電驅(qū)動膜萃取法在蔬菜水果硒元素檢測中的應(yīng)用

李 勇 張周洋 田 芳 唐嬌艷 鄧 勇

(湖南省郴州市食品藥品檢驗檢測中心，湖南 郴州 423000)

電驅(qū)動膜萃取法在蔬菜水果硒元素檢測中的應(yīng)用

李 勇 張周洋 田 芳 唐嬌艷 鄧 勇

(湖南省郴州市食品藥品檢驗檢測中心，湖南 郴州 423000)

提出一種新方法，將樣品通過混合酸消化后應(yīng)用電驅(qū)動膜萃取技術(shù)富集其中的硒元素，然后測定其含量。結(jié)果表明，該方法縮短了檢測時間，減少了試劑消耗，實際樣品檢出限可達到0.005 mg/kg，平均回收率為92.4%。通過國家標準物質(zhì)驗證，試驗結(jié)果符合其不確定度要求。該方法適宜蔬菜水果中硒的檢驗。

蔬菜；水果；硒；樣品檢出限；電驅(qū)動；膜；萃取

近年來，富硒產(chǎn)業(yè)尤其是富硒蔬菜、水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方興未艾，但其質(zhì)量參差不齊，對其硒含量的檢測也相對滯后。目前食品中硒元素的檢測方法主要有氫化物原子熒光光譜法[1](以下簡稱國標第一法)、熒光法[2](以下簡稱國標第二法)、石墨爐原子吸收光譜法[3]以及ICP—MS(電感耦合等離子體質(zhì)譜儀)法[4]等。其中，石墨爐原子吸收光譜法硒元素樣品檢出限為0.05 mg/kg[5]，達不到蔬菜、水果檢測的要求(低于0.01 mg/kg[6-7])。ICP—MS法硒元素樣品檢出限為0.002 mg/kg[8-9]，準確性高，能滿足檢測要求，但設(shè)備昂貴，操作難度大，日常保養(yǎng)、維護成本較高。熒光法只能檢測硒含量為0.02～1.00 mg/kg的樣品，并且樣品需要提前烘干，耗時太長，使用的DAN試劑具有一定毒性，結(jié)果也不夠準確。氫化物原子熒光光譜法因其樣品檢出限較低(0.025 mg/kg)，且靈敏度較高和分析速度較快等特點，是當前硒檢測的主要方法。但由于普通蔬菜、水果含水量高，硒含量低(低于0.01 mg/kg)，消化后樣品待測液硒含量常常低于或接近儀器的樣品檢出限，結(jié)果可信度低。同時由于其基體復雜，在消化過程中，某些成分會與消化液作用產(chǎn)生難溶性絮狀物，對結(jié)果產(chǎn)生干擾。因此急需創(chuàng)新適合蔬菜、水果中硒元素的檢測方法。針對以上方法檢測蔬菜、水果硒含量，存在樣品檢出限較高、操作繁瑣、復雜基體干擾大、耗時長等系列問題，本研究擬將電化學經(jīng)典方法與食品檢驗技術(shù)聯(lián)用，設(shè)計一套電驅(qū)動膜萃取裝置，將其加入試驗的前處理階段，預(yù)先富集樣品中的硒元素，并利用離子交換膜的選擇透過性排除復雜基體的干擾。目前，電驅(qū)動膜萃取或電驅(qū)動膜滲析的方法廣泛應(yīng)用于工業(yè)淡水預(yù)處理和環(huán)境污染治理中[10-11]，近年來在醫(yī)藥領(lǐng)域也有一些應(yīng)用[12]，而食品領(lǐng)域相關(guān)的研究較少[13-14]。本研究將電驅(qū)動膜萃取新方法應(yīng)用到蔬菜、水果的硒含量檢測當中，并對其實際檢測效果進行了研究，為食品元素檢驗領(lǐng)域提供了一條新思路。

1 電驅(qū)動膜萃取裝置與方法

1.1 裝置原理與設(shè)計

1.1.1 裝置原理 電驅(qū)動膜萃取是指通過電勢差驅(qū)使帶電化學離子發(fā)生遷移，使目標物質(zhì)從復雜樣品基底中分離、萃取和富集的一項技術(shù)。在樣品前處理過程中引入電驅(qū)動膜萃取裝置，利用電力驅(qū)動，使硒通過離子交換膜從樣品池遷移到接收瓶中。試驗中經(jīng)反復摸索，確定電流、電導率以及萃取時間等最佳條件，排除復雜樣品基體的干擾，實現(xiàn)了對硒元素的富集。由于同時采用較小的定容體積，保持測定液中硒含量較高，從而提高了樣品中硒元素檢出限。

1.1.2 電驅(qū)動膜萃取裝置 裝置由電泳儀電源、樣品池、輔助瓶、接收瓶、電極和115膜構(gòu)成。電泳儀電源提供穩(wěn)定的電流，正負兩極連接鉑片電極，鉑片電極分別置于輔助瓶、接收瓶中，115膜裁剪成適合大小以中空環(huán)形螺帽固定在瓶上。裝置設(shè)計圖見圖1。

