微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定明胶中铬含量

（甘肃省食品检验研究院，甘肃兰州730030）

食用明胶是由动物皮肤、骨等结缔组织中的胶原部分降解而成，属于一种大分子的亲水胶体，具有吸水性强、黏度高、不含胆固醇等特性，可以用来制作糖果添加剂、冷冻食品添加剂等，也被广泛应用到医药和化工产业中。工业明胶是从皮革中将水解蛋白脱出而制成的明胶，熬制过程相对简单、价格低廉，一些不法分子在利益的驱使下使用工业明胶代替食用明胶。但是工业明胶中铬含量严重超标，过量的铬将破坏人体骨骼及造血干细胞，体内蓄积有致癌性并可能诱发基因突变，因此明胶铬含量检测已成为食品检测的一个重要指标[1]。卫生部制定的《食品添加剂明胶生产企业卫生规范》强调，禁止使用制革厂鞣制后的任何废料生产食用明胶[2-3]，国家标准GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》中也规定明胶中的铬含量不得超过2.0 mg/kg[4]。

国家现行标准食品中铬元素测定的方法一种是石墨炉原子吸收光谱法[5-7]，根据GB 5009.123-2014《食品安全国家标准食品中铬的测定》[8]，石墨炉法灵敏度虽高，但每次只能检测1种元素，测样时间较长，延长了试验分析时间，且因样品基体成分复杂而容易产生背景干扰；另一种是电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma massspectrometry，ICP-MS）[9-11]，根据 GB 5009.268-2016《食品安全国家标准食品中多元素的测定》[12]，ICP-MS具有更高的稳定性和更低的检出限，灵敏度高等优点，但是检测设备价格过高，极大地增加了检测成本，限制了其方法的使用范围，且存在光谱及非光谱的干扰较多。故综合考虑干扰、检测灵敏度和资金投入等因素，本试验采用微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定考核样明胶中的铬含量，对其测试条件、试验准确度和精密度进行了研究，并与石墨炉原子吸收法的测试结果进行比较，以期为电感耦合等离子体发射光谱法（inductively coupled plasma optical emission specrometry，ICP-OES）在食品铬含量测定中的研究提供可靠的试验数据支持。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

超纯水（比电阻为18.2 MΩ·cm）：美国热电公司；硝酸（优级纯）：国药集团化学试剂有限公司；铬元素标准溶液 （1 000 μg/mL，GBW08614）、奶粉标准物质（GBW10017）：中国计量科学研究院；磷酸二氢铵（优级纯，批号：20080507）：美国PE公司；明胶考核样品：中国食品药品检定研究院组织的能力验证考核样品。

电感耦合等离子体发射光谱仪（iCAP7000）：Thermo Fisher Scientific公司；原子吸收分光光度计（ICE3500）、超纯水机（LAB Tower ED1）：Thermo Fisher Scientific公司；微波消解仪（UltraCLAVE）：意大利Milestone；赶酸板：Lab Tech VB ClaveA。

1.2 方法

1.2.1 仪器工作条件

1.2.1.1 石墨炉原子吸收光谱仪工作条件相关参数

波长为357.9 nm，灯电流为100%，狭缝宽为0.5 nm，氩气流量为0.2 L/min，读数方式为峰高，纵向加热，塞曼扣背景，测试模式为吸收，石墨炉升温程序如表1。

1.2.1.2 ICP-OES法的测定工作条件相关参数

ICP-OES测定工作条件见表2。

1.2.1.3 微波消解仪器相关参数

微波消解仪测定参数见表3。

表1 石墨炉原子吸收光谱仪测定工作条件Table 1 Working conditions of graphite furnace atomic absorption spectrometer

