称取富含硒元素的苹果、菠萝、番石榴、黄瓜、火龙果、大枣、梨、猕猴桃、脐橙样品2.00 g于消化瓶中，按1.3.2方法和国标第一法分别消化和测定样品中硒含量，结果见表1。根据配对t检验[15]计算可知|t|=0.254

图2 标准曲线Figure 2 Standard curve

表1 硒含量检测结果Table 1 Selenium content test resultsmg/kg

表2 加标回收率试验结果Table 2 The recovery of standard addition test results

2.2 方法的精密度

取黄瓜样品6次平行测定结果，计算其相对标准偏差，结果见表3。由表3可知，6次平均结果为0.117 mg/kg，相对标准偏差S=0.8%。说明本方法重现性良好。

2.3 样品检出限

对应蔬菜、水果类别，取硒含量低的本地胡萝卜、莴笋、小白菜、花椰菜、茄子、苹果、香蕉、奇异果作为本底，分别加入硒标准使用液0.00，0.20，0.40，0.60，0.80，1.00 mL(当定容体积为10 mL时，相当于测定液1 mL含0.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00 ng硒)，按照1.3.2方法消化和测定其荧光值。根据其荧光值做标准曲线，得到线性方程If=KC+b。当荧光值大于零时，试验有意义，可得到其检出限C≥K/b，并根据定容体积与样品量得到样品检出限，结果见表4。由表4可知，8种蔬菜水果的样品检出限范围为0.004 8～0.005 4 mg/kg，相对标准偏差S=0.02。按国标第一法和国标第二法方法分别做样品检出限，可得到国标第一法的样品检出限为0.025 mg/kg；国标第二法的样品检出范围为0.02～1.00 mg/kg。

表3 平行测定结果†Table 3 Parallel determination results mg/kg

2.4 国家标准物质验证结果

对国家标准物质豆角、芹菜、大葱中硒含量进行了测定，进一步验证方法的准确度。结果见表5。由表5可知，实测结果符合其不确定度要求。说明本方法结果准确。

2.5 与第三方实验室比对验证结果

本方法分别与湖南省食品质量监督检验研究院、SGS通标标准技术服务有限公司(上海)谱尼测试集团上海有限公司作三方试验比对。结果见表6。结果表明，本方法结果与第三方结果相吻合，准确有效。

2.6 与国家标准方法的使用效果对比

将本方法与国家标准两种方法中一些关键点进行了比对和评价，结果见表7。由表7可知，本方法相对于国标两种方法，在保证试验结果准确的前提下，具有耗时少、试剂毒性小、预还原过程准确稳定、样品检出限低和能消除复杂基体影响的优势。

表4 样品检出限†Table 4 The sample detection limit

表5 与国家标准物质比对结果Table 5 The comparison verification results with china certified reference materals mg/kg

表7 与国家标准方法效果比对Table 7 Effect comparison with the national standard method

3 结论

本研究将电驱动膜萃取技术应用于蔬菜、水果的硒元素检测中，设计了一种电驱动膜萃取装置，提出了新的检测方法，回收率达到88.0%～96.7%，实际样品检出限达到0.005 mg/kg，精密度高。同时做标准物质比对并与第三方检验机构进行能力验证，结果准确、符合要求。将本方法与国家标准方法关键步骤进行了比较，结果表明，本法具有更低的样品检出限和更高的工作效率，更适用于蔬菜、水果中硒含量的检测，将对中国富硒产业的发展起到积极促进作用。

试验中，因样品消化液含酸，转移入样品池中会导致其溶液电导率值不断变大。若样品池中溶液电导率值接近接收瓶中溶液电导率值，装置的富集效率和重复性会受到影响。研究符合试验要求的最低电导率差值和如何降低样品消化液对样品池溶液电导率值影响的方法，有待进一步研究。

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Application of electric driven membrane extraction method in the detection of selenium in vegetables and fruits

LI YongZHANGZhou-yangTIANFangTANGJiao-yanDENGYong

(ChenzhouCenterforFoodandDrugControl,Chenzhou,Hunan423000,China)

A new method for the determination of selenium(Se) in vegetables and fruits was developed using electric membrane extraction. The effects of several factors were investigated, such as Time spent, Consumption of reagents and Detection limit of sample. The results showed that the detection limit of sample was 0.005 mg/kg by spending few time and reagent. The recovery of Se was 92.4% on an average. Through the verification of the national standard reference materials, the experimental results meet the requirements of the uncertainty. The method is suitable for the detection of selenium in fruits and vegetables.

vegetables; fruits; selenium; the sample detection limits; Electric drive; membrane; extraction

湖南省食品药品监督管理局食品药品安全科技项目(编号：湘食药科R201621)

李勇，男，湖南省郴州市食品药品检验检测中心高级工程师。

张周洋(1987-)，男，湖南省郴州市食品药品检验检测中心工程师。E-mail:eaton0362@163.com

2016—11—22

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.01.011