食品中鈉含量測(cè)定方法的改進(jìn)

食品中鈉含量測(cè)定方法的改進(jìn)

1鈉含量測(cè)定中的應(yīng)用鈉是人體的重要養(yǎng)分，在人體中起著重要作用：調(diào)節(jié)身體中的水分和滲透，保持堿性平衡，降低鈉泵，維持血壓正常，參與胃酸反流的形成，增加神經(jīng)肌肉的興奮。但是過(guò)量的攝入鈉,同樣對(duì)人體產(chǎn)生害處:會(huì)影響鈣的重吸收,導(dǎo)致鈣的流失;會(huì)引起高血壓及其并發(fā)癥;會(huì)導(dǎo)致感冒、胃病、水腫、皮膚老化等?？梢?jiàn)鈉的攝入要適量,食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB28050-2011把鈉作為核心營(yíng)養(yǎng)素強(qiáng)制在食品標(biāo)簽上標(biāo)識(shí)其含量及占營(yíng)養(yǎng)素參考值的百分比,以便消費(fèi)者作為鈉攝入量的參考,這就使得食品中鈉含量的準(zhǔn)確測(cè)定顯得極為重要。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5009.91-2003(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“GB/T5009.91”)規(guī)定測(cè)定鈉含量的預(yù)處理方法為混合酸(硝酸+高氯酸)濕法消解。該法雖然能完全消解有機(jī)物質(zhì),但缺點(diǎn)也很突出:耗酸量大,硝酸和高氯酸都是強(qiáng)氧化性、強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)刺激性酸,接觸和吸入揮發(fā)物都會(huì)嚴(yán)重威脅人體健康,加熱反應(yīng)后的揮發(fā)物也是對(duì)人體及環(huán)境的極大毒害;高氯酸在高溫及與某些物質(zhì)混合時(shí)有引起燃燒爆炸的危險(xiǎn);另外還存在處理量小、耗時(shí)長(zhǎng)、需值守等缺點(diǎn)。因此有必要尋求更安全、便捷、高效的預(yù)處理方法。本文基于GB/T5009.91,選取常用的干法灰化及微波消解法同濕法消解分別對(duì)樣品的進(jìn)行預(yù)處理,用火焰原子吸收法進(jìn)行結(jié)果測(cè)定,以探討這兩種預(yù)處理方法用于食品中鈉含量測(cè)定的可行性。并針對(duì)火焰原子吸收法測(cè)定存在的問(wèn)題,從儀器條件、標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)范圍、方法準(zhǔn)確性及精密度、干擾因素、試液性質(zhì)影響等方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究。2試驗(yàn)部分2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)濃度范圍食品中的鈉主要來(lái)源于食品原料、食鹽的添加以及含鈉食品加工助劑和添加劑的使用,所以幾乎所有的食品中都能檢出鈉,含量相差巨大。GB/T5009.91中推薦的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)濃度范圍為(1.0~4.0)mg/L,范圍較窄,日常測(cè)定中往往需要把試樣稀釋幾千倍才能使?jié)舛嚷湓谇€(xiàn)范圍內(nèi),既增加了操作步驟(由于無(wú)法確定濃度可能要反復(fù)稀釋)、提高了工作量,又增加了誤差可能。因此有必要擴(kuò)大標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的濃度范圍,實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變儀器條件降低靈敏度,在保證測(cè)量的準(zhǔn)確性及精密度的前提下盡量提高標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的最大濃度值。2.1.1儀器、試藥和儀器實(shí)驗(yàn)所用儀器主要有PE-AA800型原子吸收分光光度計(jì)(帶有石墨爐及火焰爐,美國(guó)珀金埃爾默公司)、ETHOSONE型微波消解儀(意大利邁爾斯通公司)、VB24型智能樣品處理器(北京萊伯泰科公司)、TM-2010型陶瓷纖維馬弗爐(北京盈安美誠(chéng)公司)。