蔬菜中氟的測定方法研究

陳 魏 胡德聰 王 惠 王 帆

(湖北出入境檢驗檢疫局湖北武漢430050)

1 前言

氟廣泛分布于自然界中，是人體和動物必需的微量元素之一，適量的氟對促進牙齒和骨骼的生產(chǎn)具有重要作用，但過量的攝入氟，會對人體產(chǎn)生危害，引起“釉斑牙”或骨骼鈣代謝絮亂等氟沉著［1］。據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，氟是除了鉛、砷、鎘、汞以外對人體和環(huán)境最具危害的化學元素之一，并且人體對氟的必需攝取量恰好處于安全限量的邊緣。從滿足人體對氟的需要到由于氟過多而導致中毒的量之間相差不多，因此氟的安全范圍比其他微量元素窄得多［2］。

蔬菜是人類攝入氟元素的主要來源之一，由于氟離子比較容易被蔬菜吸收和積累，在土壤－蔬菜系統(tǒng)中，氟污染不但影響蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì)，而且還會通過食物鏈直接或間接的進入人體，最終危害人類的生命和健康［3］。因此準確測定出蔬菜中的氟，特別是對于是低濃度的含氟蔬菜，并對其進行有效的評估和防治具有重要意義。

測定蔬菜中氟含量的方法有許多，氟離子選擇電極法以其電極結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、操作簡便、選擇性好、不受色度和濁度干擾等優(yōu)點，已經(jīng)得到廣泛的應用。現(xiàn)在測定食品中氟含量的現(xiàn)行有效的國家標準是 GB/T 5009.18 －2003《食品中氟的測定》［4］，其中第三法即為氟離子選擇電極法，該法的原理是:試樣經(jīng)酸浸提取后，在乙酸鈉－檸檬酸鈉介質(zhì)中，以飽和甘汞電極為參比電極，氟離子選擇電極為指示電極，用電極電位儀測定，其中氟離子選擇電極的氧化鑭單晶膜對氟離子產(chǎn)生選擇性的對數(shù)響應，氟電極和飽和甘汞電極在被測試液中，電位差可隨溶液中氟離子活度的變化而改變，電位變化規(guī)律符合能斯特(Nernst)方程式:E=E0－2.303·R·T·lgCF－/F。但是，在實際操作分析過程中，還存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在以下兩個方面:

(1)稱樣量偏低。隨著人們對食品安全的日益重視，國家于2005年頒布了GB 2762－2005《食品中污染物限量》，其中規(guī)定了蔬菜中氟的限量為1.0 mg/kg［5］;據(jù)國外文獻報道，成人對氟的最高允許攝取量為 0.05 mg/day/kg［6］，這就要求有對食品中氟準確可靠的測定方法。但是按照GB/T 5009.18－2003中第三法所規(guī)定的稱樣量，定容體積和線性范圍的最低濃度值可求出該方法測出的最低氟含量即為1.0 mg/kg。為了提高適用性，則必須加大稱樣量，才能使低氟含量樣品的濃度處于線性范圍內(nèi)。

(2)標準溶液線性范圍設(shè)計存在局限性。如果按照國家標準規(guī)定的線性范圍內(nèi)，大于最低濃度值的樣品均會超過限量，而低于最低濃度的樣品，則由于其濃度值不在線性范圍內(nèi)，無法得出較為準確的結(jié)果。此外，在低濃度范圍內(nèi)，氟離子選擇電極的能斯特響應是非線性的［7－8］，給測定結(jié)果帶來較大的誤差，按照國家標準僅配置4個標準溶液點很難計算出準確結(jié)果。

針對以上不足，本文首先研究了氟離子選擇電極的性能檢查、溫度和pH值對測定結(jié)果的影響以及標準曲線的變化規(guī)律。其次，研究了樣品的前處理過程及標準曲線的優(yōu)化，提出了加大稱樣量和多點校正曲線的改進方法，通過加大稱樣量可以有效滿足大部分樣品的測試濃度都在線性范圍內(nèi);采用多個標準溶液去校準可以很好的避免在低濃度范圍內(nèi)氟離子校正曲線不呈線性帶來的誤差。使結(jié)果更為準確。最后，對回收率、精密度及檢出限進行了研究，氟離子濃度在0.02ug/mL －5.0ug/mL 的濃度范圍內(nèi)，加標回收率的范圍為70%－115%，相對標準偏差范圍為0.82% －4.94%，檢出限為 0.2 mg/kg。證明該方法結(jié)果可靠。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 儀器與試劑

