ICP-OES內(nèi)標(biāo)法及標(biāo)準(zhǔn)加入法測定食品中鋁

高喜鳳，韓曉曉，趙寅，張寒霜，冉佼艷，劉艷明

山東省食品藥品檢驗研究院，國家市場監(jiān)管重點實驗室（肉及肉制品監(jiān)管技術(shù)），山東省食品藥品安全檢測工程技術(shù)研究中心，山東省特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品質(zhì)量控制工程技術(shù)研究中心（濟南 250101）

鋁元素在地殼中的含量居第3位，僅次于氧和硅，是地殼中含量最豐富的金屬元素，但是鋁并不是人體必需的元素，多項醫(yī)學(xué)研究表明，過量攝入鋁對人體健康有著很大的危害，鋁具有聚積性，會在大腦、肝、脾、腎、甲狀腺等組織器官蓄積，容易導(dǎo)致阿爾茨海默癥、嬰幼兒智力障礙、腎功能障礙、骨質(zhì)疏松、關(guān)節(jié)疼痛等疾病，過多的鋁也會危及消化系統(tǒng)，影響人體對磷、鐵、鈣等營養(yǎng)元素的吸收[1-5]，多項調(diào)查研究數(shù)據(jù)顯示，食物是人體鋁來源的最主要途徑，特別是含鋁添加劑的食物[6]，油條、粉絲、糕點、水產(chǎn)品等食品在各地抽檢監(jiān)測中經(jīng)常出現(xiàn)鋁含量超衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限量的情況，主要是因為食品在加工過程中過量使用明礬、泡打粉等含鋁添加劑[7-9]。GB 2760——2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中明確規(guī)定面制品等食品中添加劑的使用范圍、用量和殘留量，但是仍有不法商販為了降低成本、改善賣相，在食品中違規(guī)使用含鋁食品添加劑，造成鋁含量超標(biāo)，嚴(yán)重危害，因此加強對食品中鋁的監(jiān)管具有非常重要的意義。

GB 5009.182——2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鋁的測定》中規(guī)定4種鋁的檢測方法[10]：分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）和石墨爐原子吸收光譜法。分光光度法容易受到顯色時間、顯色穩(wěn)定、溶液酸堿度和體系內(nèi)其他成分的干擾，試驗操作繁瑣、靈敏度低[11-13]；石墨爐原子吸收光譜法測定鋁存在著非光譜干擾，導(dǎo)致測定靈敏度降低和干擾增加[14-17]；ICP-MS法具有檢出限低、動態(tài)線性范圍寬、干擾少、精密度高、分析速度快等明顯優(yōu)勢[18-20]，但由于儀器價格昂貴，使用成本太高，普及性不廣；而ICP-OES法具有線性范圍寬、試劑用量少、結(jié)果重現(xiàn)性好等優(yōu)點，被企業(yè)和檢測機構(gòu)廣泛應(yīng)用于食品中鋁的測定，但是由于ICP-OES法測定鋁容易出現(xiàn)譜線重疊干擾或基體效應(yīng)的干擾，致使測定值偏高，因此如何應(yīng)用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法準(zhǔn)確測定食品中的鋁非常重要。

ICP-OES內(nèi)標(biāo)法根據(jù)分析元素與內(nèi)標(biāo)元素在等離子體中的行為相似，可在很大程度上抵消由于分析條件波動引起的譜線強度波動等因素帶來的影響，從而改善方法的精密度提高測定的準(zhǔn)確度。標(biāo)準(zhǔn)加入法可以最大限度地消除基體干擾，當(dāng)樣品基體成分很高，而且變化不定或樣品中含有固體物質(zhì)而對吸收的影響難以保持一定時，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法非常有效。

由于單純采用外標(biāo)法不能夠很好地解決電感耦合等離子體發(fā)射光譜法存在的光譜干擾現(xiàn)象和基體影響，試驗建立內(nèi)標(biāo)法和標(biāo)準(zhǔn)加入法2種方法，對ICPOES測定食品中鋁進行方法優(yōu)化和改進，并應(yīng)用ICPMS法進行結(jié)果比對驗證，為準(zhǔn)確應(yīng)用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定食品中的鋁提供技術(shù)保障。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

