酸对微波消解-氢化物发生原子荧光光谱法测定食品中锗的影响

2021-04-03韦香连曾利娟

分析测试技术与仪器 2021年1期

葛岭，韦香连，曾利娟

(1. 珠海市食品药品检验所，广东珠海 519000；2. 桂林医学院，广西桂林 541000)

锗是一种稀有元素，具有亲铁和硫等化学性质，广泛分布于岩石、土壤、水体中. 无机锗具有一定毒性[1]. 近年来有报道发现有机锗，尤其是锗-132具有一定的抗癌、抗衰老等保健作用[2-4]. 但孔祥瑞[5-6]认为有机锗的毒性应引起注意. 同时，有研究认为人参、灵芝、枸杞、薏仁和大蒜等作物中锗含量较高[7]，但其它文献实际检测数据远低于此，且受品种及产地影响较大[8-10]. 寿红霞等[11]测定全国8个省的大蒜，其含锗量在10.20～512.20 μg/kg之间变动，差异较大. 因此，准确检测食品中的锗具有重要研究意义.

当前，我国检测食品中锗的标准方法为GB/T 5009.151-2003 《食品中锗的测定》第一法原子荧光光谱法[12]. 但该方法采用电热板湿法消解作为前处理手段，所需时间较长(需先放置过夜再加热)，消耗化学试剂较多. 本文采用微波消解作为前处理手段，耗时相对较短，消耗试剂少，操作更简便.

陈青川等[13]指出锗在磷酸介质中的荧光强度最大，文献中普遍选择磷酸作为载液. 有文献认为在20%磷酸中锗的荧光信号出现迅速，灵敏度高[14-16]. 部分文献认为磷酸体积分数在5%～20%之间变化，对反应没有明显影响[17-19]. 原子荧光光谱法测定锗的常见基质包括地质样品、保健食品、中草药和矿泉水等. 实际检测中各种浓度均有采用，如周继恩[19]使用20%磷酸测定矿泉水中的锗, 宋伟明等[20]使用20%磷酸测保健食品中的锗，章亚彦等[21]用5%磷酸同时测定食用菌中锗和硒，修凤凤等[22]选择10%的磷酸测定地质样品.

本文试验发现硝酸对锗的荧光强度存在严重影响，这可能对一线检测造成干扰，对此作出初步研究. 通过对试验方法的改进，建立了微波消解-氢化物发生原子荧光光谱法测锗的方法，对市售大蒜进行加标试验. 为进一步验证对有机锗的消解效果，对锗-132保健胶囊进行测定，结果均较为满意，为当前食品中微量元素的检测和质量安全保障提供了参考.

1 试验部分

1. 1 仪器与试剂

原子荧光光度计，北京海光LC-AFS 6500；微波消解仪，Milestone ETHOS41位；锗元素空心阴极灯，北京有色金属研究院; 石墨赶酸仪，VB24 Plus，莱伯泰科有限公司.

氢氧化钾，分析纯，上海麦克林生化科技有限公司；硼氢化钾，优级纯，天津大茂化学试剂厂；磷酸，优级纯，天津科密欧化学试剂有限公司；硝酸，分析纯，默克股份有限公司；硫酸，分析纯，广东广试科技有限公司；锗单元素标准溶液(1 000 μg/mL), 国家有色金属及电子材料分析测试中心，证书编号：GSB04-1728-2004, 唯一标识：196038；超纯水(电阻率≤18.2 MΩ·cm)，以Milli-Q IQ7000实验室水纯化系统制取；美国Jarrow Formulas Ge-132胶囊(锗标示质量100 mg)；大蒜样品，购于珠海市华润万家超市，产地山东寿光.

1. 2 还原剂配制

称取2.5 g氢氧化钾溶解于500 mL水中，得到0.5%氢氧化钾溶液. 再称取10 g硼氢化钾，溶解于上述溶液中. 现用现配，避光保存.

1. 3 标准溶液配制

取1 000 μg/mL锗单元素标准溶液1.0 mL，稀释至1 000 mL，得1 000 μg/L锗溶液. 分别取1、2、4、6、8 mL于100 mL容量瓶中, 重复5份. 每份分别以体积分数为5%、10%、15%、20%、30%的磷酸定容.

1. 4 仪器工作条件

微波消解程序如表1所列，原子荧光光谱仪工作条件：负高压280 V；灯电流80 mA；读数时间20 s；载气流量450 mL/min；屏蔽气流量1 000 mL/min；延迟时间2 s.

