王 琳，車明秀，李 崢，孫學(xué)文，孫崳林，劉 睿,*

（1.山東省食品藥品檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250101；2.山東省食品藥品安全檢測(cè)工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250101；3.食藥環(huán)檢驗(yàn)研究院（山東）集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）/國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）/世界衛(wèi)生組織（WHO）微量元素聯(lián)合專家咨詢委員會(huì)，根據(jù)氟化物預(yù)防齲齒的作用，將氟列為可能的必需微量元素[1]。適量的氟攝入會(huì)促進(jìn)機(jī)體骨骼的生長(zhǎng)，預(yù)防齲齒，但如果攝入量過多又會(huì)導(dǎo)致氟斑牙和氟骨病[2]。食物是機(jī)體氟元素的重要攝入來(lái)源，只有了解食物中的氟含量，才能更加有效地控制氟的攝入。

氟化物廣泛存在于大氣、水和土壤中，若環(huán)境中的氟化物含量較高，植物生長(zhǎng)會(huì)因長(zhǎng)期暴露在含氟環(huán)境中對(duì)環(huán)境中的氟化物進(jìn)行廣泛富集，導(dǎo)致氟含量較高[3-4]。尤其是茶樹，其作為一種富集能力很強(qiáng)的植物，對(duì)氟具有選擇性吸收和富集能力，并且隨著葉片年齡的增長(zhǎng)，氟含量會(huì)越來(lái)越高[5]。我國(guó)將茶葉中的氟含量作為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，因此制定了相應(yīng)的食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，即磚茶允許含氟量≤300 mg/kg[6]。

我國(guó)的地方性氟中毒現(xiàn)象十分嚴(yán)重，而對(duì)于氟中毒目前又沒有早期的監(jiān)控指標(biāo)，所以防止氟中毒發(fā)生的關(guān)鍵還在于防，即通過關(guān)注暴露的識(shí)別與控制，從源頭上降低人群暴露的機(jī)會(huì)[7]。人們的日常飲食中對(duì)植物性食品基質(zhì)的攝入量普遍較多，因此關(guān)注植物性食品基質(zhì)中的氟含量對(duì)于控制氟的攝入量至關(guān)重要。建立和完善植物性食品基質(zhì)中氟化物的檢測(cè)方法，則更有利于加強(qiáng)對(duì)植物性食品基質(zhì)中氟的監(jiān)控并預(yù)防氟中毒。

目前關(guān)于食品中氟的測(cè)定方法主要包括比色法、液相色譜法、離子色譜法、氣相色譜法等，這些方法各有所長(zhǎng)，但均存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即操作復(fù)雜、使用儀器昂貴、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、靈活性差等，無(wú)法滿足大批量樣品的測(cè)定需求[8-9]。GB/T 5009.18—2003[10]中的氟離子選擇電極法因設(shè)備操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、選擇性好、不受濁度和色度干擾等優(yōu)點(diǎn)，在氟含量的測(cè)定上已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[10]。但通過實(shí)際測(cè)定發(fā)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)方法存在缺陷和不足：一是方法標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍設(shè)計(jì)不合理，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的線性范圍內(nèi)校準(zhǔn)曲線不穩(wěn)定，重復(fù)性較差，且在低濃度范圍內(nèi)校準(zhǔn)曲線線性關(guān)系不好，給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)較大的誤差[11-13]；二是現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中方法的稱樣量范圍較窄，對(duì)于測(cè)定氟含量低的樣品時(shí)，現(xiàn)有稱樣量無(wú)法準(zhǔn)確定量，而在測(cè)定氟含量較高的樣品時(shí)，又必須對(duì)樣品進(jìn)行稀釋后測(cè)定，對(duì)方法準(zhǔn)確度有一定的影響[8]；三是該方法未確定檢出限和定量限，在實(shí)際檢測(cè)過程中給檢驗(yàn)人員的結(jié)果判定帶來(lái)困擾。

為了解決目前標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 5009.18—2003[10]）中氟離子選擇電極法存在的不足，本研究對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍和稱樣量進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)確定了方法的定量限，并通過不同植物性食品基質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，確立方法的準(zhǔn)確性。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