T70自動電位滴定儀:瑞士梅特勒·托利多。

2.1.2 試劑

水中氟離子標準溶液:國家標準物質(zhì)GBW(E)080549，濃度為1000 ug/mL;水:電阻率為18.2 MΩ·cm超純水;試劑:分析純或優(yōu)級純。

2.1.3 實驗材料

本地市場所購蔬菜樣品，按照蔬菜分類規(guī)則，將蔬菜分為葉菜類、瓜果類、根莖類。每類選取兩種常見蔬菜樣品作為代表:葉菜類:小白菜、菠菜;瓜果類:黃瓜、西紅柿;根莖類:藕帶、大蒜。

2.2 方法

主要參考國家標準GB/T 5009.18－2003《食品中氟的測定》中第三法—氟離子選擇電極法和相關(guān)文獻，并進行了優(yōu)化［7－10］。首先，用攪拌器攪拌樣品，保證樣品的均勻性，再稱取5.00 g的樣品，置于50mL容量瓶中，加10mL鹽酸(1+11)，密閉浸泡提取1h(不時輕輕搖動)，提取后加25mL總離子強度緩沖溶液(3mol/L乙酸鈉溶液與0.75mol/L檸檬酸鈉溶液等體積混合而成)，加水至刻度，混勻，待測;準備10個50mL容量瓶，于各容量瓶中分別加入經(jīng)逐級稀釋的氟標準溶液、10mL鹽酸(1+11)和25mL總離子強度緩沖溶液，配置成濃度依次為 0.02、0.05、0.1、0.2、0.3、0.35、0.4、0.5、1.0、5.0μg/mL 的氟標準溶液;最后，用氟離子選擇電極測試氟離子標準溶液和樣品溶液。

3 結(jié)果與討論

3.1 方法發(fā)展

3.1.1 氟離子選擇電極

在用氟離子選擇電極對樣品的測試過程中，除了嚴格按照標準規(guī)定的方法進行操作外，還需特別注意以下幾點:

(1)氟離子選擇電極的性能判斷。氟離子選擇電極的性能判斷也指氟離子選擇電極的斜率檢查，氟離子選擇電極的好壞直接影響電極的響應極限、線性范圍，以及分析結(jié)果的準確度和精密度［8］。

把濃度差為10倍的兩個氟標準溶液的電位差定義為電極的斜率，根據(jù)Nernst方程可知，E=E0－2.303·R·T·lgCF－/F，在 20℃ －25℃的范圍內(nèi)，氟離子濃度每改變10倍，氟離子選擇電極的電位變化值應在56－60 mv內(nèi)。如果電極的斜率表現(xiàn)下降，或讀數(shù)出現(xiàn)漂移時，則應更換電極，以免影響測試結(jié)果。

(2)pH值和溫度對氟離子選擇電極的影響。氟離子選擇電極只對游離的F－的有響應，當溶液的pH值較低時，發(fā)生如下反應:2F－+H+=HF+F－=HF2－，由于HF和HF2－均是弱酸，不能完全電離F－，使溶液中的氟離子濃度減小，從而使測試結(jié)果偏低。而當pH值較高時，溶液中的OH－會與氟離子選擇電極膜上的氟化鑭發(fā)生如下反應:LaF3+3OH－=LA(OH)3+3F－，結(jié)果導致溶液中引入額外的F－，使測試結(jié)果偏高，造成了較大誤差。因此嚴格控制反應溶液的pH值在5－6之間。

溫度的變化也會影響電極的電位值，并且溫度的改變還會改變電位穩(wěn)定的平衡時間，從而使測試結(jié)果造成較大的誤差，較好的溫度是約為25℃［9］。因此，實際測定過程中一定要保持測試溫度的穩(wěn)定。

3.1.2 標準曲線的配置與測定

為了研究氟離子標準校正曲線的變化規(guī)律，分別配置濃度為 0.01、0.02、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、1.00、5.00 μg/mL 的標準溶液，用電位儀分別測量其mv值，結(jié)果見表1。

表1 標準溶液的濃度值與電位值

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，以電位值為縱坐標，以氟離子濃度為橫坐標，在半對數(shù)坐標紙上繪制標準曲線，結(jié)果如圖1。

