牛奶是人類(lèi)最基本的食物組成之一，無(wú)論其是以原始的形態(tài)出現還是以各種乳制品形式出現。2008年嬰兒配方奶粉被污染的丑聞在中國公開(kāi)后，國家加大了公眾對污染可能性的意識，并加強了監管乳制品的嚴格性。中國現在面臨的要求是，無(wú)論國內還是國外，都需要改善食品安全。眾所周知，鉛是有毒的元素，會(huì )損害神經(jīng)系統，對年幼的兒童會(huì )產(chǎn)生眾多不利影響，這也是自上世紀70年代以來(lái)它一直是備受關(guān)注的原因。

　　根據世界衛生組織(WHO)標準，鉛在飲用水中允許的上限為10μg/kg(ppb)。以下深入審查毒理學(xué)文獻中顯示，中國對于嬰兒配方奶(ppb濕重)中鉛含量上限為20μg/kg(使用牛奶作為原料，取適量準備投入使用的產(chǎn)品，將奶粉溶解為液體奶以后測定)，對于新鮮牛奶中鉛的限量為50μg/kg。

　　歷年來(lái)對于鉛的分析，石墨爐原子吸收光譜法(GF-AAS)都是主流方法之一。目前，中國監管部門(mén)認可的進(jìn)行鉛分析的標準方法中，石墨爐原子吸收光譜法被認定為食品檢測的強制仲裁方法。為了更好地保護消費者，所用的分析方法應該具備靈敏度高、效率高而且成本低等特點(diǎn)，以便監測工作能更有效地完成。石墨爐作為一種成熟的技術(shù)，通俗易懂，而且在常規實(shí)驗室中使用較為頻繁，因此非常適合用于此項檢測。樣品制備對于整個(gè)實(shí)驗分析來(lái)說(shuō)起著(zhù)至關(guān)重要的作用，而且也是整個(gè)過(guò)程中最為耗時(shí)的一個(gè)部分。

　　通常來(lái)說(shuō)，牛奶是成乳液或帶有水流基體的乳脂球膠體狀態(tài)。原奶的詳細成分會(huì )因動(dòng)物種類(lèi)的不同而有差別，但是它們都包含乳糖、脂肪、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)以及維生素等。正是由于這些復雜基體的存在，在測定樣品前，通常建議對牛奶樣品進(jìn)行微波消解或加熱酸消化處理，以達到完全分解牛奶樣品的目的。然而，這種做法將消耗很多時(shí)間，而且當樣品溶液中的鉛含量在μg/kg時(shí)，對于整個(gè)前處理過(guò)程的質(zhì)量控制要求非常嚴格，相比簡(jiǎn)單的稀釋來(lái)說(shuō)，對于試劑空白的要求及環(huán)境的要求也更為嚴格。

　　為了克服這些問(wèn)題，此實(shí)驗建立了一種簡(jiǎn)單的采用直接稀釋的方法用于樣品的制備，然后采用石墨爐原子吸收光譜法進(jìn)行自動(dòng)分析。這種方法最大限度減少了樣品制備的時(shí)間，并減少了潛在污染的來(lái)源，而且保證的分析的速度。

　　實(shí)驗條件

　　儀器

　　采用帶有火焰和縱向塞曼石墨爐的珀金埃爾默PinAAcle 900T型原子吸收光譜儀，用于不同牛奶樣品中鉛含量的測定。PinAAcle 900T采用橫向加熱的方式與縱向塞曼相配合，使整個(gè)石墨管的管長(cháng)方向上溫度分布均勻且恒定。這完全實(shí)現了恒溫平臺石墨爐技術(shù)(STPF)在石墨爐分析中的應用，當分析懸浮液樣品時(shí)，我們可以采用水溶液的標準曲線(xiàn)來(lái)校準樣品中的復雜基體并獲得準確可靠的結果，且記憶效應及潛在干擾的減少可以提高樣品的吸收信號。

　　儀器配有AS900自動(dòng)進(jìn)樣器，實(shí)驗使用珀金埃爾默鉛空心陰極燈作為光源。在所有的測量過(guò)程中均使用到標配的石墨管和1.2mL的聚丙烯自動(dòng)進(jìn)樣器樣品杯。儀器采用WinLab 32軟件進(jìn)行控制，該軟件時(shí)在微軟Windows7操作系統下運行的。PinAAcle 900T儀器設置參數總結見(jiàn)表1。

　　樣品采集

　　本實(shí)驗一共調查了6種不同乳制品的15個(gè)樣品，代表了中國商品化牛奶的主要類(lèi)型，包括奶粉，脫脂奶粉，全脂奶，低脂奶，兒童牛奶和酸奶。所有樣品均從原始包裝中采集到密封潔凈的聚乙烯袋中，分別標注好并送往實(shí)驗室冷藏保存，直到分析。

