濁點萃取結(jié)合原子吸收光譜法檢測食品中的金屬

1重金屬污染檢測近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污染控制和污染控制變得越來越不平衡。越來越多的食品中的金屬污染發(fā)生，增加了人們對食品污染的焦慮，降低了食品的信心。王卓等調(diào)查2010～2012年度達(dá)州市食品中重金屬污染情況時發(fā)現(xiàn)畜肉、新鮮蔬菜和鮮牛奶等食品中鉛合格率低于80%,豬腎中鎘,鮮食用菌中汞,油條中的鋁等金屬污染現(xiàn)象突出。劉婷婷等對2010～2011年度內(nèi)蒙古地區(qū)食品中金屬污染調(diào)查分析顯示內(nèi)蒙古地區(qū)生產(chǎn)的食用菌(以鮮食用菌計)、蔬菜、蛋及蛋制品、糧食及糧食制品、乳及乳制品中存在重金屬污染。這些日常食品從環(huán)境中攝入金屬元素后,通過食物鏈的放大作用,成千上萬倍地富集起來,人們食用后,金屬元素進(jìn)入人體逐漸積累,危害人類的身體健康,甚至?xí)鹬卸?而且簡單蒸煮、浸泡或清洗不能去除其中的重金屬。因此,食品中金屬污染問題越來越引起世界各國及相關(guān)團(tuán)體和組織的關(guān)注,我國也嚴(yán)格規(guī)定了食品中鉛、鎘、砷、汞等限量標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的檢測方法。隨著人們對檢測質(zhì)量和方法需求的提高,越來越多先進(jìn)的與食品中金屬檢測相關(guān)的樣品前處理方法和儀器設(shè)備也得到了很大的發(fā)展。濁點萃取技術(shù)是一項新興的樣品分離富集技術(shù)。它以水相溶劑和濁點現(xiàn)象為基礎(chǔ),避免了大量昂貴、有毒的有機(jī)試劑的使用,是一類前景良好的“綠色”萃取技術(shù)。而且,它的萃取效率高,富集效果好,操作簡單,易于和一些儀器分析方法聯(lián)用。圖1總結(jié)了2000～2012年間與濁點萃取聯(lián)用的檢測儀器,包括原子吸收光譜、電感耦合等離子體發(fā)射光譜、電感耦合等離子體-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、以及分子光譜、熒光光譜和其他一些技術(shù),其中火焰原子吸收法的頻率最高,達(dá)到了42%。本文簡要介紹了濁點萃取技術(shù)的原理、影響因素以及濁點萃取技術(shù)-火焰原子吸收技術(shù)在食品中金屬離子檢測中的應(yīng)用。2濁點萃取技術(shù)2.1表面活性劑水溶液的增溶與分離濁點萃取(cloudpointextraction,CPE)最早是由Wantanabe將其應(yīng)用于金屬離子的測定。它是利用表面活性劑的增溶作用和濁點現(xiàn)象分離富集金屬元素。表面活性劑是一類具有親水端和疏水長鏈的分子。在低濃度下能降低水和其他溶液的表面張力,既能溶解于極性溶劑中,也可以溶解于非極性的有機(jī)相中,具有雙親性質(zhì),能起到增溶、乳化、分散、濕潤、發(fā)泡、抗靜電和抗腐蝕等作用,廣泛應(yīng)用于洗滌、紡織造紙、化工、催化、制藥、皮革加工和生物模擬等領(lǐng)域。當(dāng)其水溶液濃度達(dá)到或超過一定值后(臨界膠束濃度,CMC),會發(fā)生聚集,形成親水基團(tuán)向外,疏水鏈向內(nèi)的膠束,可增加親油溶質(zhì)在水溶液中的溶解度,這就是表面活性劑水溶液的增溶作用。濁點現(xiàn)象也就是當(dāng)表面活性劑水溶液溫度達(dá)到一定程度時,溶液會出現(xiàn)渾濁和相分離的現(xiàn)象,此時的溫度稱為濁點。