硝酸、鹽酸、30%過氧化氫（優(yōu)級純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液、釔標(biāo)準(zhǔn)溶液（均為1 000 μg/mL，中國計量科學(xué)研究院）；銦標(biāo)準(zhǔn)溶液、鈧標(biāo)準(zhǔn)溶液（均為1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)粉條（批號F0022308，北京曼哈格生物科技有限公司）；硝酸（酸純化儀純化后使用）。

1.2 儀器與設(shè)備

Optima 8000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國PerkinElmer公司）；Mars 6微波消解儀（美國CEM公司）；Advantage A10超純水機（美國密理博公司）；MS204S電子天平（瑞士梅特勒-托利多公司，精度0.1 mg）；FED240電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品前處理

稱取0.5 g左右經(jīng)過干燥、粉碎等手段進行預(yù)處理后的樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入8 mL硝酸和1 mL過氧化氫進行微波消解，設(shè)定微波消解程序，見表1，消解完畢冷卻后取出內(nèi)罐，置于趕酸電熱板上，140 ℃趕酸至近干，用超純水定容至50 mL容量瓶中。

表1 微波消解程序

1.3.2 儀器工作條件

功率1 500 W；等離子體流量10 L/min；霧化器流量0.55 L/min；輔助氣流量0.2 L/min；進樣延遲30 s；選取Al 396.153 nm作為分析譜線進行測試。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

1.3.3.1 內(nèi)標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)溶液

用體積分?jǐn)?shù)2%的硝酸溶液將1 000 μg/mL的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級配制成質(zhì)量濃度為0，0.10，0.50，1.00，1.50，2.00，5.00，10.00和20.00 μg/mL的一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，并分別取0.1，0.2，0.4和0.5 mL 1 000 μg/mL的鈧、銦、釔內(nèi)標(biāo)溶液至50 mL的鋁標(biāo)準(zhǔn)系列中，配制成內(nèi)標(biāo)濃度分別為2，4，8和10 μg/mL的鋁標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

測定標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液中鋁元素的信號響應(yīng)值，以各標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液中鋁元素與內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)信號值的比值為縱坐標(biāo)，鋁元素濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3.2 標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)溶液

將微波消解前處理后的實際樣品溶液均分成6份，第1份樣品溶液不加入鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，另外5份樣品溶液分別加入100 μg/mL的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，使加標(biāo)的溶液質(zhì)量濃度分別為0.10，0.50，1.00，1.50和2.00 μg/mL，將未加標(biāo)樣品作為標(biāo)準(zhǔn)零點處理到標(biāo)準(zhǔn)溶液中，加標(biāo)曲線反向延長線對應(yīng)的濃度即為樣品溶液中鋁的濃度。

2 結(jié)果與分析

2.1 分析譜線的選擇

鋁的常見分析波長有396.153，308.215，394.401，237.313和309.271 nm，以2.0 μg/mL的鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液作為測試液，在儀器最佳條件下，觀察各譜線的干擾和背景影響情況，選擇其中峰形窄、干擾少、背景值低、信噪比高的譜線396.153 nm作為分析譜線進行測試。

2.2 內(nèi)標(biāo)元素及濃度的選擇

ICP-OES中普遍存在基體效應(yīng)，內(nèi)標(biāo)法和標(biāo)準(zhǔn)加入法是消除基體效應(yīng)引起的非光譜干擾的主要手段[21-23]，內(nèi)標(biāo)法是根據(jù)分析譜線相對強度進行定量分析，可使由光源波動引起的譜線強度變化得到補償，從而消除干擾。一般的內(nèi)標(biāo)元素有Sc、In、Tb、Lu、Re、Rh、Bi和Y，試驗選取Sc、In和Y進行內(nèi)標(biāo)法研究和結(jié)果比對，因為其與鋁元素有相近的蒸發(fā)性質(zhì)、相近的激發(fā)電位和電離電位，相近的光譜背景影響[24]。