1. 電泳儀電源 2. 樣品池 3. 接收瓶 4. 115膜 5. 環(huán)形中空螺母 6. 輔助瓶 7. 鉑片電極

1.2 材料與儀器

1.2.1 材料與試劑

樣品來源：胡蘿卜、萵筍、小白菜、花椰菜、茄子、蘋果、香蕉、奇異果，郴州本地菜市場購買；

黃瓜、臍橙：郴州北湖區(qū)富硒產(chǎn)業(yè)基地；

蘋果、大棗：山東棗莊富硒產(chǎn)業(yè)基地；

梨：湖北恩施富硒產(chǎn)業(yè)基地；

菠蘿、番石榴、火龍果：福建詔安富硒產(chǎn)業(yè)基地；

獼猴桃：貴州開陽富硒產(chǎn)業(yè)基地；

硒標準溶液：國家鋼鐵材料測試中心GSB G 62029-90(3401)，濃度 1 000 μg/mL，介質(zhì) 10% HCl，批號14072312；

高氯酸、硝酸、鹽酸、硼氫化鉀、硫脲、抗壞血酸、30%過氧化氫、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉：優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司；

Nafion 115膜：美國杜邦公司。

1.2.2 主要儀器設(shè)備

雙通道原子熒光光度計：AFS-230E型，配IFS-30雙泵斷續(xù)流動系統(tǒng)，AS-10自動進樣器，北京海光儀器公司；

電泳儀電源：DYY-4C型，北京六一儀器廠；

鉑片電極：鉑片定制規(guī)格為10 mm×10 mm×0.1 mm，定制。

1.3 方法

1.3.1 硒標準曲線的繪制 分別移取100 ng/mL硒標準使用液0.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00 mL于100 mL容量瓶中(相當于1 mL含0.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00 ng硒)，依次加入0.2 mol/L中性磷酸鹽緩沖溶液50 mL，5%抗壞血酸10 mL和5%硫脲溶液10 mL，以5%鹽酸溶液定容。放置15 min后，測定其熒光值(檢測條件：光電倍增管負高壓300 V；硒空心陰極燈電流50 mA；加熱溫度200℃；原子化器高度8 mm；載氣流量400 mL；屏蔽氣流量900 mL)，繪制標準曲線。

1.3.2 樣品處理及硒含量測定 將蔬菜、水果取其可食部用水洗凈后用紗布吸去水滴，打成勻漿后，稱取2.00 g(精確至0.001 g)試樣，置于消化瓶中，加 10.0 mL 混合酸(硝酸與高氯酸按體積比9∶1混合)及幾粒玻璃珠，以電熱板加熱消化。當溶液變?yōu)榍辶翢o色并伴有白煙時，再繼續(xù)加熱至剩余體積2 mL左右，切不可蒸干。冷卻，再加5%鹽酸5.0 mL預(yù)還原，不可超過5 min。冷卻后將消化液完全轉(zhuǎn)移至電驅(qū)動膜萃取裝置的樣品池中。調(diào)整電極距離為5 cm，接收瓶中加入0.2 mol/L 中性磷酸鹽緩沖溶液5.0 mL，輔助瓶中加入6 mol/L鹽酸溶液5.0 mL，樣品池中加入0.1 mol/L KOH溶液使pH值為9.0左右。打開電泳儀電源，設(shè)置電流為100 mA，萃取10 min，關(guān)閉電源，取出接收瓶。將接收瓶中溶液轉(zhuǎn)移至樣品管中，向樣品管中加入5%抗壞血酸1 mL和5%硫脲溶液1 mL，以5%鹽酸溶液定容到10 mL。放置15 min后，測定熒光值，代入標準曲線中可知測定液硒濃度。同時做空白試驗。

1.3.3 樣品中硒的含量的計算

(1)

式中：

X——樣品中硒的含量，mg/kg；

C——樣品測定液測定濃度，ng/mL；

C0——空白測定液測定濃度，ng/mL；

V——測定液總體積，mL；

M——樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 準確度試驗

與國標第一法進行對照,采用測定回收率的方式對方法的準確度進行評價。按照1.3.1繪制標準曲線，標準曲線數(shù)據(jù)見圖2。由圖2可知，標準曲線相關(guān)系數(shù)為0.998 1>0.995，線性良好。準確稱取富含硒元素的蘋果、菠蘿、番石榴、黃瓜、火龍果、大棗、梨、獼猴桃、臍橙樣品2.00 g于消化瓶中，按1.3.2方法和國標第一法分別消化和測定樣品中硒含量，結(jié)果見表1。根據(jù)配對t檢驗[15]計算可知|t|=0.254

圖2 標準曲線Figure 2 Standard curve

表1 硒含量檢測結(jié)果Table 1 Selenium content test resultsmg/kg

表2 加標回收率試驗結(jié)果Table 2 The recovery of standard addition test results

2.2 方法的精密度

取黃瓜樣品6次平行測定結(jié)果，計算其相對標準偏差，結(jié)果見表3。由表3可知，6次平均結(jié)果為0.117 mg/kg，相對標準偏差S=0.8%。說明本方法重現(xiàn)性良好。