由于表面活性劑只能增加疏水性物質(zhì)的溶解度,對于極性的金屬離子,人們常利用絡(luò)合劑形成絡(luò)合物后,增加其疏水性,再與表面活性劑形成膠束,升溫后,膠束不斷聚集,溶液渾濁,最終導(dǎo)致相分離,離心后,金屬離子隨著絡(luò)合劑進(jìn)入富集表面活性劑的凝聚相,而其他親水性物質(zhì)則留在水相中,從而達(dá)到分離富集的目的。由于該相粘度較大,一般都經(jīng)酸化甲醇、乙醇等有機(jī)物稀釋后導(dǎo)入火焰原子吸收光譜儀進(jìn)行測定,其基本原理圖見圖2。2.2影響濁點萃取效果的因素濁點萃取是一種液-液萃取技術(shù),雖然目前對于濁點現(xiàn)象產(chǎn)生的原理還存在爭議,但是根據(jù)傳統(tǒng)的萃取理論,從分配系數(shù)、富集系數(shù)及萃取率等角度考慮,可以看出表面活性劑性質(zhì)和濃度、pH值和絡(luò)合劑的性質(zhì)、平衡時間和溫度等是影響濁點萃取效果的主要因素。2.2.1非離子型表面活性劑的應(yīng)用濁點萃取的效果關(guān)鍵取決于濁點溫度,而表面活性劑的結(jié)構(gòu)和濃度都影響著濁點溫度。表面活性劑一般分為非離子型和兩性離子型。隨著溫度升高,非離子型表面活性劑出現(xiàn)渾濁分層的現(xiàn)象,兩性型表面活性劑則需要降低溫度才會出現(xiàn)兩相。除此以外,離子型表面活性劑臨界膠束濃度較高,在水溶液中的溶解度通常都大于非離子型的,這就會導(dǎo)致其在表面活性劑凝聚相中的濃度變小,萃取效率和富集效果等都不如非離子型表面活性劑。因而,一般非離子型表面活性劑多被用來進(jìn)行濁點萃取。表面活性劑的親水和疏水部分也影響CPE的萃取效率。若親水部分相同,則疏水鏈越長,濁點越低,反之,對于相同疏水鏈長度的表面活性劑,濁點則隨著親水鏈長度的增加而增加。Gu等研究了直脂肪鏈聚氧乙烯烷基醚累的表面活性劑濁點和結(jié)構(gòu)之間的經(jīng)驗關(guān)系其中,NE和NC分別為表面活性劑分子中的聚氧乙烯鏈和脂肪鏈中的碳原子個數(shù)。表1例舉了CPE中常用的表面活性劑的臨界膠束濃度和濁點溫度。CPE通過表面活性劑形成膠束,包裹著金屬離子絡(luò)合物達(dá)到分離富集的目的,因而表面活性劑的濃度也至關(guān)重要。首先,至少要大于等于其臨界膠束濃度,才能形成穩(wěn)定的膠束。然后繼續(xù)增加濃度,被包裹的疏水性物質(zhì)也隨著增加,萃取率得到了提高,但是隨著濃度的繼續(xù)增大,表面活性劑凝聚相的體積也隨之增大,反而降低了分配系數(shù)和富集系數(shù)。應(yīng)用濁點萃取技術(shù)時,理想的表面活性劑是那些濃度合適的親水鏈長較短,疏水鏈長度適中的非離子型表面活性劑。圖3總結(jié)了2000～2012年間用于進(jìn)行金屬離子濁點萃取技術(shù)的表面活性劑的種類。其中95%以上的都是非離子型表面活性劑,而且TritonX-114的使用頻率達(dá)到71%,其次是TritonX-100和PONPE,這主要是因為TritonX-114具有濁點較低,密度大,價格便宜,純度高,毒性小等優(yōu)點。2.2.2ph值對萃取性能的影響溶液體系的pH值本身對于非離子型表面活性劑萃取來說影響不大,但是對于CPE在金屬分析方面的影響還是不可忽視的。因為只有在pH合適的體系中,金屬離子才能與絡(luò)合劑形成穩(wěn)定的疏水絡(luò)合物,從而能夠萃取進(jìn)入表面活性劑凝聚相。王記蓮采用濁點萃取技術(shù)測定黃豆中鉛含量時,考察了體系pH值對萃取率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在pH值為7~9時,萃取效率最大且相對穩(wěn)定。