微乳液进样GFAAS法测定食用油中的铬

吴晨曦，何延龙，汪亦茗，竺强强

（1.嵊州市食品药品检验检测中心，浙江嵊州312400；2.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065）

微乳液进样GFAAS法测定食用油中的铬

吴晨曦1，何延龙2，*，汪亦茗1，竺强强1

（1.嵊州市食品药品检验检测中心，浙江嵊州312400；2.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065）

建立微乳液直接进样-石墨炉原子吸收光谱法（graphite furnace atomic absorption spectrophotometry，GFAAS）测定食用油中铬的方法，研究微乳液的形成条件以及基体改进剂对测定结果的影响，优化石墨炉原子吸收光谱仪的升温程序，通过与微波消解处理样品的检测结果进行对比，验证方法的准确性。研究结果表明：按质量分数为15%食用油，6%水相，20%曲拉通X-100和59%正丁醇能配制成稳定的微乳液。不需要添加基体改进剂，仪器最佳检测条件为预灰化温度800℃、灰化温度1 400℃、原子化温度2 300℃。在此条件下，试验相对标准偏差＜5%，检出限为0.211 ng/mL，加标回收率在90%到110%之间，并与微波消解法处理样品的测量结果相近。该方法简单，准确，实用性强，并适用于大量食用油样品的测量。

食用油；微乳液；石墨炉原子吸收光谱法；铬

铬是工业生产过程中重要的金属原料，同时也是人体内必需的微量元素之一，它在维持人体健康方面起关键作用，而过多的摄入铬元素会引起人体疾病甚至死亡，所以对食品中铬的检测非常重要[1-2]。测定食品中痕量元素所采取的样品前处理的方法包括干法消解、湿法消解、微波消解或者利用有机试剂溶解样品[3-4]。其中干法消解、湿法消解和微波消解法，需要大量的酸将样品中的有机物分解成无机物，这些方法会存在污染环境和耗时长的缺点。利用有机试剂溶解样品直接上机测定的方法虽然简化了前处理过程。但这种方法的缺点一是有机物体系的元素标准试剂昂贵且稀少；二是所用到的有机试剂均有很强的致癌性，威胁检测人员的健康[5]。如果将油配置成微乳液体系后直接定量分析就可以避免上述问题。微乳液进样法具有样品前处理过程操作简单，可使用水相标准溶液等特点。其中微乳液是油相、水相、表面活性剂和助表面活性剂按照一定比例混合成的均匀透明液体[6]；国内外对此方法均有过相关报道[7-8]，但是微乳液直接进样测定食用油中的铬元素却未见到。

对于食品检测中超痕量分析的仪器主要有石墨炉原子吸收光谱仪（GFAAS）和电感耦合等离子质谱仪（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICPMS）[9]。其中ICP-MS最大的优势是可以短时间内同时测定样品中的多种元素，但微乳液是含有大量有机物的样品，当采用微乳液直接进样的方法时，微乳液中有机物产生的蒸汽会使ICP-MS的等离子火焰不稳定甚至熄灭从而影响试验结果[10]。相较于ICP-MS，GFAAS最大的优点是其相对低廉的价格和分析复杂样品时能够保障结果稳定和准确。

本文以食用油为研究对象，Triton X-100和正丁醇为表面活性剂和助表面活性剂，研究微乳液的形成条件；考察了几种基体改进剂对吸光度的影响，并利用单因素试验优化了石墨炉的升温程序，最后通过做加标试验与微波消解处理样品的检测结果进行对比，验证了微乳液进样-石墨炉原子吸收光谱法测定食用油中铬含量的方法的准确性，最终建立了微乳液进样-石墨炉原子吸收光谱法测定食用油中铬的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

多力橄榄葵花食用调和油：市售；硝酸（超级纯）：苏州晶瑞化学股份有限公司；硝酸钯（光谱级）：珀金埃尔默股份有限公司；磷酸二氢铵、六水合硝酸镁（均为光谱级）、曲拉通X-100、正丁醇（均为优级纯）：国药集团化学试剂有限公司；抗坏血酸、柠檬酸（均为分析纯）：杭州萧山化学试剂厂；铬标准溶液（质量浓度1 mg/mL）：中国计量科学研究院；水为超纯水（电阻率 18.2 Ω.cm）；氩气（纯度大于 99.99%）；玻璃器皿均用30%的硝酸浸泡24 h以上。

1.2 仪器设备

PinAAcle900z石墨炉原子吸收光谱仪：美国PerkinElmer公司；UV-TOC/UF超纯水仪：德国Thermo公司；ML204电子天平：美国Mettler Toledo公司。

