ICP-AES法測(cè)定口香糖中二氧化鈦含量

李偉，徐建玲

（東北師范大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)春 130117）

二氧化鈦，通常為白色粉末，是一種優(yōu)良的白色顏料，又因其具有化學(xué)穩(wěn)定性，幾乎不與食品成分發(fā)生反應(yīng)，因此二氧化鈦?zhàn)鳛槭称诽砑觿?，一直被廣泛應(yīng)用于糖果、口香糖、巧克力等食品中，以增加其亮度和色度。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直在食用含二氧化鈦的食物，但二氧化鈦的化學(xué)惰性和不溶性并不能保證它是無(wú)害的，關(guān)于二氧化鈦經(jīng)口服暴露而誘發(fā)的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)類的研究近年來(lái)逐漸呈上升趨勢(shì)［1-3］。實(shí)驗(yàn)證明二氧化鈦在胃腸道中可以很好地被吸收［2］。有研究表明以灌胃方式給予大鼠不同劑量的二氧化鈦，染毒90天后，結(jié)果顯示雌性大鼠納米二氧化鈦高劑量染毒組的白細(xì)胞計(jì)數(shù)、血紅蛋白含量、紅細(xì)胞壓積、紅細(xì)胞體積分布寬度、淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)、中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)均高于對(duì)照組；中劑量組紅細(xì)胞體積分布寬度明顯高于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）［1，2］。

此外二氧化鈦這種常見(jiàn)的食品添加劑，在膳食攝入和膳食排斥研究中越來(lái)越引起人們的興趣，而食品生產(chǎn)廠家并沒(méi)有準(zhǔn)確的給出二氧化鈦的添加水平。雖然食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)就食品添加劑二氧化鈦的最大使用量做出了明確的規(guī)定，但并未就二氧化鈦的形態(tài)及粒徑尺寸做出明確規(guī)定。最近研究表明有近36%的二氧化鈦食品添加劑的粒徑都小于100 nm，即以納米形態(tài)出現(xiàn)，目的是更好的提升食品的口感、顏色、感官和質(zhì)地等［1，2］。與原始材料相比，納米級(jí)粒子有其獨(dú)特的物理、化學(xué)和生物學(xué)特性，而這些特性（例如更大的比表面積和更強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性）則意味著納米級(jí)材料可能會(huì)對(duì)人類健康及環(huán)境產(chǎn)生意想不到的毒理學(xué)效應(yīng)［1，2］。因此了解食品中二氧化鈦的含量水平，可以為更進(jìn)一步研究二氧化鈦的飲食攝入、排出和生物效應(yīng)提供參考。

目前測(cè)定食品中二氧化鈦含量的方法有電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)用法、可見(jiàn)-近紅外光譜法和比色法等。其中，可見(jiàn)-近紅外光譜儀法和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)用法對(duì)設(shè)備要求高；雖然比色法操作簡(jiǎn)單，對(duì)儀器設(shè)備的要求不高，但電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的檢出限更低，分析更為準(zhǔn)確［4］。本文在消解樣品的基礎(chǔ)上，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES）法測(cè)定口香糖中二氧化鈦含量，對(duì)二氧化鈦在食品領(lǐng)域的合理使用提供更加可靠的科學(xué)依據(jù)，并對(duì)有關(guān)部門(mén)的監(jiān)督和管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

六種品牌的口香糖，均為市售，均購(gòu)自大型超市；氫氟酸、濃硫酸、混合酸：硝酸和高氯酸（體積比為9：1），均為優(yōu)級(jí)純，北京化工廠；鈦標(biāo)準(zhǔn)使用液（1000μg/mL），國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

FA2004型電子天平，上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司；DS-200高速組織搗碎機(jī)，邢臺(tái)潤(rùn)聯(lián)科技開(kāi)發(fā)有限公司；GHP600P型石墨電熱板，成都奧普樂(lè)儀器有限公司；Prodigy型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜，美國(guó)LEEMAN公司；SK-G06123K開(kāi)啟式真空/氣氛管式電爐，天津中環(huán)電爐股份有限公司；其它均為實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備。

1.3 口香糖樣品的消解

將口香糖樣品粉碎混勻后，稱取5g置于陶瓷坩堝，放入電爐中，450℃條件下高溫煅燒8h。煅燒結(jié)束后，自然冷卻至室溫。取5mL濃硫酸浸泡8h后轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯燒杯中。加入10mL混酸和1mL氫氟酸置于電熱板上，緩慢消解至溶液澄清透明，繼續(xù)加熱至趕酸結(jié)束，冷卻后轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，用去離子水定容，混勻，備用。按以上步驟進(jìn)行空白試驗(yàn)。

1.4 口香糖樣品中二氧化鈦的測(cè)定

樣品中的二氧化鈦在加熱條件下可溶于強(qiáng)酸，溶解后可直接用ICP-AES法測(cè)定釋放出的鈦離子，用鈦?zhàn)鳛槎趸伌嬖诘臉?biāo)志物，通過(guò)下列公式換算，可得樣品中二氧化鈦含量［5］：