表2 ICP-OES测定工作条件Table 2 Operating conditions of ICP-OES

表3 微波消解仪测定参数Table 3 Determination parameters of microwave dissolver

1.2.2 铬标准溶液的配制及测定

1.2.2.1 ICP-OES法铬标准溶液的配制及测定

吸取 1 mL铬元素标准溶液（1 000 μg/mL），用超纯水定容于100 mL容量瓶中，得到铬元素储备液（10 000 μg/L）备用。取6个100 mL的容量瓶，分别吸取铬元素储备液 0.00、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mL，用6%的硝酸溶液定容至100 mL，混匀，配制成浓度为 0.0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0 μg/L 的铬元素标准系列溶液，并按1.2.1.2 ICP-OES仪器工作条件测定。

1.2.2.2 石墨炉原子吸收法铬标准溶液的配制及测定

吸取 1 mL 铬元素标准溶液（1 000 μg/mL），用超纯水定容于10 mL玻璃试管中，得到铬元素储备液I（100 μg/mL）备用。接着，吸取1 mL铬元素储备液I（100 μg/mL），用超纯水定容于100 mL容量瓶中，得到铬元素储备液П（1 000 μg/L）备用。取6个50 mL的容量瓶，分别吸取铬元素储备液 П（1 000 μg/L）0.00、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00 mL，用 1%的硝酸溶液定容至50 mL容量瓶中，混匀，配制成浓度为0.0、4.0、8.0、12.0、16.0、20.0 μg/L 的铬元素标准系列溶液，并按

1.2.1.1 石墨炉原子吸收仪器工作条件测定。

1.2.3 样品前处理微波消解法

准确称取约0.500 0 g（精确至0.000 1 g）的明胶样品于石英消化管中，加入4 mL硝酸，加盖密封后放入微波消解仪中，按1.2.1.3设定好的消解程序进行样品消解。消化完毕后取出消化管，进行赶酸再定容及不赶酸直接定容的样品处理。其中，不需赶酸的样品消化液直接用6%的硝酸溶液定容至50 mL容量瓶中；需要赶酸处理的消化液放置在赶酸板上于140℃赶酸，当样品残余量约为1 mL时，取出并冷却至室温后，将剩余消化液用1%的硝酸转移至50 mL容量瓶中，用超纯水多次洗涤，合并洗涤液，定容至刻度,混匀备用，同时做试剂空白。

2 结果与讨论

2.1 方法线性范围和检出限

根据样品的含铬量范围及仪器的实际使用情况，按1.2.2配制石墨炉原子吸收法（atomic absorption spectroscopy，AAS）和 ICP-OES标准溶液梯度，其线性范围 AAS 为 0～20 μg/L、ICP-OES 为 0～50 μg/L。ICPOES法测定明胶中的铬元素标准曲线的相关系数为0.999 9，石墨炉原子吸收光谱法的铬元素标准曲线相关系数为0.999 0。将样品空白溶液连续测定11次，以3倍标准偏差计算仪器检出限，AAS法为0.025 ng/mL，ICP-OES法为0.000 2 ng/mL。

2.2 干扰的消除

石墨炉原子吸收法常因样品基体成分复杂而产生背景干扰，常用方法是加入基体改进剂消除或减少干扰。本试验采用磷酸二氢铵为基体改进剂，反应过程提高了灰化和原子化温度，降低了背景干扰，增加了元素测定的稳定性。在1 100℃的灰化温度和2 400℃的原子化温度下，测试结果重复性好、灵敏度高。ICPOES法分析技术的干扰主要有电离、光谱、记忆效应干扰、基体效应等，本研究采用最优化的仪器条件，通过基体匹配和外标法消除干扰，得到的铬元素标准曲线相关系数好，测试结果重复性好。

2.3 样品加标回收率、精密度试验

2.3.1 石墨炉法和ICP-OES法的两种检测方法结果比较

石墨炉法和ICP-OES法检测结果比较见表4。

表4 石墨炉法和ICP-OES法检测结果比较Table 4 Comparison of different instrument test results of graphite furnace and ICP-OES method

