食品中微量元素检测方案(原子吸收光谱)

结果校准曲线 简介 食物中摄入的微量元素能影响到人类的营养状况，疾病及生理发育等。不管是日常需要摄入的营养元素还是一些有毒的元素，对于食品中的主量和微量元素都需要进行准确的定量，以帮助消费者更好地关注健康效果。在种植和加工过程中带入的金属都有可能对食品造成污染。 急性或慢性接触重金属将会导致神经系统功能的损坏，并且会对器官造成一定的影响。食品安全实验室进行这些分析时需要有一个高效且成本低的设备。 跟火焰原子吸收光谱法 (FAAS) 不一样，火焰原子吸收光谱法测定时基态的原子会迅速扩散到周围的空气中，石墨炉原子吸收法 (GFAAS) ， 作为一种测定总量的技术，能在石墨管中完成取样器泵入的样品的干燥和原子化的过程，这为我们提供了更多的可控性。即使样品体积以微升的量进样，石墨炉法也显著提高了测定的灵敏度并提供更优越的检出限。只有ICP-MS能达到GFAAS的检出限，但是GFAAS相对而言运行效率更高，操作简便而且对实验室设备的要求更少。 珀金埃尔默PinAAcle 900T原子吸收光谱仪(图1)采用独特的横向加热石墨墨原子化器(THGA)设计，确保整个石墨管管长方向上温度分布均匀，而采用纵向加热的石墨炉只有在石墨管的中间部分才有一小段恒温区(图2)。此外，横向加热的受热速度也较快。THGA石墨管快速，均匀的温度分布能有效降低或去除由于石墨管两端温度降低造成样品冷凝。这能显著提高样品测定的精度并减少记忆效应。PinAAcle 900T光谱仪能提供全面的恒温平台石墨炉 (STPF)技术，在分析时几乎不会受到干扰。针对不同基体的样品，仅仅需要采用水溶液的标液用外标法对样品进行测定而不需要采用标准加入法来测定。石墨管内的弧形平台设计能在STPF条件下测定任何元素(包括难熔元素)。 图1.珀金埃尔默 PinAAcle 900T 原子吸收光谱仪 图2.温度分布均匀的THGA石墨管及加热组件 样品制备 选择了五个不同的NIST食品标准参考物(SRM)，代表了人们日常消费的食品类型。这些食品包括无脂奶粉(乳制品)，菠菜(蔬菜)，蚌类组织(贝类)，牛肌肉(肉)，玉米麸皮(谷物)。 样品在装有16个HF100消解罐的Multiwave3000微波消解仪中进行消解。详细的消解程序见表1。将每个SRM称取将近0.55g助于预先清洗好的HF100 PTFE消解罐中，每个样品做一个平行样，加入5 ml硝酸(Fisher光谱纯)和2 ml双氧水(Fisher光谱纯)。16位的转塔中装有温度/压力传感器用于监控每个样品，以确保程序运行正常。此外，仪器上还配备有一个红外传感器用于在消解过程中检测每个位置的温度。所有的样品均完全消解并用去离子水(>18MQ)定容到50 ml。样品按同样的方式进行进一步的稀释。试剂空白，同样加入混合酸，和样品消解及准备运行相同的程序，也相应地进行了测定。 表1.6个NIST食品SRM及制备空白的消解程序 步骤 功率(W) 爬升(min) 保持(min) Fan 1 500 1 4 1 1000 5 1 3 1400 5 10 1 4(冷却) 0 15 3 仪器 所有数据均是在PinAAcle 900T原子吸收光谱仪的石墨炉模式下进行测定的，样品进样量为20微升，外加5微升的基体改进剂(第3页-表2)。测定As和Se时，我们采用带端盖的石墨管(货号为B3000653)代替标配的不带端盖的石墨管来进行测定(第3页-图3)。带端盖的石墨管能延长基态原子停留的时间，从而能提高灵敏度。用户可根据需要来更换管的类型，而且不需要更改石墨炉升温程序。带端盖的石墨管能用于测定所有的元素，除了V， Ti， Mo等难熔元素。对于这些高温元素，灵敏度不会有增加，反而会增加记忆效应(第3页-图4)。无极放电灯 (EDLs)用于As(货号：N3050605)和Se(货号：N3050672)的测定以提供更低的检出限和更好的光通量。 表2. GFAAS 法食定食品中的痕量元素升温程序 分析元素 波长 基体改进剂 管类型 灯 As 193.7 Pd/Mg(NO3)2 端盖管 EDL Cd 228.8 PO4/Mg(NO3)2 标准 HCL Cr 357.9 Mg(NO3)2 标准 HCL Cu 324.8 Pd/Mg(NO3)2 标准 HCL Fe 248.3 Mg(NO3)2 标准 HCL Mn 279.5 Pd/Mg(NO3)2 标准 HCL Ni 232.0 Pd/Mg(NO3)2 标准 HCL Pb 283.3 PO4/Mg(NO3)2 标准 HCL Se 196.0 Pd/Mg(NO3)2 端盖管 EDL 图3.