2.3 樣品檢出限

對應(yīng)蔬菜、水果類別，取硒含量低的本地胡蘿卜、萵筍、小白菜、花椰菜、茄子、蘋果、香蕉、奇異果作為本底，分別加入硒標準使用液0.00，0.20，0.40，0.60，0.80，1.00 mL(當定容體積為10 mL時，相當于測定液1 mL含0.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00 ng硒)，按照1.3.2方法消化和測定其熒光值。根據(jù)其熒光值做標準曲線，得到線性方程If=KC+b。當熒光值大于零時，試驗有意義，可得到其檢出限C≥K/b，并根據(jù)定容體積與樣品量得到樣品檢出限，結(jié)果見表4。由表4可知，8種蔬菜水果的樣品檢出限范圍為0.004 8～0.005 4 mg/kg，相對標準偏差S=0.02。按國標第一法和國標第二法方法分別做樣品檢出限，可得到國標第一法的樣品檢出限為0.025 mg/kg；國標第二法的樣品檢出范圍為0.02～1.00 mg/kg。

表3 平行測定結(jié)果?Table 3 Parallel determination results mg/kg

2.4 國家標準物質(zhì)驗證結(jié)果

對國家標準物質(zhì)豆角、芹菜、大蔥中硒含量進行了測定，進一步驗證方法的準確度。結(jié)果見表5。由表5可知，實測結(jié)果符合其不確定度要求。說明本方法結(jié)果準確。

2.5 與第三方實驗室比對驗證結(jié)果

本方法分別與湖南省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院、SGS通標標準技術(shù)服務(wù)有限公司(上海)譜尼測試集團上海有限公司作三方試驗比對。結(jié)果見表6。結(jié)果表明，本方法結(jié)果與第三方結(jié)果相吻合，準確有效。

2.6 與國家標準方法的使用效果對比

將本方法與國家標準兩種方法中一些關(guān)鍵點進行了比對和評價，結(jié)果見表7。由表7可知，本方法相對于國標兩種方法，在保證試驗結(jié)果準確的前提下，具有耗時少、試劑毒性小、預(yù)還原過程準確穩(wěn)定、樣品檢出限低和能消除復雜基體影響的優(yōu)勢。

表4 樣品檢出限?Table 4 The sample detection limit

表5 與國家標準物質(zhì)比對結(jié)果Table 5 The comparison verification results with china certified reference materals mg/kg

表7 與國家標準方法效果比對Table 7 Effect comparison with the national standard method

3 結(jié)論

本研究將電驅(qū)動膜萃取技術(shù)應(yīng)用于蔬菜、水果的硒元素檢測中，設(shè)計了一種電驅(qū)動膜萃取裝置，提出了新的檢測方法，回收率達到88.0%～96.7%，實際樣品檢出限達到0.005 mg/kg，精密度高。同時做標準物質(zhì)比對并與第三方檢驗機構(gòu)進行能力驗證，結(jié)果準確、符合要求。將本方法與國家標準方法關(guān)鍵步驟進行了比較，結(jié)果表明，本法具有更低的樣品檢出限和更高的工作效率，更適用于蔬菜、水果中硒含量的檢測，將對中國富硒產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極促進作用。

試驗中，因樣品消化液含酸，轉(zhuǎn)移入樣品池中會導致其溶液電導率值不斷變大。若樣品池中溶液電導率值接近接收瓶中溶液電導率值，裝置的富集效率和重復性會受到影響。研究符合試驗要求的最低電導率差值和如何降低樣品消化液對樣品池溶液電導率值影響的方法，有待進一步研究。

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Application of electric driven membrane extraction method in the detection of selenium in vegetables and fruits

LI YongZHANGZhou-yangTIANFangTANGJiao-yanDENGYong

(ChenzhouCenterforFoodandDrugControl,Chenzhou,Hunan423000,China)

A new method for the determination of selenium(Se) in vegetables and fruits was developed using electric membrane extraction. The effects of several factors were investigated, such as Time spent, Consumption of reagents and Detection limit of sample. The results showed that the detection limit of sample was 0.005 mg/kg by spending few time and reagent. The recovery of Se was 92.4% on an average. Through the verification of the national standard reference materials, the experimental results meet the requirements of the uncertainty. The method is suitable for the detection of selenium in fruits and vegetables.

vegetables; fruits; selenium; the sample detection limits; Electric drive; membrane; extraction

湖南省食品藥品監(jiān)督管理局食品藥品安全科技項目(編號：湘食藥科R201621)

李勇，男，湖南省郴州市食品藥品檢驗檢測中心高級工程師。

張周洋(1987-)，男，湖南省郴州市食品藥品檢驗檢測中心工程師。E-mail:eaton0362@163.com

2016—11—22

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.01.011