直接进样法测Pb“挑战”乳品新国标

　　　　——记PerkinElmer乳制品行业有害重金属分析技术高级应用培训班

　　【导语】不久前曾看到网上的一则新闻（乳制品行业有害重金属分析技术高级应用培训班），颇有些吃惊——做仪器的公司居然办起应用SOP培训班；挑的题目居然是争议大难度高的乳制品中重金属的检测；这个培训班还严格控制开班人数，导致每期报名hold不住，很多人都要排期到下次。当这个“神奇的”培训班在北京举办时，小编有幸实地考察了一番，这里分享一些见闻和感悟，希望对您的工作有些帮助，也许关于各种食品国标，您也有很多话想说……

　　快照：培训班概况

　　不久前，“PerkinElmer乳制品行业有害重金属分析技术高级应用培训班”在国家食品质量安全监督检验中心举办。20多位学员分别来自乳制品企业、质检部门、医院、大学等；PerkinElmer公司无机产品技术支持杨仁康老师、和国家食品质量安全监督检验中心的林立老师分别授课，包括：理论讲解、演示实验、用户亲手操作、操作中的答疑、以及最后的汇总讨论，短短两天，每位学员都掌握了这套“神奇”的方法。

　

理论与实践

　　这是一套什么方法？

　　炉内消解石墨炉原子吸收法直接测定乳品中金属元素

　　原理：样品经预稀释、自动进样器进样后，在石墨管中通过干燥、灰化、原子化等步骤，使样品蒸发解离形成原子蒸汽，对来自光源的特征电磁辐射产生吸收，通过测得的样品吸光度与标准吸光度比较，得到样品中被测元素的含量。

　　方法概要：用0.2%硝酸＋0.1%Triton X-100混合液将乳制品稀释，PerkinElmer AA600/800原子吸收光谱仪直接测定，钯和硝酸镁作为基体改进剂，同时在石墨炉干燥和灰化阶段，加入一步辅助气技术，消除积碳干扰，标准加入法直接测定乳制品中的铅等金属元素。

　　方法的优点：无需消化，可以直接分析液体样品、可溶于某溶剂的固体样品和可悬于某溶剂的固体样品等。检出限低（ppb级），快速方便、所需样品量少等。

　　实验条件：PerkinElmer AA600/800/900原子吸收光谱仪，配以AS800自动进样器和PerkinElmer专用石墨管，WinLab32 for AA软件，通辅助气程序，消除有机物的干扰。铅为空心阴极灯。

　　举例乳液样品预处理方法：

　　 准确称取约5.0000g样品于聚乙烯等材料的带盖离心管中，用0.2%硝酸+0.1%曲拉通（Triton X-100)混合液稀释定容至25~50mL，摇匀待测。

　　基体改进剂：用0.2%硝酸+0.1%曲拉通，将基体改进剂稀释成0.1%硝酸钯 (B0190635)+0.06%硝酸镁(B0190634), 进5uL。

　　标准溶液：标准使用液的配制，用0.2%硝酸+0.1%曲拉通稀释；

　　空白：用0.2%硝酸+0.1%曲拉通

　　方法下载：石墨炉原子吸收法直接测定乳制品中的重金属

         对比：GB 5009.12-2010食 品 中 铅 的 测 定 方 法

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　　这套方法解决了什么问题？

　　1、解决了乳制品分析的难点——样品前处理

　　乳制品分析中用到的样品前处理方法有：微波消解、湿法消解、干法灰化等。实际上干法灰化不适用像Pb这样的挥发性元素；而根据国标要求，用各种消解都会稀释样品约10倍，即要测定ppb级含量很低的样品。无论是压力消解罐或湿法消解法等，对酸的质量、器皿的要求很高，否则不可能获得准确的结果，同时消解还非常耗时。表1 比较了现有方法和直接进样技术。

　　通过比较可知：样品直接进样所需前处理时间最少，试剂消耗量最少，所需器皿最少。最关键的是引入的本底最小，可能造成的污染也最小。简单来说就是：省时省钱结果好。

时间和酸用量等	直接进样	硝酸+高氯酸 混酸消化	硝酸+过氧化氢 微波消化
称样时间	一样	一样	一样
消化时间	0分钟	120~240分钟	60分钟微波消化 60~120分钟赶酸
定容时间	一样 配制0.2%硝酸0.1% Triton X-100约5分钟	一样	一样
器皿清洗时间	仅塑料管	聚四氟乙烯烧杯 塑料管	微波消解罐 聚四氟乙烯烧杯 塑料管
酸/个样品	0.02mL硝酸 0.01mL Triton X-100	8mL硝酸 2mL高氯酸	4mL硝酸 2mL过氧化氢

表1 样品前处理方法比较

　　2、解决了乳制品分析的难点之二——仪器的灵敏度和扣背景能力

直接进样法石墨炉原子吸收工作条件举例：在干燥和灰化中间增加了一个450℃的程序通空气，斜坡保持15秒，内气的流量是50；灰化温度是600度，原子化温度是1600度