1.3 试验方法

1.3.1 仪器工作条件和石墨炉升温程序

波长：357.87nm；夹缝宽度：0.7nm；灯电流：20 mA；测量方式为峰面积；氩气出口压力为0.35 MPa～0.40 MPa。石墨炉升温程序见表1。

表1 石墨炉升温程序Table 1 Heating program of graphite furnace

1.3.2 基体改进剂的配制

分别称取0.5 g柠檬酸、抗环血酸、磷酸二氢铵、0.05 g氯化钯、硝酸钯和0.087 g六水合硝酸镁于50 mL容量瓶中，用0.5%硝酸定容至刻度备用。

1.3.3 标准曲线的绘制

将Triton X-100用正丁醇稀释成25%的乳化剂。用0.5%硝酸将铬标准溶液稀释为1 mg/L的中间液，在100 mL的容量瓶中加入1 mL的中间液并用0.5%硝酸补足水相至4.8 g；然后加入12 g多力橄榄葵花食用调和油，用乳化剂定容至刻度，振摇使其形成均一透明微乳液状态下的标准使用液，浓度为10 ng/mL；最终自动进样器将使用液稀释成浓度为2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 ng/mL的标准系列。

2 结果与分析

2.1 微乳液的研究

适合石墨炉原子吸收分析的微乳液应满足以下要求：①微乳液的油相组分大，油相组分越大方法的灵敏度越高；②微乳液的黏度小，高粘度的液体会导致仪器进样器的准确性降低；③选择空白值与背景值都偏小的试剂配置微乳液；④微乳液在分析过程中保持稳定[11]。

2.1.1 微乳液的配制

微乳液的水相为0.5%的硝酸，油相为食用油。选择空白值与背景值都偏小的Triton X-100与正丁醇作为表面活性剂与助表面活性剂。将Triton X-100和正丁醇混合成质量比为1∶3的乳化剂，严格按照微乳液配置标准绘制油相，水相和乳化剂的三角相图[12]，如图1所示。

由图1可以看出，在微乳液区域内（i区），油相能达到的最大组分为70%，但油相组分较高时一方面能够使试验灵敏度增强；另一方面却增加了微乳液的粘度，使自动进样器取样的准确性降低从而影响试验结果的重复性。试验发现，随着油相组分的减小，连续测量6次样品吸光度的相对标准偏差（RSD）也随之减小。直到油相组分为15%时，RSD（4.3%）小于5%。说明要使微乳液的黏度不影响试验结果的重复性，油相能达到的最大组分为15%。微乳液中水相越大既可以使微乳液黏度减小又可以节约微乳液的配制成本，所以水相组分也应该尽可能大。当油相组分为15%时，水相的最大组分为7.5%，但考虑到微乳液的各相组分会随着环境的影响而波动，最终采用的微乳液组分的质量分数为：15%食用油、6%水相、20%的Triton X-100和59%正丁醇。

图1 微乳液相图Fig.1 Phase diagrams for microemulsion

2.1.2 微乳液的稳定性

采用每隔2 h对样品微乳液测定吸光度的方式，考察微乳液的稳定性，结果见图2。

图2 吸光度随时间的变化Fig.2 Variation of absorbance over time

由图2可知，样品微乳液的吸光度值在10 h之内没有明显下降，然而随着时间的进一步增加，微乳液的吸光度不断降低，说明10 h之内微乳液稳定性良好并能保障试验的准确性。

2.2 基体改进剂的研究

在石墨炉原子吸收光谱法测定痕量元素中，基体改进剂使基体更容易挥发减小基体效应，同时减小待测元素在灰化阶段的损失。通过试验考察硝酸钯、硝酸镁、磷酸二氢铵、抗坏血酸和柠檬酸这几种常用的基体改进剂对铬元素吸光度的影响，试验结果见图3所示，不加基体改进剂峰形见图4。

图3 不同基体改进剂吸光度的影响Fig.3 Efect of matrix modifier on absorbance

图4 不加基体改进剂峰形Fig.4 Absorption peak of no matrix modifiers

由图3可知，是否添加基体改进剂对吸光度影响不明显，且不加基体改进剂的吸收峰形良好（图4）；因为微乳液体系中的Triton X-100是铬元素良好的基体改进剂[13]，同时作为高沸点元素（2 672℃/1atm），铬在灰化阶段不易损失。因此，为了节约试验成本和不带来新的干扰与污染，本次试验将不会添加额外的基体改进剂。

2.3 石墨炉升温程序的研究

石墨炉升温过程主要分为干燥，灰化，原子化和清洁4个阶段，其中灰化温度和原子化温度是影响测定结果较为重要的参数，由于配置微乳液用到的Triton X-100沸点（270℃/1atm）较高，其在干燥阶段不能完全挥发，导致灰化阶段会有暴沸现象。因此，为了使待测液在灰化之前完全除去，需在升温程序中添加一步“预灰化”步骤。

2.3.1 预灰化温度的优化

预灰化温度过低时，在灰化阶段会有残余的待测液引起暴沸影响到检测结果重复性。但预灰化温度过高又会导致铬元素损失影响结果的准确性。固定其他参数，只改变预灰化温度，每个温度平行测量样品六次吸光度值并计算相对标准偏差（RSD）得到预灰化温度对吸光度值及标准偏差的影响，如图5和图6所示。