從圖1中可以看出，氟離子標準校正曲線分為2段，在高濃度范圍內(nèi)，氟離子校正曲線呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，但是在低濃度范圍內(nèi)，呈近似線性。其中拐點約為0.35 ug/mL。因此該曲線存在兩個線性方程式，詳細結(jié)果見表2。

圖1 氟離子標準校正曲線圖

表2 氟離子標準校正曲線方程

針對高濃度氟離子溶液(氟離子濃度大于0.35 ug/mL)，通常需用標準溶液進行5點校正，就能得出準確結(jié)果。然而在低濃度氟離子溶液范圍內(nèi)(氟離子濃度小于0.35 ug/mL)則需要更多的標準溶液進行多點校正［10］。這樣做的目的可能是在低濃度范圍內(nèi)，曲線方程是由若干條曲折的直線方程構(gòu)成，配置的標準溶液的點越多越密，由兩點之間構(gòu)成的折線也越多越密，最終這些折線會近似成一條曲線。當測試樣品溶液時，儀器會根據(jù)其mv值選擇與其最接近的一條折線，并按照這條折線所處直線方程的斜率求出樣品的實際濃度。因此本文結(jié)合以上觀點及實際操作的可行性，確定了以0.02、0.05、0.1、0.2、0.3、0.35、0.4、0.5、1.0、5.0 ug/mL的標準溶液去校正氟離子標準曲線。

3.2 回收率、精密度和檢出限

本文研究了蔬菜樣品的回收率和精密度，分別設(shè)置了4個加標水平:加標水平Ⅰ(0.2 mg/kg為檢出限點);加標水平Ⅱ(1 mg/kg為限量值);加標水平Ⅲ(3.5 mg/kg為曲線拐點);加標水平Ⅳ(50.0 mg/kg為曲線最高點)，具體見表3、表4、表5。

表3 西紅柿的回收率及精密度測定(n=6)

表4 小白菜的回收率及精密度測定(n=6)

表5 大蒜的回收率及精密度測定(n=6)

菠菜、黃瓜、藕帶得出的結(jié)果與上文類似，故未列出。從表中可以看出，以5.00g的稱樣量方式和多點校正曲線法進行試驗，其回收率范圍為70% －115%，相對標準偏差范圍為0.82% －4.94%，此外，檢出限實驗研究表明，蔬菜中氟的檢出限為0.2 mg/kg。

4 結(jié)論

本研究建立的加大稱樣量結(jié)合多點校正標準曲線的方法，可以有效準確的測定蔬菜中氟的含量。與國家標準比較，該方法更加科學合理，更具有可操作性。在實際檢測過程，針對國標無法有效滿足低氟蔬菜(氟含量≤1.0 mg/kg)測定的情況下，應用該方法，對低氟含量的測定有著良好效果。該方法回收率好，相對偏差小，還可為有關(guān)部門治理環(huán)境污染、控制蔬菜質(zhì)量提供科學依據(jù)。

［1］ 胡勤海，曾星，葉兆杰.杭州市郊菜區(qū)大氣及蔬菜中氟化物的含量和分布［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，1996，9(1):31 －33.

［2］ M Krelowska－ Kulas.Content of fluorine in vegetables and fruits from an industrial area［J］.Die Nahrung，1994，38(4):397－401.

［3］ 朱書法，張景會，趙戰(zhàn)坤.洛陽市郊區(qū)蔬菜地土壤蔬菜中氟含量的相關(guān)性分析［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36(8):3045－3046.

［4］ GB/T 5009.18－2003食品中氟的測定［S］.

［5］ GB 2762－2005食品中污染物限量［S］.

［6］ Maja Ponikvar et al.Daily dietary intake of fluoride by Slovenian Military based on analysis of total fluorine in total diet samples using fluoride ion selective electrode［J］.Food Chemistry，2007，103:369–374.

［7］ 李中愚，姜波.氟離子選擇電極—濃度比例尺法測定低濃度氟化物［J］.環(huán)境科學與技術(shù)，1995，1:19 －21.

［8］ 李建國，李菊梅.氟離子選擇電極法在測試中應注意的問題［J］.分析實驗室，2011，1(20):97 －98.

［9］ 周友定.氟離子選擇電極的影響因素及對策［J］.中國衛(wèi)生檢驗雜志，2001，1:746 －747.

［10］ Thermo scientific氟離子電極操作手冊.