悬浮液进样GFAAS法测定食用明胶中的铬

吴晨曦，汪亦茗，陈潍玲

（嵊州市食品药品检验检测中心，浙江嵊州312400）

食用明胶作为食品添加剂以及空心胶囊的主要原料被广泛应用于食品和药品中。我国食品卫生标准[1]和药典[2]对食用明胶中铬元素均有限量要求。检测明胶中铬所采取的前处理方法通常有干法消解，湿法消解和微波消解[3]。但是，这些方法通常存在污染环境和耗时长的缺点。若明胶不经过消解，直接配置成悬浮液后检测就可以避免上述问题[4]。

相较于其它元素检测仪器，石墨炉原子吸收光谱仪 （graphite furnace atomic absorption spectrometer，GFAAS）对样品具有灰化处理能力，能够对不经过消解的样品进行检测，所以GFAAS 更适用于悬浮液进样法。近年，国内外对于悬浮液进样GFAAS 进行元素的检测均有研究[4-6]，如苏耀东等利用悬浮液进样石墨炉原子吸收法测定了海洋沉淀物的铅元素[5]；Fernandes 等利用水溶性叔胺为介质将人体头发制备成悬浮液，并对其含有的钒元素进行检测[6]；Silva 等在低温状态下将海鱼研磨成固体颗粒后制备成悬浮液，并对其进行铜、铁、镁元素的检测[7]。但用于明胶中元素的测定却未见报道。

在建立悬浮液直接进样—石墨炉原子吸收光谱法测定食用明胶中的铬过程中，配置适于检测的悬浮液是关键之一。另外，由于样品未经消化，基体效应较大，通过选择合适的基体改进剂和优化升温程序来减小基体效应也是影响检测结果是否准确的重要因素。本文以明胶为试验对象，就明胶悬浮液的配制，基体改进剂和仪器升温程序进行试验研究，得到一种能够快速准确的检测食用明胶中铬含量的新方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

硝酸（超级纯）：苏州晶瑞化学股份有限公司；硝酸钯、磷酸二氢铵、六水合硝酸镁（均为光谱级）、曲拉通-100（优级纯）：国药集团；铬标准溶液（质量浓度1 mg/mL）、明胶产品中铬成分分析标准物质[标准值（0.315±0.019）mg/kg]：中国计量科学研究院；水为超纯水（电阻率18.2 Ω·m）；氩气（纯度大于 99.99%）：浙江省嵊州富豪气体供应站；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；Tissuelyser-24 冷冻研磨仪：宁波新芝生物科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 仪器工作条件和石墨炉升温程序

波长：357.87 nm；夹缝宽度：0.7 nm；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。

1.3.2 基体改进剂的配制

分别称取0.5 g 磷酸二氢铵，0.05 g 硝酸钯和0.087 g 六水合硝酸镁于50 mL 容量瓶中，用体积分数0.5%的硝酸定容至刻度备用。

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

1.3.3 样品前处理方法

利用冷冻研磨仪将明胶制成粉末并过100 目筛。称取0.30 g～0.35 g 明胶颗粒至10 mL 容量瓶中，并用体积分数为0.5%的硝酸定容至刻度，振荡、混匀直接上机检测。

1.3.4 标准曲线的绘制

用体积分数为0.5%的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 的中间液并用体积分数为0.5%的硝酸定容至刻度，振摇使其形成均一的标准使用液，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 悬浮液的研究

悬浮液的均一稳定性以及待测元素是否能够被充分提取均会影响试验结果。样品颗粒直径、表面活性剂的用量以及取样量与定容体积的比例（质量体积比）则是影响待测元素提取率和悬浮液均一稳定性的重要因素[8]。

2.1.1 样品颗粒大小对检测结果的影响

粒径越小的明胶颗粒，比表面积越大，越有利于铬元素的提取，但同时也会提高样品的研磨要求。试验利用目筛对研磨的明胶颗粒进行筛分并利用体积分数为0.5%的硝酸配置成悬浮液进行连续6 次检测并取结果的平均值以考察样品颗粒大小对测量结果的影响，结果见图1。