所用試劑為鈉單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品GSB04-1738-2004,國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心),以及硝酸、高氯酸、過(guò)氧化氫、氯化銫等均為優(yōu)級(jí)純?cè)噭?所用水為一級(jí)水。2.1.2燃燒頭偏轉(zhuǎn)角度對(duì)靈敏度的影響鈉是化學(xué)性質(zhì)非常活潑的元素,其特征波長(zhǎng)為589.0nm,儀器靈敏度高,測(cè)定時(shí)信號(hào)強(qiáng)度大、吸光值很高,且容易受火焰中的電離干擾,在實(shí)踐中樣品測(cè)定信號(hào)極不穩(wěn)定,標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的線(xiàn)性很不理想。我們?cè)囼?yàn)了調(diào)節(jié)窄縫寬度、燈電流、燃燒頭高度及使用次敏線(xiàn)(空心陰極燈波長(zhǎng)為330.2nm)等措施,結(jié)果對(duì)降低吸光值作用有限,只能降低10%左右。我們決定通過(guò)偏轉(zhuǎn)燃燒頭的方式來(lái)降低儀器靈敏度并進(jìn)行了相應(yīng)研究,偏轉(zhuǎn)燃燒頭是通過(guò)調(diào)節(jié)燃燒頭的偏轉(zhuǎn)角度讓空心陰極燈只能照過(guò)火焰墻的一部分使吸收行程縮短,從而達(dá)到降低靈敏度的目的。圖1是濃度為10.0mg/L(取鈉單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋而成,下同)的標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同燃燒頭偏轉(zhuǎn)角度(相對(duì)于空心陰極燈光線(xiàn))下測(cè)定的吸光值。試驗(yàn)結(jié)果顯示燃燒頭偏轉(zhuǎn)角度達(dá)20度時(shí),吸光值從2.738降至0.546,靈敏度降低效果明顯。由于不同儀器性能不一,偏轉(zhuǎn)燃燒頭對(duì)儀器霧化器的霧化效果要求很高,要保證試樣液能均勻分布于火焰墻的整個(gè)長(zhǎng)度。本實(shí)驗(yàn)在保證準(zhǔn)確性的前提下選用20度的偏轉(zhuǎn)角度。2.1.3氯化加入量的確定高靈敏度元素在高溫原子化過(guò)程中因火焰溫度高產(chǎn)生電離作用而引起基態(tài)原子數(shù)減少,從而使檢測(cè)信號(hào)降低稱(chēng)為電離干擾。鈉是比較容易受電離干擾的元素,資料介紹加入一定量的氯化銫可以消除電離干擾,所以我們也進(jìn)行了電離干擾的確認(rèn)及消除試驗(yàn)。配制不同濃度的氯化銫濃度的溶液,加入一定量鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液使其濃度相同,測(cè)定吸光值,結(jié)果見(jiàn)圖2。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加入氯化銫吸光值并沒(méi)有明顯提高,這個(gè)結(jié)果與相關(guān)研究一致,也許是儀器性能不同或加入量不足的緣故。由于條件所限我們沒(méi)有進(jìn)行加大加入量以及其他消除劑(如氯化鉀)的研究,但為了防止意外,我們還是選用2.0g/L氯化銫溶液進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液及樣品的溶解。2.1.4標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)及檢出限由于降低了儀器的靈敏度,相應(yīng)地就可以提高了標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的濃度范圍。在保證曲線(xiàn)線(xiàn)性、檢出限及準(zhǔn)確性的前提下,我們以最高濃度點(diǎn)的吸光值不超過(guò)1.20為限,選用(1.0、3.0、6.0、10.0、15.0、20.0)mg/L作為曲線(xiàn)濃度系列。測(cè)定結(jié)果如圖3。曲線(xiàn)測(cè)定結(jié)果:線(xiàn)性過(guò)零點(diǎn),斜率為0.05340,截距為0,相關(guān)系數(shù)為0.999586。曲線(xiàn)測(cè)定數(shù)據(jù)穩(wěn)定,效果理想。最高濃度是標(biāo)準(zhǔn)推薦值的5倍,標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的濃度范圍加寬了。