图5 预灰化温度对RSD的影响Fig.5 Effect of pre-ashing temperature on RSD

图6 预灰化温度对吸光度的影响Fig.6 Effect of pre-ashing temperature on absorbance

由图5可知，预灰化温度低于800℃时，吸光度的RSD值随温度的增加而降低。当达到800℃之后，RSD＜5%且变化不大，说明预灰化温度在800℃已经能够将待测液完全蒸发。由图6可知，在800℃之前，吸光度上下波动明显，当达到800℃之后吸光度持续下降，说明预灰化温度在800℃之后，铬元素有所损失，因此，综合预灰化温度对标准偏差和吸光度值的影响，选择的预灰化温度为800℃。

2.3.2 灰化温度的优化

灰化阶段的目的是最大限度地消除基体成分对被测元素的干扰，同时保证被测元素的损失最低[14]。固定其他参数，改变灰化温度并测定吸光度值，试验结果如图7所示。

由图7可知，当灰化温度低于1 400℃时，吸光度会随着温度的增加而变大；而当灰化温度达到1 400℃时，吸光度值达到最大；此后随着温度的继续增加，吸光度值会逐渐变小，这主要是由于在1 400℃之前，样品没有灰化完全，导致吸光度值偏低，而当灰化温度达到1 400℃之后，随着温度的升高铬元素会大量损失；因此，选择1 400℃作为最佳的灰化温度。

图7 灰化温度对吸光度的影响Fig.7 Effect of ashing temperature on absorbance

2.3.3 原子化温度的优化

原子化阶段是将样品溶液中的待测元素转化为自由原子的过程。固定其他参数，改变原子化温度测定吸光度值，试验结果如图8所示。

图8 原子化温度对吸光度的影响Fig.8 Effect of atomization temperature on absorbance

由图8可知，吸光度值随着原子化温度的增加而不断变大，当温度达到2 300℃之后吸光度值变化趋于稳定，说明在2 300℃之后，样品已经被较好的原子化，但由于原子化温度越高，石墨炉损耗越快，为了提高石墨管的使用寿命，原子化温度定为2 300℃。

2.4 标准工作曲线和检出限

标准曲线法简单方便，但要求样品的体系与标准系列的体系相同以减小基体干扰。微乳液直接进样分析时，不能利用水相体系的标准曲线定量分析，需要将标准系列配制成微乳液体系。试验利用本底极低的多力橄榄葵花食用调和油作为油相，将标准系列配制成微乳液，采用标准曲线法进行定量分析。这样既能减少基体干扰又适用于大量样品的检测。在最佳试验条件下，绘制标准曲线，并连续测量11次空白计算方法检出限，得到线性回归方程为A=0.013 56C+0.003 21，线性相关系数为0.999 3，检出限为0.211 ng/mL。

2.5 方法的准确性

按试验方法对8种食用油进行检测，每个样品平行测定6次，做加标试验并与微波消解处理样品的检测结果进行对比，以考察方法的准确性，结果见表2。

表2 样品分析结果（n=6）Table 2 Analytical results of samples

由表2可知，除了本底值极低的多力橄榄食用调和油，其余样品油测量结果的RSD<5%。全部样品的回收率在90%到110%之间，且微乳液直接进样测定结果与微波消解法测定结果相近，说明方法的准确性良好。

3 结论

研究了适合石墨炉原子吸收分析微乳液的组分为15%油相、6%水相、20%Triton X-100和59%正丁醇；不添加任何基体改进剂，最优升温程序为预灰化温度800℃，灰化温度1 400℃，原子化温度2 300℃；在此条件下，利用标准曲线法定量样品，准确性和重复性良好，方法检出限为0.211 ng/mL；该方法简化了样品前处理过程，能简单、准确地完成大量样品的检测。

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The Determination of Chromium in the Edible Oil by GFAAS with the Sample Injection by Microemulsion

WU Chen-xi1，HE Yan-long2，*，WANG Yi-ming1，ZHU Qiang-qiang1
（1.The Food and Drug Inspection Test Center of Shengzhou，Shengzhou 312400，Zhejiang，China；2.School of Petroleum Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an 710065，Shaanxi，China）

The graphite furnace atomic absorption spectrophotometry（GFAAS）coupled with the microemulsion injection method was established to determine the chromium in the edible oil.The formation conditions of microemulsion and the effects of matrix modifier on the results of determination were studied.The heating program of GFAAS was optimized.The results showed that the stable microemulsion can be formulated with 15%edible oil，6%aqueous phase，20%Triton X-100 and 59%n-butanol.The matrix modifier was useless in the microemulsion system，the optimal detection condition of GFAAS with the pre-ashing temperature of 800℃，ashing temperature of 1 400℃and atomization temperature of 2 300℃，respectively.Under the optimal conditions，the relative standard deviation of the test was less than 5%，the detection limit was 0.211 ng/mL，the recoveries were between 90%and 110%，and the results were similar to those of the microwave digestion method treated sample.The method is simple，accurate，practical and suitable for the mass inspection of edible oil samples.

edible oil；microemulsion；GFAAS；chromium

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.24.031

吴晨曦（1987—），男（汉），工程师，硕士，主要从事食品药品检验和质量标准的研究工作。

*通信作者

2017-05-15