按照1.3.1的方法配制成內(nèi)標(biāo)元素鈧、銦、釔質(zhì)量濃度分別為2，4，8和10 μg/mL的鋁標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，并制作標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線。

選取購買的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)粉條（鋁標(biāo)示值169±17 mg/kg），在85 ℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中干燥4 h后進行稱樣測定，樣品溶液同樣與內(nèi)標(biāo)溶液相匹配，并對樣品進行3次加標(biāo)回收測定，測定結(jié)果如表2。

表2 不同內(nèi)標(biāo)溶液的加標(biāo)回收情況（n=3）

分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，Y作為內(nèi)標(biāo)元素濃度為4~10 μg/mL時，加標(biāo)回收率較好、檢測結(jié)果與質(zhì)控樣中位值更接近，由于選擇內(nèi)標(biāo)元素時，內(nèi)標(biāo)元素的濃度在100倍檢出限時為最佳[25]，試驗測得儀器Y的檢出限為30 μg/L，所以選擇Y作為ICP-OES測定鋁的內(nèi)標(biāo)元素，將內(nèi)標(biāo)Y的濃度確定為4 μg/mL。

2.3 方法學(xué)驗證

2.3.1 線性方程、相關(guān)系數(shù)

應(yīng)用ICP-OES對標(biāo)準(zhǔn)溶液進行測定，線性相關(guān)系數(shù)如圖1~圖3所示。R2大于0.999，說明無內(nèi)標(biāo)和選用內(nèi)標(biāo)Y的質(zhì)量濃度在4.0 mg/L時，在0.10~20.0 μg/mL的濃度范圍內(nèi)、標(biāo)準(zhǔn)加入法0.10~2.0 μg/mL的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)均呈現(xiàn)良好線性關(guān)系。

圖1 外標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線

圖2 內(nèi)標(biāo)Y為4.0 mg/L時標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線

圖3 標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)溶液工作曲線

2.3.2 方法一致性研究

選用小麥粉、粉條等不同基質(zhì)、不同含量水平的樣品進行樣品的微波消解前處理，通過ICP-OES外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法和標(biāo)準(zhǔn)加入法進行檢測分析，并應(yīng)用ICPMS法進行方法一致性驗證。

驗證結(jié)果如表3所示，應(yīng)用ICP-OES外標(biāo)法質(zhì)控樣檢測值不在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，相對誤差（SRE）、加標(biāo)回收率均不符合GB/T 27404——2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范》的要求，ICP-OES標(biāo)準(zhǔn)加入法、內(nèi)標(biāo)法和ICP-MS法測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)粉條的檢測結(jié)果符合質(zhì)控樣的要求，加標(biāo)回收率分別為94.2%~107.2%，95.7%~104.7%和96.7%~103.6%，均符合GB/T 27404——2008對于加標(biāo)回收率的要求，且對每種樣品進行5次平行測定，SRSD分別為4.82%，2.14%和1.54%，相對偏差小、方法精密度高，說明ICP-OES內(nèi)標(biāo)法、標(biāo)準(zhǔn)加入法和ICP-MS法均能準(zhǔn)確測定食品中的鋁。

表3 不同方法間結(jié)果比對

3 結(jié)論

試驗通過選用不同基質(zhì)的樣品進行電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定食品中鋁的方法研究，并將測定結(jié)果與電感耦合等離子體質(zhì)譜法進行比對分析，對同一樣品的測定，ICP-OES外標(biāo)方法其測定值高于ICPMS的測定值，為此建立ICP-OES內(nèi)標(biāo)法和標(biāo)準(zhǔn)加入的方法測定食品中的鋁，并進行質(zhì)控樣試驗和加標(biāo)回收試驗，均滿足實驗室質(zhì)量控制的要求。這2種方法精密度好、準(zhǔn)確性高，能夠有效解決ICP-OES可能存在的譜線重疊和基體效應(yīng)的影響，是對電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定食品中鋁的方法的優(yōu)化和改進，從而更好地為企業(yè)和監(jiān)管部門提供技術(shù)支持。