在該曲線(xiàn)下,大多數(shù)食品樣品經(jīng)預(yù)處理后稀釋100倍即可測(cè)定,避免了二次稀釋操作及產(chǎn)生誤差。由于已經(jīng)基本滿(mǎn)足檢測(cè)要求,我們沒(méi)有進(jìn)行更寬濃度范圍的研究。2.1.5標(biāo)準(zhǔn)偏差、檢出限、測(cè)定總標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算檢出限的測(cè)定取濃度為3.0mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)測(cè)定10次,計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差,然后按以下公式進(jìn)行計(jì)算:檢出限(mg/L)=標(biāo)準(zhǔn)濃度×3×標(biāo)準(zhǔn)偏差/測(cè)定平均濃度。結(jié)果檢出限為:0.058mg/L,結(jié)果理想。2.1.6相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差測(cè)定精密度采用濃度為10.0mg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)測(cè)定11次,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)偏差與平均濃度計(jì)算出相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表示。測(cè)定結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.59%,符合要求。2.3食鹽的用量我們選擇餅干作為實(shí)驗(yàn)用樣品,餅干在加工過(guò)程中一般要加入一定量的食鹽,使產(chǎn)品的鈉含量較高,又是以小麥為原料的培烤食品,且消費(fèi)量可觀(guān),比較有代表性。另外餅干容易粉碎,樣品均勻性好。試驗(yàn)中把樣品充分粉碎,密封保存?zhèn)溆谩?.3.1干法灰化和微波消解法樣品預(yù)處理的要求是簡(jiǎn)便高效為好,由于GB/T5009.91中推薦的樣品預(yù)處理方法只有混合酸濕法消解,這種方法如前述存在諸多缺點(diǎn),有必要改進(jìn)。干法灰化具有操作簡(jiǎn)單、處理量大、較安全、幾乎不用試劑等優(yōu)點(diǎn);微波消解法則具有快速高效、損耗少、處理量大、試劑用量少等優(yōu)點(diǎn)。這兩種方法都比較成熟及常用,在其他元素的測(cè)定中是濕法消解的理想替代。因此我們選擇干法灰化和微波消解法同濕法消解進(jìn)行對(duì)比,試驗(yàn)這幾種方法的準(zhǔn)確性,以期印證這兩種替代方法的可行性。2.3.1.消解酸硝酸鹽法我們對(duì)GB/T5009.91的濕法消解進(jìn)行了一些改動(dòng),稱(chēng)取約2g試樣于錐形瓶中加入混合酸(硝酸與高氯酸體積比為4∶1),放在電熱板上小火加熱消解。若溶液顏色準(zhǔn)備變黑是由于酸不足,取下放冷補(bǔ)加混合酸后繼續(xù)加熱,直至溶液澄清并冒白煙。取下放冷后加少量水,繼續(xù)加熱至酸液揮發(fā)完全,最后用水沖洗溶解定容成試液,按同樣的方法不加試樣做樣品空白。2.3.1.炭黑、灰化稱(chēng)取約2g試樣于瓷坩堝中,置電爐上小伙炭化至不冒煙,移入馬弗爐中于500℃灰化約4小時(shí)取出,如果還有炭黑則加少量硝酸潤(rùn)濕,小火加熱至干后放入馬弗爐繼續(xù)灰化完全。取出后用濃度為0.25mol/L的硝酸溶解定容制成試液,按同樣的方法不加試樣做樣品空白。2.3.1.微波消解法稱(chēng)取少于1g的試樣于聚四氟乙烯消解罐中,加入3mLH-NO3,在智能樣品處理器中于120℃反應(yīng)20min。放冷后加入2mLH2O2,旋緊蓋子放入微波消解儀中,設(shè)定好升溫程序后開(kāi)動(dòng)儀器消解。結(jié)束后放冷,用水轉(zhuǎn)移至錐形瓶中,于電熱板上小火加熱直至酸液揮發(fā)完全,最后用水沖洗溶解定容成試液,按同樣的方法不加試樣做樣品空白。2.3.2標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)及回收率多數(shù)元素在原子吸收法測(cè)定時(shí)受酸濃度的影響很大,而且濕法消解及微波消解酸度無(wú)法統(tǒng)一,因此我們進(jìn)行了酸度對(duì)測(cè)定結(jié)果影響程度的試驗(yàn)。用不同濃度的硝酸配制濃度為3.