表1 微波消解程序Table 1 Program of microwave digestion

1. 5 样品测定

1. 5. 1 大蒜中锗的测定

取供试样品4份，每份0.50 g. 其中2份加入10.00 mg/L锗标准溶液0.10 mL. 加入7 mL硝酸和2 mL硫酸，按表1所述程序进行消解. 消解完成后在石墨赶酸仪上赶酸，温度为160 ℃. 至液体不再减少时，取下放冷，加入5 mL超纯水，再次加热至液体不再减少，以确保除去硝酸. 然后转移到25 mL容量瓶中，15%磷酸定容. 同时配制空白溶液. 上机检测，仪器工作条件见1. 4节，载液及标准溶液稀释液为15%磷酸.

1. 5. 2 有机锗消解效果验证

取锗-132胶囊样品三份，每份一粒. 按1. 5. 1所述进行消解和赶酸，然后转移至100 mL容量瓶中，超纯水定容后取0.2 mL，使用15%磷酸稀释至1 000 mL. 同时配制空白溶液. 上机检测，仪器工作条件见1. 4节，载液及标准溶液稀释液为15%磷酸.

2 结果与讨论

2. 1 不同体积分数磷酸作为载液的影响

分别以体积分数为5%、10%、15%、20%、30%的磷酸作为载液，取稀释液与载液一致的锗标准溶液上机测定. 绘制锗的标准曲线，结果如表2所列.

表2 以不同体积分数磷酸作载液得到的标准曲线(n=3)Table 2 Calibration curves under different phosphoric acid volume fractions (n=3)

由表2可见，各磷酸体积分数下，标准曲线相关系数均在0.997 00～0.999 00左右，轻微波动可能与仪器稳定因素有关. 当磷酸体积分数从5%增加至30%时，斜率缓慢增长，5%磷酸所对应斜率明显偏低，20%磷酸与30%磷酸所对应斜率差异不大. 标准曲线斜率代表反应灵敏度，说明当磷酸体积分数从5%增加至30%，反应灵敏度缓慢增加，从20%处开始趋于稳定，但总的来说相差不大. 非零截距反映了测试中存在的误差，包括随机误差、系统误差和过失误差[23]. 考虑仪器波动，除5%处偏低外，各体积分数下截距相差不大. 综合考虑，体积分数为10%～20%的磷酸浓度作为载液较为理想.

2. 2 不同体积分数的磷酸环境中，硝酸残留对锗的荧光值的影响

在40 μg/L锗溶液中，分别加入体积分数0、1%、3%、5%、7%、9%硝酸，分别以3%、5%、10%、20%磷酸作为载液，测试锗的荧光强度，结果如图1所示. 由图1可见，当硝酸体积分数超过1%时，锗的荧光信号值随硝酸体积分数上升显著减弱. 当硝酸体积分数为9%时，锗的荧光值积分仅有硝酸体积分数为1%时的五分之一左右. 谱图对比如图2所示.

图1 锗的荧光强度随硝酸体积分数变化的趋势Fig. 1 Fluorescence intensity of germanium varies with volume fraction of nitric acid

图2 不同体积分数硝酸中锗的荧光强度对比Fig. 2 Comparison of germanium fluorescence intensity in different nitric acid volume fractions

刘明钟等[24]提到锗的测定应尽量赶尽硝酸，避免其带来的负干扰. 钟鸣[25]提到样品中存在硝酸，将让测定结果变小. 原子荧光测锗的原理为硼氢化钾在酸性条件下将锗还原为气态氢化物，同时生成氢气，由载气送入原子化器发生原子化[26]. 锗有4个价电子，在溶液中容易形成稳定的四价离子[27-28]，因此不存在价态问题. 推测上述现象的原因为硝酸的氧化性干扰了还原反应. 国外有文献发现在硝酸蒸汽中，锗会生成其氧化物晶体[29]，是否存在类似效应尚需探讨.

因此，后续试验在赶酸流程中，加热至酸体积不再减少(硫酸在160 ℃下较难挥发)，取下放冷，加入5 mL超纯水，再次加热至体积不再减少，以确保除去硝酸.

2. 3 大蒜加标试验

大蒜加标试验结果表明，样品平均回收率为109.7%，数据如表3所列.

表3 大蒜样品加标试验结果Table 3 Results of recovery experiments

2. 4 有机锗消解效果验证

有机锗较难消解. 陈青川等[30]认为只有硝酸-硫酸法适用于锗-132的测定. 因此消解试剂选用5 mL硝酸加2 mL硫酸. 本次测定的保健食品样品中锗-132的含量标示值为100 mg/粒. 三次试验测得胶囊中总锗含量的平均值为17.4 mg/粒，按分子量换算后，相当于81.4 mg的锗-132，与标示值之比为81.4%. 三次平行测定RSD值为0.9,说明硝酸+硫酸作为消解试剂进行微波消解能较好地破坏锗-132，可以作为有机锗保健食品总锗测定的前处理方式. 具体数据如表4所列.