由图1可知，随着粒径的减小，样品中铬元素的浓度也随之变大；当样品微粒通过100 目筛之后，样品中铬元素的浓度的变化趋于平缓。说明当微粒通过100目筛之后，既粒径小于0.15 mm 时，溶液对明胶微粒中铬元素的提取已趋近最大。故将明胶颗粒的粒径控制在0.15 mm 以下即能满足试验要求。

图1 颗粒直径对结果的影响Fig.1 Effect of particle diameter on the results

2.1.2 表面活性剂的用量对结果的影响

添加表面活性剂是为了增加样品颗粒之间的表面张力，使颗粒能够均匀的分布，保证悬浮液的均一稳定，提高检测结果的重复性。同时表面活性剂会使悬浮液基体更加复杂，影响试验结果的准确性。曲拉通-100 作为表面活性剂，在重金属悬浮进样直接测定中有大量应用报道[9-10]，为了研究表面活性剂用量对试验结果的影响，采用曲拉通-100（Triton X-100）作为表面活性剂，考察当取样量为0.2 g，定容体积为10 mL时，不同体积分数的曲拉通-100 对连续6 次检测结果的相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）以及回收率的影响，结果见图2。

图2 曲拉通-100 浓度对结果的影响Fig.2 Effects of 曲拉通-100 concentration on results

由图2可知随着曲拉通-100 浓度增加，悬浮液的基体变的更为复杂，回收率也逐渐变大。另外，曲拉通-100 浓度对结果的RSD 值影响并不明显，且无论是否添加曲拉通-100，结果的RSD 值均小于5%。这是由于明胶分子中既有氨基又有羟基，具有双亲性[11]。故明胶本身就具有表面活性，能够保障其微粒均匀的分布在介质中。为了不带来新的干扰，本次试验的悬浮液配制中不会加入表面活性剂。

2.1.3 质量体积比对结果的影响

取样量与定容体积的比例既会影响悬浮液的均一性也是决定方法灵敏度的重要因素。当定容体积不变时，取样量越大，方法的灵敏度越高；但过高的样品浓度会产生大量沉淀导致悬浮液不均一，同时增加基体干扰不利于检测。研究当定容体积为10 mL 时，明胶的质量对回收率和RSD 的影响，结果见图3。

图3 样品质量对结果的影响Fig.3 Effect of sample weight on the results

在图3中可以看出，随着取样量增加，回收率总体呈下降趋势，RSD 值则上升。为了提高方法灵敏度的同时保证回收率在90%以上，RSD 值在5%以下，控制取样量在0.30 g～0.35g 之间最为合适。

2.2 基体改进剂的研究

基体改进剂使基体更容易挥发，从而能够达到减小基体效应的目的，同时减小待测元素在灰化阶段的损失，并改善峰形。试验比较了硝酸钯、硝酸镁和磷酸二氢铵3 种常用的基体改进剂对检测结果的影响。图4和表2分别为吸收峰的峰形和相关参数。

图4 不同基体改进剂的峰形Fig.4 Different peak shape of the matrix modifier

表2 不同吸收峰的参数Table 2 The parameters of different absorption peaks

结合图4和表2来看，不加基体改进剂时，出峰时间过早，峰形扁平且峰面积最小，说明不加基体改进剂时Cr 元素有大量损失；基体改进剂为磷酸二氢铵时，吸收峰会有明显拖尾现象，而且背景值为0.042 3，远大于其余两种基体改进剂。吸收背景产生的原因是分子吸收干扰和光散射干扰[10]，背景值过大会导致待测元素的吸收强度发生改变，导致测量误差。故磷酸二氢铵不适合作为本方法的基体改进剂；硝酸镁与硝酸钯作为基体改进剂时，吸收峰的完整性与对称性均较为理想。且与硝酸镁相比，硝酸钯的吸收峰更高，峰面积更小。又因为以峰面积为测量方式的稳定性要优于峰高，所以应该选择峰面积更大的硝酸镁作为基体改进剂，这样既能够保证测量稳定性又使方法的灵敏度更高。