　　樣品制備

　　所有溶液的配置均使用從MiliQ-Element系統(Millipore,Milford,MA,USA)中出來(lái)的超純去離子水(DI)。優(yōu)級純或更高級別的硝酸(69～70%)和雙氧水(30%)(晶銳化工有限公司)。無(wú)金屬的聚丙烯瓶和吸管，在使用前用約5%的稀硝酸進(jìn)行預清洗并用去離子水沖洗干凈。

　　對于接下來(lái)的石墨爐原子吸收分析，使用非離子型活性劑Triton X-100，用0.5%的硝酸將其稀釋成0.1%的濃度，作為日后實(shí)驗中的稀釋劑和空白。

　　準確稱(chēng)取1g液體奶或固體奶粉樣品，并轉移到15mL錐形聚丙烯管中，隨后將其稀釋定容到10mL，并劇烈震蕩幾分鐘，以確保均勻性。將制備好的懸浮液立即置于自動(dòng)進(jìn)樣器中準備分析，這些懸浮液的穩定期能至少超過(guò)2天。這種快速稀釋測定的方法即使是對于非常有挑戰性的全脂奶粉也可以保證穩定時(shí)間，這對于日常的異常核查已足夠?？瞻滓彩遣捎靡粯拥某绦騺?lái)進(jìn)行制備，除非另有說(shuō)明，所有的樣品在常規的分析基礎上都制備了平行樣。

　　脫脂奶粉和強化型嬰兒配方奶粉在制作過(guò)程中蛋白含量特征被做了相應的修改，相比其它任何奶粉中的蛋白質(zhì)含量都高，加入硝酸后容易凝固造成非均勻的懸浮液。因此在這些情況下，奶粉樣品可以分散在0.2～0.5%的TritonX-100溶液中，短短的10分鐘超聲有利于將奶粉分散且穩定幾個(gè)小時(shí)，石墨爐分析結果也較為滿(mǎn)意。

　　為了驗證方法的可靠性，在試驗中我們還使用了ICP-MS進(jìn)行結果的比對，同時(shí)還采用Multiwave 3000高壓微波消解系統(PerkinElmer,Inc.,Shelton,CT)用于樣品的完全消解，消解過(guò)程中使用的是硝酸和雙氧水的混合體系。

　　校準

　　牛奶樣品中的鉛含量均非常低，因此所有使用的試劑都必須為優(yōu)級純以上。因此，本實(shí)驗中使用的是珀金埃爾默優(yōu)級純單元素標準(2%硝酸基質(zhì)中的鉛)和基體改進(jìn)劑(10%硝酸鈀和1%硝酸鎂)。校準曲線(xiàn)采用20μg/kg的鉛標液作為儲備液，通過(guò)AS900自動(dòng)進(jìn)樣器自動(dòng)進(jìn)行濃度的配備。

　　方法驗證

　　石墨爐原子吸收測定的程序通過(guò)加標回收實(shí)驗及由美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)提供的NIST1549非脫脂奶粉標物及中國計量科學(xué)研究院(SRM)的GBW08509a脫脂牛奶標物的測定來(lái)進(jìn)行驗證。這兩個(gè)商品化凍干的標物可被視為任何乳制品的樣品。

　　此外，這些結果同時(shí)也采用傳統的消解程序處理樣品，用NexlON 300X ICP-MS(PerkinElmer,Inc.,Shelton,CT)進(jìn)行測定來(lái)比對。完全消解是采用Multiwave 3000微波消解系統來(lái)進(jìn)行處理的。對于ICP-MS測定的儀器的運行參數參考的是日常建立的程序。

　　結果與討論

　　石墨爐的升溫程序經(jīng)過(guò)了仔細優(yōu)化以確保最小的基體干擾及保證待測元素不會(huì )有損失，詳細的升溫程序見(jiàn)表2。由于存在樣品基體干擾的風(fēng)險，因此在升溫程序中附加了一個(gè)干燥步驟，使用干燥的壓縮空氣作為特殊氣體以去除樣品中的炭，一個(gè)批次中超過(guò)50個(gè)樣品，僅僅有一個(gè)樣品存在炭渣殘留的情況。PinAAcle 900T光譜儀中彩色攝像頭對于檢查進(jìn)樣針到石墨爐的位置具有非常大的優(yōu)勢，石墨管中的平臺，在優(yōu)化干燥和灰化步驟以除去未消解奶基質(zhì)時(shí)，能很好地確保樣品不會(huì )發(fā)生爆沸和濺射。(如圖1)。

　　因此，這個(gè)可以更簡(jiǎn)單和快速地進(jìn)行石墨爐升溫程序方法開(kāi)發(fā)。

　　對于鉛的測定，當使用專(zhuān)利THGA設計的STPF技術(shù)時(shí)，能確保溫度的均一性，高的原子化效率，并有效降低基體干擾，因此，牛奶樣品可不經(jīng)過(guò)完全消解即可測定。測定過(guò)程中，每個(gè)樣品溶液平行測定3次，采用峰面積積分的方式來(lái)獲取數據。(圖2給出了各種溶液峰形圖的疊加圖)。