式中，Χ為樣品中的二氧化鈦的含量，g/kg；c1為由標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的樣品溶液中的鈦的濃度，μg/mL；c0為由標(biāo)準(zhǔn)曲線得到的空白溶液中的鈦的濃度，μg/mL；50為樣品消解后定容的體積，mL；m為樣品的質(zhì)量，g；1.6681為1g的鈦相當(dāng)于1.6681g的二氧化鈦；計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字。

其中電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀器的工作條件如表1所示［5］。

表1 ICP-AES的儀器操作條件及參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)條件討論

在口香糖樣品的消解過(guò)程中，選擇在450℃的條件下高溫煅燒8h，這是因?yàn)闇囟冗^(guò)高，影響后續(xù)二氧化鈦在硫酸中的消解，溫度過(guò)低，則不能充分將口香糖中的有機(jī)物質(zhì)灰化，最終都會(huì)影響二氧化鈦的測(cè)定結(jié)果［6］。二氧化鈦化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，只有在長(zhǎng)時(shí)間加熱條件下才能溶解于硫酸和氫氟酸，加硫酸組測(cè)得的樣品中二氧化鈦的含量高于其它組的，因此消解用酸選擇硫酸和氫氟酸［7］。

2.2 工作曲線的繪制

將鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋成 0，0.1，1.0，10.0，50.0，100.0μg/mL系列濃度，按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)定并繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。結(jié)果表明：當(dāng)鈦的質(zhì)量濃度在0.1～100.0μg/mL之間時(shí)，鈦的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度與譜線強(qiáng)度的線性回歸方程為：y=3.6498x-1.5705，相關(guān)系數(shù)（R2）為0.9996。

圖1 鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液的工作曲線

2.3 口香糖樣品中二氧化鈦的測(cè)定結(jié)果

口香糖樣品中二氧化鈦含量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 口香糖中樣品中二氧化鈦的含量

由測(cè)定結(jié)果可知，不同品牌口香糖中二氧化鈦的含量差異較大，Sample-5含量最低，為1.15g/kg。Sample-3含量最高，為5.02g/kg，Sample-3中二氧化鈦含量約為Sample-5含量的4.4倍，其它樣品的二氧化鈦含量在1.14～5.02g/kg之間變化不等。測(cè)定結(jié)果與Weir以及Chen的測(cè)定結(jié)果基本一致，但Kim用ICP-OES（Inductively coupled plasma optical emission spectrometry，ICP-OES）法測(cè)定口香糖中二氧化鈦的平均含量?jī)H為0.04g/kg，與本實(shí)驗(yàn)的測(cè)定結(jié)果差別較大，可能的原因是口香糖產(chǎn)地和品牌的不同［8，9］。

GB2760-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑二氧化鈦》中允許二氧化鈦以著色劑的功能添加在果醬，涼果，巧克力，膠基糖果，除膠基糖果以外的糖果，果凍，膨化食品等產(chǎn)品中，根據(jù)食品種類的不同，規(guī)定的最大使用量也不同。由計(jì)算結(jié)果可知，Sample-3中的二氧化鈦含量已超過(guò)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的二氧化鈦在膠基糖果中的規(guī)定的最大使用量 5.0g/kg［10］。

2.4 精密度及檢出限

按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)Sample-1進(jìn)行5次平行測(cè)定，平均測(cè)定值為3.54g/kg，測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.9%（n=5），證明該方法精密度好。

按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)試劑空白樣品平行測(cè)定11次，濃度標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍即為檢出限，可求得本方法的檢出限為0.125mg/kg。

2.5 回收試驗(yàn)及檢出限

對(duì)6個(gè)樣品分別進(jìn)行加標(biāo)回收處理，加入二氧化鈦含量為3g/kg，回收率計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

由表3可知，Sample-6的加標(biāo)回收率最高，為96.67%，Sample-5的加標(biāo)回收率最低為92.00%，加標(biāo)回收率在92.00%～96.67%之間，平均加標(biāo)回收率為94.56%，符合實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范中關(guān)于加標(biāo)回收率在90%～110%的要求，說(shuō)明該方法的測(cè)定結(jié)果較為準(zhǔn)確。Kim用ICP-OES法測(cè)定糖果、口香糖、巧克力中二氧化鈦實(shí)驗(yàn)的加標(biāo)回收率為91.58%～98.65%，張帥用新式干灰化-濕法消解ICP-MS測(cè)定食品中的二氧化鈦實(shí)驗(yàn)的加標(biāo)回收率為93.9%～95.0%，本實(shí)驗(yàn)的加標(biāo)回收率結(jié)果與上述實(shí)驗(yàn)的加標(biāo)回收率基本一致［6，9，11］。

3 結(jié)論

（1）用ICP-AES法測(cè)量口香糖中二氧化鈦的含量，具有簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確、檢出限低，精確度高，重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，可大力推廣。

（2）不同品牌口香糖中二氧化鈦的含量差異較大，樣品中的二氧化鈦含量在1.15～5.02g/kg之間變化。

（3）Sample-3中二氧化鈦含量為5.02g/kg，略微超過(guò)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的二氧化鈦在膠基糖果中的規(guī)定的最大使用量（5.0g/kg）。