她同時也觀察到了隨著絡(luò)合劑1-苯基-3-甲基-4-苯甲?；?5-吡唑啉酮(PMBP)用量的增加,萃取效率升高,當(dāng)用量為0.5~2.0mL時,萃取效率達(dá)到最大且保持不變。杜軍良等研究了pH值和絡(luò)合劑8-羥基喹啉在檢測蜂蜜中痕量錳的影響,結(jié)果表明隨著溶液pH值的增大,錳的萃取率也相應(yīng)增加,在pH值達(dá)到9時,萃取效率接近100%,但是隨著pH值地繼續(xù)增加,萃取率顯著下降,同樣的現(xiàn)象也存在于絡(luò)合劑用量的選擇上。因此在濁點萃取技術(shù)中,理想的pH值和絡(luò)合劑應(yīng)對目標(biāo)金屬離子有較大的生成系數(shù),且盡量不與共存離子生成絡(luò)合物。同時,應(yīng)加入稍過量的絡(luò)合劑以保證絡(luò)合反應(yīng)完全發(fā)生而且降低可能發(fā)生的干擾反應(yīng)。2.2.3萃取時間的確定高溫通常會有利于CPE中溶質(zhì)的萃取,降低非離子表面活性劑的水溶性,提高萃取效率,縮短萃取達(dá)到平衡的時間,因此一般情況下,平衡溫度都高于濁點15～20℃。對于金屬離子萃取來說,平衡時間一定要大于絡(luò)合完全所需的時間,保證所有的離子都能進(jìn)入表面活性劑凝聚相。增加平衡時間有助于提高萃取率等,但是過長的時間對萃取沒有幫助,因而,一般情況下,平衡時間在10min以上即可獲得較好的萃取效果。唐祝興等采用濁點萃取技術(shù)測定飲料中微量鉛時,研究了平衡溫度對萃取效率的影響,結(jié)果表明對于Triton-114體系(濁點溫度22~25℃),萃取率隨著平衡溫度的升高而增加,在40℃時最高,繼續(xù)升溫反而不利于萃取的發(fā)生。王秀峰等分別就5~30min和20~100℃考察了TritonX-100體系萃取淡水魚中痕量鉛時萃取效率的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)平衡時間在20min時,萃取率最大,繼續(xù)增加時間沒有明顯增加。當(dāng)平衡溫度達(dá)到80℃時,鉛的萃取最好,低溫或者高溫都不利于鉛的萃取。倉金順等研究不同平衡溫度和時間對黃豆粉中測定微量鋅的萃取效率的影響時,發(fā)現(xiàn)對于TritonX-100體系,當(dāng)萃取溫度在75~85℃,萃取時間達(dá)到15min以后,萃取率大而且穩(wěn)定。3痕量金屬檢測技術(shù)濁點萃取技術(shù)最早應(yīng)用于水溶液中金屬離子的檢測,隨后在環(huán)境、中藥、生物和食品等領(lǐng)域得到了很好的發(fā)展。目前在食品領(lǐng)域,結(jié)合靈敏度高、操作簡單的火焰原子吸收光譜技術(shù),能夠檢測的痕量金屬已經(jīng)達(dá)到幾十種,例如鉛、鈷、鎘,鉻、銅,鎳,鋅、鉬、鐵、錳等,表2是近年來報道的一些應(yīng)用實例[25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45]。Lemos等成功地采用在線濁點萃取-FAAS技術(shù)測定食物中的錳,富集系數(shù)是14,檢測通量為每小時48個樣品,其中檢測時間是75s,極大地提高了檢驗效率,目前該方法已成功應(yīng)用于蝦粉、白面、豆粉及燕麥等食品中。4表面活性劑的實驗研究問題和傳統(tǒng)萃取技術(shù)相比,濁點萃取具有操作簡單,不使用有機(jī)溶劑,環(huán)境污染少,萃取和富集效率高,檢出限低等優(yōu)點,但是目前對于其