由表4看出石墨炉分光光度法测得明胶含铬量的RSD值在0.20%～1.10%范围内，ICP-OES法测得明胶含铬量的RSD值在0.20%～0.32%的范围内，两种方法所得结果的重复性都很好。对比不同分析方法的明胶中铬含量测定结果的相对偏差为0.14%，其方法精密度均小于20%，证明两种检测方法均满足检测要求。比较发现，石墨炉法测定的3个平行样间的相对标准偏差为0.21%，ICP-OES法的为0.08%，均小于3%，且不同检测方法测定的结果十分接近，并没有显著差异。根据现行国家标准GB 5009.123-2014《食品安全国家标准食品中铬的测定》，微波消解前处理之后，样品需要在赶酸板上于140℃～160℃赶酸至0.5 mL～1.0 mL后定容，才能进行石墨炉法分析。但是，ICP-OES法可以将不赶酸的消解样品直接定容，进行分析测定，在保证了试验数据准确性的前提下，避免了赶酸过程中产生的酸雾及NO2等有毒气体对检验人员的身体危害，大大简化了明胶样品前处理的步骤，节省了试验时间，加快了分析检测速度，减少了赶酸过程带入的误差，分析结果更为可靠，证明了ICP-OES法有利于大批量快速检测的需求。同时，发现ICP-OES测试结果的RSD值明显低于石墨炉法的相应数值，证明该方法使得试验稳定性和准确性明显改善，得到了较为满意的试验结果。

2.3.2 加标回收试验

石墨炉法和ICP-OES法加标回收试验结果见表5和表6。

表5和表6结果表明，采用微波消解前处理方法，对比石墨炉法和ICP-OES法的测定结果，两种检测方法均得到稳定性和重复性很好的检测结果，其中石墨炉法测定的加标回收率为96.9%；而ICP-OES法测定的加标回收率平均值为95.5%，均在回收率90%～110%的满意范围内。但相比较发现，ICP-OES法分析1个样品的时间约为2 min，而石墨炉原子吸收法分析1个样品经过干燥、灰化、原子化、清洗、冷却等升温程序，再加上进样、冲洗和重复检测时间，至少需要9 min。ICP-OES法具有分析速度快、动态线性范围宽、灵敏度高的明显优势，能够显著提高工作效率，有利于工作的快速进行。因此，在样品数量较多时，ICP-OES法在分析速度和灵敏度上具有非常明显的优势[13-16]。

表5 石墨炉法加标回收试验结果Table 5 Result of recovery test for graphite furnace

表6 ICP-OES加标回收试验结果Table 6 Result of recovery test for ICP-OES

2.3.3 准确度验证试验

采用微波消解前处理方法，将奶粉标准物质（GBW10017）作为质控样品加入到试验过程中，通过石墨炉法与ICP-OES法分别对奶粉标准物质（GBW10017）中铬元素含量测定，进行试验结果准确度的验证试验，测定结果见表7。

由表7可知，两种方法的测定结果平均值分别为0.354 mg/kg和0.364 mg/kg，均在标准物质（0.39±0.04）mg/kg的误差范围内，说明该两种方法测定明胶中铬含量均准确可靠。

表7 不同检测方法的奶粉标准物质结果比较Table 7 Comparison of standard substances of milk powder with different detection methods

3 结论

本试验采用电感耦合等离子体发射光谱法测定考核样明胶中的铬含量，在保证检测结果准确性的前提下，与石墨炉法相比，发现ICP-OES法的微波消解前处理后可以省略赶酸过程直接定容分析样品，降低了分析误差，同时避免了赶酸时产生的酸雾和有毒气体对检验员的身体危害。同时，通过电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）与石墨炉原子吸收光谱法分别对明胶考核样品和奶粉标准物质中的铬含量进行了测定，比较发现两种方法所得到的结果重复性、准确性及加标回收率都很好，表明这两种方法在测定明胶含铬量时均可以满足检测要求，但ICP-OES法能更快速、准确地对样品进行分析，节约时间、提高工作效率、具有更高的稳定性和更低的检出限，有利于检验工作的有效进行。