　　STPF技術(shù)的獨特優(yōu)勢如下：即使峰不會(huì )在完全相同的時(shí)間出峰，采用峰面積進(jìn)行計算仍可以獲得一致的準確結果。為了驗證方法的準確性，實(shí)驗中還對NIST 1549無(wú)脂奶粉和NIM GBW0859a標物進(jìn)行測定。直接法對兩個(gè)標物的測定值與標準給出的參考值高度吻合，結果見(jiàn)表3，證明了該方法的高精度。同時(shí)，對GBW08509a還進(jìn)行了加標回收實(shí)驗，加入的單標鉛分別為儲備液濃度的5-，100和200%，同樣實(shí)現了定量回收，結果見(jiàn)表3。

　　方法檢出限(MDLs)，定義的乳制品樣品的濃度單位為μg/kg(ppb)，通過(guò)測定試劑空白的吸光度值，統計數據得出相對標準偏差，3倍標準偏差即為方法的檢出限，用于表征方法的靈敏度。這個(gè)方法使用的樣品體積為16μL，10倍的稀釋因子，則MDL為0.25μg/kg(ppb)，這個(gè)是此方法比較大的一個(gè)優(yōu)勢。因此，對原始乳制品樣品進(jìn)行測定的MDL相比以前傳統的方法(大約20μg/kg)能低兩個(gè)數量級左右，表明該方法非常適用于測定乳制品中的鉛含量。

　　為了對采用這種簡(jiǎn)單的石墨爐原子吸收光譜法測定數據進(jìn)行比對，所有收集的乳制品均采用傳統的微波消解進(jìn)行完全消化，然后采用ICP-MS對其中的鉛進(jìn)行測定，表4對每個(gè)乳制品中的鉛含量進(jìn)行了匯總。

　　需要重點(diǎn)強調的是，兩個(gè)獨立的測試方法之間沒(méi)有顯著(zhù)差異，這也進(jìn)一步說(shuō)明了整個(gè)方法的準確性。然后，采用傳統方法消解后的樣品在ICP-MS上測定時(shí)相對標準偏差(RSD)較大，這很可能是由于在樣品的前處理過(guò)程中由于樣品稀釋引入的誤差。雖然ICP-MS比GFAAS的靈敏度更高，但是如果鉛的含量過(guò)于低同樣也會(huì )給測定帶來(lái)很大的不確定性。以上結果表明，當測定乳制品樣品時(shí)，不需要對樣品進(jìn)行完全消化，這樣的話(huà)既較少了樣品制備的時(shí)間，也可快速經(jīng)濟地獲取樣品結果。

　　GFAAS直接法測定值為23.9±2.7μg/kg;而用ICP-MS測定消解后的樣品值為25.7±8.7μg/kg，這兩個(gè)值都顯著(zhù)低于參考值(70±20μg/kg)。其它實(shí)驗室購買(mǎi)這種標物時(shí)也同樣存在此問(wèn)題?；谶@么高的偏差值(20μg/kg，29%的誤差)，對于A(yíng)QSIQ發(fā)布的GBW10017 SRM中鉛的實(shí)際認證結果還需要進(jìn)一步的調查和確定。

　　圖3 通過(guò)兩種方法測定的不同乳制品中的鉛含量對比

　　B) 液體奶樣品.

　　為了能更直觀(guān)地比較兩種方法，圖3中還對鉛的濃度和分析精度進(jìn)行了繪制，同時(shí)標注出了誤差大小。結果明顯地證明了采用簡(jiǎn)單處理-石墨爐直接精確分析鉛的含量有非常大的優(yōu)勢，即使原始的乳制品中鉛的含量非常低(在μg/kg的含量)，需要很好控制試劑空白，環(huán)境及處理過(guò)程的條件下也能很輕松完成測定。對于經(jīng)驗豐富的專(zhuān)業(yè)人員，樣品需要大量地稀釋?zhuān)彩蔷哂泻艽筇魬鹦缘?，而且消解過(guò)程非常耗時(shí)，耗費勞動(dòng)力，GBW10017測定值與參考值不吻合也是一個(gè)很好的證明。

　　結論

　　綜上所述，快速樣品稀釋并采用PinAAcle 900T全自動(dòng)石墨爐原子吸收法能成功應用到各種乳制品中鉛準確定量的實(shí)驗中。樣品處理程序的減少，最大程度上降低了樣品損失及污染的可能性。先進(jìn)的THGA技術(shù)能使化學(xué)干擾降到最低，方法檢出限遠低于Pb測定時(shí)可能碰到的正常范圍。這種方法也適用于分析含有脂肪和復雜基體的樣品。

　　ICP-MS能夠進(jìn)行多元素測定，而且靈敏度非常高。但對于初期購買(mǎi)設備的投入較大，而且對于簡(jiǎn)單的單元素分析測定GFAAS是個(gè)更好的方法選擇。GFAAS不僅選擇性好，靈敏度高，而且便于操作，能承受高基體的干擾。如果在加上簡(jiǎn)單的樣品制備，此方法無(wú)疑更適合于保護人類(lèi)健康對乳制品中幾個(gè)有毒元素含量的日常監測。