　　既然缩减了前处理步骤，样品中就会有很多基体干扰；同时又要追求高灵敏度，对仪器就有很高的要求。比如样品中的有机物没有去除干净，到了原子吸收中积碳怎么办？这时，可以使用PerkinElmer石墨炉原子吸收独有的“通空气”的功能，在灰化的过程中把有机碳转化为二氧化碳和水，从而消除有机碳干扰（注：如消除氯化物干扰，可通氩氢气体）。

　　另外对仪器是否能有效扣背景、扣背景后是否还有高灵敏度也提出了很高要求。

　　石墨炉原子吸收最好的扣背景方法公认是塞曼扣背景，又分为直流塞曼和交流塞曼，交流塞曼里又分横向和纵向。1982年，PerkinElmer曾推出Model Z/5000的横向塞曼石墨炉原子吸收。但横向塞曼会有谱线分裂，中间一个π峰，两边两个s峰，正常塞曼是没有问题的，但如果是反常塞曼，背景峰和样品峰会重叠，在加偏振镜的时候就会导致多扣或少扣。

　　1990年，PerkinElmer推出纵向塞曼扣背景的Model 4100 ZL型石墨炉，光路和磁场垂直，其特征是中间不需要加偏振镜，灵敏度没有损失。自此以后，PerkinElmer的石墨炉原子吸收就都转为纵向塞曼扣背景，最大的好处就是获得高的灵敏度。在该直接进样测Pb法中，很多例子都展示了其可获得ppb级的灵敏度。

　　

　　横向塞曼效应原理示意图　　

　　纵向塞曼效应原理示意图

　　在听到笔者追问“石墨管的寿命是否会受损？”时，杨老师自信地说：“我自己做过这样的实验，普通的石墨管可以用800~1000次；通了空气长期做，可以用500次以上。这个方法中，通空气的温度是450℃，在这个温度下，对石墨管的损失可以忽略不计；此外我们的仪器上用国产的石墨管也是可以的。更何况，前处理节省了大量的费用。最关键的是，获得了更好的结果。”

　　3、解决了乳制品分析的难点之三——标准加入法

　　当无法配制组成匹配的标准样品时，使用标准加入法是合适的。由仪器自动分取几份等量的被测试样，其中一份不加入被测元素，其余各份试样中分别加入不同已知量C1、C2、C3……Cn的被测元素，然后，在标准测定条件下分别测定它们的吸光度A，绘制吸光度A对被测元素加入量CI的曲线。

　　杨老师列举了多个实验的结果证实：只要是标准加入法的斜率在允许的范围内，就可做同一类或者是不同类性质相同的样品，比如鲜牛奶、早餐奶、纯牛奶、优酸乳等。

 

　方法总结：简单、方便、可以获得准确的结果

　　通过多次实验可以看到：

　　1、只要是液体样品，均可以用石墨炉直接进样分析。

　　2、如果是固体样品，可以用任何可以将固体溶解或悬浮的溶剂，溶解或悬浮固体样品后用石墨炉直接进样分析。

　　3、如果是固体样品，没有直接溶解的溶剂，可以用硝酸室温溶解样品后（无需加热或适当加热），用石墨炉直接进样分析。

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　　杨老师：我为什么要“挑战”乳品新国标？

　　在笔者现场观察杨老师培训的过程时发现，杨老师让每位学员必须亲自做样，体验整个过程，并回答各种现场问题。回答问题时，他总是不厌其烦地解释，让大家理解“为什么要这样做”，而不是简单地让大家copy一个方法。比如在优化实验条件时，他强调不要简单地记参数，因为情况会变化，而强调最终的优化目标是什么。——所以，大家愿意叫他“杨老师”，授人以渔嘛。

杨老师强调实验条件优化的目标：理想的峰型是正态分布，一般在1秒左右出峰最好

　　关于该方法的优点，他说到：“现在大家做样唯一的痛苦就是前处理！前处理是非常非常繁琐的，稍不留神，就会出现样品的各种问题，比如空白做高了，做的结果变成负的了等等；而用这种直接进样方法就不会出现这种情况。我当然希望这个方法可以增加到国标方法里，并不是说只用我们的仪器来做，而是希望让用户更方便、更快捷地得到更准确、更有信心的结果。”

　　“拿我自己的亲身经历来说吧。乳制品要求乳液中含量小于50ppb，如果用直接进样来做，我无论稀释5倍、还是稀释10倍，做出来得到Pb含量的结果是一样的。

　　但如果采用消解的方法来做呢？我曾经在一个用户那里呆了两天，他没有一次可以做过去！不是消解空白高了，做出来变成负的；就是器皿污染了，做得很高超标了。所以前处理对实验要求非常高，器皿、水、酸、整个操作过程等不能有污染。而直接进样没有这个问题。同时，直接进样成本很低，做一个样品，硝酸的消耗量是0.02mL，Triton的消耗量是0.01mL，这样就可以买很好的酸。比如今天我们用到的这瓶质量好的硝酸，卖200多块，如果按消解法，要用8 mL，而直接进样方法用0.02mL，两者的成本差得很远，直接进样法使用户可以花钱买更好的试剂。而最关键的是：使用户可以获得更好的结果。”