标准THGA 石墨管(左)(货号.B3000641)和带端盖THGA石墨管(右)(货号.B3000653). 图4.使用带端盖和标准石墨管综合吸光度对比图*表明使用的是推荐的基体改进剂. 石墨炉程序 除了Se以外，其所所有的元素都是按照传统的升温程序来测定的，包括两个干燥步骤，一个灰化/热预处理步骤用于去除不需要的基体成分，在停气条件下的原子化步骤，及简要的除残步骤(表3)。Se测定的石墨炉程序在原始推荐条件下进行了修改，包含了使用氢气在Pb改进剂条件下的预还原步骤。这能保证在原子化阶段有较低的背景，减少了能较低数据质量的气相的干扰(表4). 表3.使用石墨炉法测定食品中痕量元素的石墨炉升温程序，使用氩气 步骤 温度 爬升时间伤保持时间 内气流量 气体类型 (°C) (s) (s) (mL/min) 1 110 1 30 250 正常 2 140 15 35 250 正常 3 1200 10 40 250 正常 4* 2100 0 4 0 正常 5 2450 1 3 250 正常 *读数步骤 表4.用于分析Se的石墨炉升温程序，采用Ar/H2作为替代气体 步骤 温度 爬升时间 保持时间 内气流量 气体类型 (°C) (s) (s) (mL/min) 1 120 1 40 250 特殊 2 1000 10 30 250 特殊 3 110 1 30 250 正常 4 140 15 40 250 正常 5 1200 10 45 250 正常 6* 2100 0 5 0 正常 7 2450 1 3 250 正常 *读数步骤 PinAAcle 900T光谱仪的可视系统(图5)可用于检查石墨炉进样针到石墨管的位置，并可以用于在测定食品基体时优化干燥的温度和时间。 图5.石墨炉可视系统抓拍的AS900自动进样器吐样的过程 所选择的校准点均确保样品能落在标准曲线的范围内。线性校正方程，采用强制过零点的方式，校准数据表明标线具有良好的相关系数。(表5)。选择使用特殊的Ar/H2用于检测Se，仪器和软件的设计让使用者操作起来非常方便。试剂空白同样也进行测定，结果表明试剂空白含量较低，基本可以忽略不计。 表5.食品中痕量元素的校准值 分析元素 波长 基体改进剂 管类型 灯 As 193.7 Pd/Mg(NO3)2 端盖管 EDL Cd 228.8 PO4/Mg(NO3)2 标准 HCL Cr 357.9 Mg(NO3)2 标准 HCL Cu 324.8 Pd/Mg(NO3)2 标准 HCL Fe 248.3 Mg(NO3)2 标准 HCL Mn 279.5 Pd/Mg(NO3)2 标准 HCL Ni 232.0 Pd/Mg(NO3)2 端盖管 HCL Pb 283.3 PO4/Mg(NO3)2 HCL Se 196.0 Pd/Mg(NO3)2 EDL 标准物质 五个不同ARM的定量测定结果见表6-10.回收数据是基于NIST提供的参考值的平均值基础上的。该方法中所有的实验数据的回收率均是在90-110%之间，而且都在NIST置信区间内。虽然无脂奶粉中铅和硒的参考值非常低，溶液中浓度分别为0.158 ug/L和1.26ug/L， PinAAcle也能得到良好的回收率。 高浓度的分子，小颗粒或烟雾能吸收或发射光源发出的光，均会造成非特征背景，这是最为常见的干扰类型。这是诸如食品消解液等高基体样品中非常值得注意的地方。纵向塞曼背景校正对于高基体或结构背景有很好的功效。吸收和背景信号都是在相同的光源，并且在相同的波长和相同的分辨率下进行测定的。这能确保结果的准确性，背景扣除的精确性。此外， PinAAcle 900T光谱仪的纵向塞曼设计，不需要使用任何的偏振镜。与其它设备上的横向塞曼设计比较，光通量要打50%左右，带有纵向塞曼扣背景技术的方法精度见表6-10，通过食品标物中痕量金属元素的回收率可以看见。 采用标准的升温程序，配备推荐的基体改进剂测定As， Cd， Cr， Cu， Fe， Mn， Ni， Pb均能取得较为满意的结果。自定义的升温程序能成功地进行Se的分析。自定义测定Se的程序可以在WinLab软件上通过AS900自动进样器的程序轻松实现，首先将改进剂打入到石墨管中，运行程序1-2，然后再把样品和稀释液打入到石墨管中，运行程序3-7. 