2.3 石墨炉升温程序的研究

在石墨炉升温程序中，灰化温度与原子化温度是较为重要的两个参数。灰化的作用是尽可能除去基体成分，同时也要保障待测元素不过多损失。原子化是将样品溶液中的元素转化为自由原子的过程[12]。

2.3.1 灰化温度的优化

将原子化温度设为仪器推荐的2 300 ℃不变，改变灰化温度并测定吸光度与背景值。结果见图5。

图5 灰化温度对吸光度和背景值的影响Fig.5 Effect of pyrolysis temperature on absorbance and background signals

在图5中，背景值随着温度的增加不断减小。说明样品中的基体成分随着灰化温度的增加而变小，基体干扰也随之变小。同时吸光度在温度为1 500 ℃时达到最大值，之后便随温度的增加而变小。说明在1500℃之前，由于基体干扰的减小，铬元素吸光度会不断增加，当温度超过1 500 ℃之后，铬元素会有大量损失。所以，最佳灰化温度为1 500 ℃，这既可以减小基体干扰又可以保证样品中的铬元素不会损失过多。

2.3.2 原子化温度的优化

取最佳灰化温度1 500 ℃不变，改变原子化温度测定吸光度与背景值。结果见图6。

图6 原子化化温度对吸光度和背景值的影响Fig.6 Effect of atomization temperature on absorbance and background signals

图6可以看出，当灰化温度为1 500 ℃时，原子化温度对背景值的影响并不明显，吸光度则随原子化温度的升高而增加，当温度达到2 200 ℃之后吸光度则略微下降。说明最佳原子化温度为2 200 ℃。

2.4 标准曲线与方法检出限

本次试验采用外标法定量，以铬标准系列的质量浓度为横坐标，测得的吸光度为纵坐标绘制标准曲线，得到线性回归方程为A=0.013 69C+0.003 10，线性相关系数为0.999 6。据国标GB/T5009.1-2003《食品卫生检验方法理化部分总则》的计算方法，连续测量空白20 次并计算出标准偏差s，再根据标准曲线的斜率b，由3s/b 计算出最低检出浓度为0.0317 ng/mL。若定容体积为10 mL，取样量为0.3 g，则方法检出限为0.001 mg/kg。

2.5 样品分析

对明胶标准物质[标准值（0.315±0.019）mg/kg]和市场中购买的4 种食用明胶按试验方法进行检测，并与微波消解法（国标GB 5009.123-2014《食品安全标准食品中铬的测定》）的检测结果进行对比。同时做加标试验，每个样品平行测量6 次。结果见表3。

表3 样品分析结果（n=6）Table 3 Analytical results of samples

由表3可知，悬浮液进样法与微波消解法的检测结果相近，且标准物质的测量结果在标准值范围以内。加标试验的回收率在95%～115%之间，连续测量6 次的RSD 值也小于5%，说明方法的准确性和重复性良好。

3 结论

称取粒径小于0.15 mm 的明胶颗粒0.30 g～0.35 g，并用体积分数为0.5%的硝酸定容至10 mL 配置成悬浮液后直接进石墨炉原子吸收光谱进行铬元素的检测。试验中的基体改进剂选用硝酸镁，仪器设置的灰化温度为1 500 ℃、原子化温度为2 200 ℃。利用外标法进行定量分析，回收率在95%～115%之间，RSD＜5%，方法检出限为0.001 mg/kg。该方法解决了食用明胶中铬元素检测过程中样品消解的劳动强度大、耗时长、同时避免了使用大量酸所带来的环境污染，在保证检测结果准确的同时提高了检测效率。