　　除了想解决用户面临的挑战和问题，杨老师还从另一个角度解释了他为什么要“挑战”新国标：“我慢慢发现，随着ICP、ICP-MS的检出限越来越低，可以完全取代石墨炉了。那么我就会反问我自己：石墨炉还有用处么？后来通过我不断的实验发现：样品如果消解后上ICP或ICP-MS，检出限已经可以达到石墨炉AAS的水平。比如实验室这台7000 ICP-OES，它的检出限已经达到石墨炉的水平，但是——样品需要前处理。如果你不用前处理呢？对于某些样品，你可以用直接进样石墨炉原子吸收来做！这也是当时促使我们改进这个方法的思路。”

 

　　客户和学员怎么看？

　　问每位学员，他/她们给的结论是一样的：该方法简便、省时、省溶剂，得到的结果准确可靠，检测下限优于国标方法；对检测人员要求不高，很适合于推广普及。

　　但当问及该方法是否会在自己的实验室使用、以及该方法和国标的关系时，大家有几种不同的反应。（1）有位来自于大型乳品国企中心实验室的学员认为：这个方法不必变为国标，但自己的实验室会参考这个方法发展自己的企业标准。很多国标的前处理方法的确很难重现，所以中心实验室会问很多厂家索要具体的前处理方法做参考，再针对自己的条件来发展本实验室的方法。而该企业遍布全国的更多的实验室倾向于使用能满足要求的、更便宜的仪器（比如国产仪器）。（2）有位来自于检验部门的学员认为：因为实验室的每个方法都是经CNAS认可的，所以大部分接受送样测试的情况下，是不能使用这个方法的。虽然自己的实验室也可以申请来在自己的实验室认证这个方法，但手续太复杂，倾向于不申请。（3）有位来自于乳品生产的外企学员认为：国外的乳品是不检验Pb含量的，而中国却要检验Pb含量，所以自己所在的实验室刚刚上重金属检测项目，倾向于还是按照国标来进行实验。

　　听了几位学员的意见，笔者似乎明白，杨老师为什么说希望把这个方法变成一个国标方法了。笔者也有几点想法，就当作一点不成熟的探讨，欢迎各位网友指正，同时也作为本文的结尾：

　　（1）从公司卖仪器的角度考虑，实际上申不申请国标几乎是一样的。因为国标中已经有第一法是石墨炉原子吸收。PerkinElmer的石墨炉原子吸收业界反映一定是不错的，现在又有了额外的优点被大家认识，一定会为该公司的销售加分。

　　（2）但是，我们听到的结果是，很多实验室不会采用这个方法，只是作为参考。为什么呢？就是因为我国对于国标的认识和使用有误区。国标本来是最低标准，但很多实验室会把国标当作“最高标准”。这种现象是怎么发生的，笔者也很困惑。

　　（3）为什么说杨老师希望这个方法变成一个国标方法，因为他站在用户使用的角度，开发了这个方法，当然希望为更多的实验室所采用。为什么一个更简单的方法、一个对操作者要求更少的方法、一个可以让大家得到更可靠结果的方法，在中国却不能被放心大胆地使用——如果它不是国标方法的话？

　　（4）据笔者观察，在分析测试行业里，很多仪器公司的应用人员水平很高，而且很愿意帮助客户解决他们遇到的问题，也很关心中国的食品安全等问题。那么，国家是否可以开设一些快速的、透明的通道，可以公开、公平地调动这批人的积极性，来更多地参与标准的制定和补充呢？以前似乎有这样的厂商跟实验室一起做这样的事儿；但是，渠道不够公开透明，一旦写进国标方法，就不能再撤下来了。这样，国标制定的单位就过于谨慎，反而很多国标方法（尤其是前处理部分）写得不清不楚。如果有一个国标方法申请和退出的快速通道，那么不妨让仪器厂商来分解一些任务吧。

　　比如对于一些旧的标准，每家公司每年都可申报一些比现有方法更好的方法；对于一些国家正在制定的标准，也公布出来，让每家公司都主动承担一些新标准的制定，而原本承担标准制定任务的实验室，不妨多做做裁判、多挑挑刺儿，甚至只需要组织审核、评价、重现就可以了。也许这种方法，可以加快我国标准的新增和修订，也会促使更多的公司来关心实验室真正的难题。每隔一年，有新增，也可以有淘汰，淘汰的投票权不妨就放在众多实验室的手里。

　　如果有人质疑国产仪器竞争力弱怎么办？那么就不妨仍规定，国标方法中一定要有可在国产仪器/耗材上实现的方法（除非中国企业无法生产这种仪器/耗材）；甚至实验室的专家们可以腾出些时间，专门在国产仪器或试剂耗材上做这些方法。这样，也许还更有利于国产仪器的发展。

更多图片：

实验操作现场

学员们和杨仁康先生讨论问题

学员们亲自操作仪器

培训资料下载：

　　石墨炉原子吸收法直接测定乳制品中的重金属.ppsx

　　乳品中铅等重金属石墨炉AAS直接进样分析方法

　　无机检测技术的应用-乳制品的培训

　　石墨炉原子吸收法直接测定化妆品中的铅

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