表6. NIST1549无脂奶粉分析结果 分析元素 参考值 测定值 回收率 (mg/kg) (mg/kg) (%) Cd 0.0005±0.0002 * Cu 0.7 ±0.1 0.627 90 Pb 0.019±0.003 0.0158 83 Mn 0.26±0.06 0.268 103 Se 0.11±0.01 0.126 115 *浓度用这种技术检测不出来. Table 7.NIST1570a菠菜叶测定结果 分析元素 参考值 测定值 回收率 (mg/kg) (mg/kg) (%) Cd 2.89 ±0.07 2.61 90 Cu 12.2±0.6 12.5 102 Pb (0.20) 0.208 104 Mn 75.9±1.9 74.8 99 Ni 2.14±0.10 2.21 103 参考值列中()中的值不是定值，仅仅是参考值 表8.2976NIST贻贝组织测量结果 分析元素 参考值 测定值 回收率 (mg/kg) (mg/kg) (%) As 13.3±1.8 13.1 98 Cd 0.82±0.16 0.869 106 Cr 0.50±0.16 0.501 100 Cu 4.02±0.33 3.97 99 Fe 171.0±4.9 182 106 Pb 1.19±0.18 1.07 90 Mn 33±2 34.2 104 Ni 0.93±0.12 0.958 103 Se 1.80±0.15 1.74 97 表9NIST8414牛肉肌粉测定结果 分析元素 参考值 测定值 回收率 (mg/kg) (mg/kg) (%) Cd 0.013±0.011 0.0162 125 Cu 2.84±0.45 2.69 95 Fe 71.2±9.2 70.9 99 Pb 0.38±0.24 0.334 87 Mn 0.37±0.09 0.343 93 Ni 0.05±0.04 0.0631 126 表10. NIST8433玉米皮测定结果 分析元素 参考值 测定值 回收率 (mg/kg) (mg/kg) (%) Cd 0.012±0.005 * Cu 2.47±0.40 2.61 106 Fe 14.8±1.8 14.8 100 Pb 0.14±0.034 0.120 86 Mn 2.55±0.29 2.44 96 Ni 0.158±0.054 0.158 100 *此浓度采用这种技术测不出来. 珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司 地址：上海张江高科技园区张衡路1670号 邮编：201203 电话：021-60645888 传真：021-60645999 www.perkinelmer.com.cn 对各种SRM标物的测定结果清楚地表明， PinAAcle900T配合使用THGA石墨管，纵向塞曼背景校正技术及消除干扰的STPF条件，能对这些物质进行精确定量。此外， Multiwave 3000系统在密闭的微波消解罐中能实现对样品的完全消解。此外，各种SRM标物结果的吻合表明了Multiwave 300消解系统的功能多样性和耐用性，只需采用相同的试剂及相同的升温程序即可对多种类型的食品进行消解。此实验表明PinAAcle900T具有准确定量ppb低浓度范围的能力，从而降低了ICP-MS用于测定食品中这些元素的必要性。PinAAcle 900Z(仅含有纵向塞曼石墨炉)同样可以用于此项应用中。 实验条件样品制备选择了五个不同的NIST食品标准参考物（SRM），代表了人们日常消费的食品类型。这些食品包括无脂奶粉（乳制品），菠菜（蔬菜），蚌类组织（贝类），牛肌肉（肉），玉米麸皮（谷物）。样品在装有16个HF100消解罐的Multiwave3000微波消解仪中进行消解。详细的消解程序见表1。将每个SRM称取将近0.5 g助于预先清洗好的HF100 PTFE消解罐中，每个样品做一个平行样，加入5 ml硝酸（Fisher光谱纯）和2 ml双氧水（Fisher光谱纯）。16位的转塔中装有温度/压力传感器用于监控每个样品，以确保程序运行正常。此外，仪器上还配备有一个红外传感器用于在消解过程中检测每个位置的温度。所有的样品均完全消解并用去离子水(≥18 MΩ)定容到50 ml。样品按同样的方式进行进一步的稀释。试剂空白，同样加入混合酸，和样品消解及准备运行相同的程序，也相应地进行了测定。