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液,上機(jī)測(cè)定其濃度并計(jì)算回收率(以0.3g/LCsCl溶液為空白),結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果顯示當(dāng)酸濃度在0.25mol/L時(shí),回收率與不加酸時(shí)基本一致,影響不大。當(dāng)酸濃度達(dá)到0.5mol/L以上時(shí),回收率達(dá)到了123.7%以上,對(duì)結(jié)果影響較大,且三種濃度下回收率基本一致,可以認(rèn)為酸度影響達(dá)到穩(wěn)定。所以樣品處理時(shí)酸濃度應(yīng)盡量保持跟樣品空白一致。試驗(yàn)中干法灰化選用濃度為0.25mol/L的硝酸溶液作溶劑,以更好地溶解灰分。2.3.3與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋比較由于食品樣品中的鈉含量相差巨大,有的樣品需要稀釋幾千倍才能測(cè)定。為了探究樣品稀釋對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響,我們特意進(jìn)行了不同樣品稀釋倍數(shù)測(cè)定的比對(duì)。在樣品中加入不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液,稀釋不同倍數(shù)使試液含標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度一致(4.0mg/L),上機(jī)測(cè)定并計(jì)算回收率,結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同稀釋倍數(shù)的加標(biāo)回收率在96.6%~101.8%之間,都在置信度范圍內(nèi),表明樣品稀釋對(duì)測(cè)定結(jié)果沒(méi)有影響。但要注意操作規(guī)范,樣品空白也要做相應(yīng)的稀釋。2.3.4干法灰化及灰化劑用量測(cè)定測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠是一種檢驗(yàn)方法是否可行的重要依據(jù),方法的準(zhǔn)確可靠性主要用加標(biāo)回收率來(lái)體現(xiàn)。因此我們進(jìn)行了這三種預(yù)處理方法的加標(biāo)回收率的比對(duì),稱(chēng)好試樣加入不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液,使其通過(guò)處理稀釋后的試樣中加標(biāo)含量分別為5.0mg/L及10.0mg/L。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。干法灰化測(cè)定結(jié)果加標(biāo)回收率為94.3%及96.7%,符合檢測(cè)要求,由于干法灰化是開(kāi)放式處理,在炭化及灰化過(guò)程損耗較大,造成回收率稍低?；一夹g(shù)細(xì)節(jié)如助劑的使用及灰化溫度的確定等有待于研究。微波消解法的加標(biāo)回收率為106.8%及105.9%,稍高但也符合要求,同樣的不同樣品的消解條件也有待研究。濕法消解的回收率相對(duì)較好,為104.9%及103.6%,但耗酸量較大,消解每克餅干約需要15mL混合酸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三種預(yù)處理技術(shù)均可作為食品中鈉含量測(cè)定的樣品預(yù)處理方法。3測(cè)定結(jié)果的分析通過(guò)對(duì)原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定鈉含量時(shí)儀器條件的研究,發(fā)現(xiàn)利用偏轉(zhuǎn)燃燒頭的方式可以顯著降低儀器的靈敏度,使標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)范圍擴(kuò)大到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5009.91推薦值的五倍。曲線(xiàn)相關(guān)系數(shù)為0.9996,檢出限為0.058mg/L,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.59%,方法準(zhǔn)確可靠。測(cè)量范圍的提高,使許多食品樣品經(jīng)過(guò)一次稀釋即可測(cè)定,簡(jiǎn)化了操作