氟標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/L，批號(hào)194007），國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心公司；檸檬酸鈉、乙酸鈉、高氯酸、鹽酸、氟標(biāo)準(zhǔn)使用液（50.0 μg/mL）、氟標(biāo)準(zhǔn)使用液（10.0 μg/mL），國(guó)藥集團(tuán)藥業(yè)股份有限公司；茶葉中氟成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（標(biāo)準(zhǔn)值319 mg/kg，編號(hào)P24307），廣州譜恩科學(xué)儀器有限公司；玉米中氟成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（標(biāo)準(zhǔn)值15.5 mg/kg，編號(hào)RMSA030），東莞市恒準(zhǔn)標(biāo)物計(jì)量研究院有限公司。

乙酸鈉溶液（3 mol/L）：稱取204 g 乙酸鈉，溶于300 mL 蒸餾水中，加乙酸（1 mol/L）調(diào)節(jié)pH至7.0，加蒸餾水稀釋至500 mL。

檸檬酸鈉溶液（0.75 mol/L）：稱取110 g檸檬酸鈉溶于300 mL蒸餾水中，加入14 mL高氯酸，再加蒸餾水稀釋至500 mL。

總離子強(qiáng)度緩沖劑：將乙酸鈉溶液（3 mol/L）與檸檬酸鈉溶液（0.75 mol/L）等量混合，臨用時(shí)現(xiàn)配制。鹽酸：濃鹽酸∶水（V/V）=1∶11。

1.1.2 儀器與設(shè)備

7101型氟電極1、PHS-3C型酸度計(jì)：上海雷磁儀器有限公司；perfectlON COMB F 型氟電極2、ME204T型分析天平：梅特勒-托利多公司；Hei-Tec型磁力攪拌器：德國(guó)海道夫公司；JX-2008型高速組織搗碎機(jī)：拓赫機(jī)電科技（上海）有限公司；SH-4C型磁力攪拌器：群安實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備

樣品取可食部分粉碎均勻，裝入潔凈密閉的容器中保存。

1.2.2 樣品前處理

鹽酸（1+11）提?。ǔ枞~外的基質(zhì)）：稱取試樣，置于50 mL 容量瓶中，加10 mL 鹽酸（1+11），密閉浸泡提取1 h，提取后加25 mL 總離子強(qiáng)度緩沖劑，加水定容。

水煮提?。ú枞~基質(zhì)）：稱取試樣，置于50 mL 具塞三角瓶中，加10 mL水，充分混勻后沸水浴15 min，取出冷卻至室溫，用25 mL總離子強(qiáng)度緩沖劑分次轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中，加10 mL 鹽酸（1+11），并加水定容。

1.2.3 分析步驟

定量取樣：吸取提取后的上清液不少于20 mL于50 mL燒杯中（若溶液渾濁，可過濾后取濾液）。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：分別準(zhǔn)確移取1.0、2.5、5.0、10.0 mL氟標(biāo)準(zhǔn)使用液（50.0 μg/mL）和5.0、8.0、10.0 mL氟標(biāo)準(zhǔn)使用液（10.0 μg/mL）于50 mL 容量瓶中，分別加入25 mL總離子強(qiáng)度緩沖劑，10 mL鹽酸（1+11），并加水定容。

測(cè)定：將電極插入盛有不少于20 mL 水的50 mL塑料杯中，杯中放入磁力攪拌轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)速保持恒定），讀取平衡電位值，更換2～3次水后，待電位值平衡后，即可進(jìn)行待測(cè)液與標(biāo)準(zhǔn)液的電位測(cè)定。同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.2.4 結(jié)果計(jì)算

以電極電位為縱坐標(biāo)，氟離子質(zhì)量濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)試樣的電位值在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求出氟離子質(zhì)量濃度。

試樣中的氟含量計(jì)算公式見式（1）。

式中：X為試樣中的氟含量，mg/kg；A為測(cè)定用樣液中氟離子質(zhì)量濃度，μg/mL；m為試樣質(zhì)量，g；V為樣液總體積，mL。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍的確定

原理：氟離子選擇電極，電位變化規(guī)律符合能斯特（Nernst）方程式，見式（2）[10]。

式中：E為電池的電動(dòng)勢(shì)，V；CF-為氟離子活度，mol/L；E0為參比電極的電位（固定值），V；R為理想氣體常數(shù)，8.314 J/（mol·K）；F為法拉第常數(shù)，96 485 C/mol；T為絕對(duì)溫度，K。

E與lgCF-成線性關(guān)系。2.303RT/F為該直線的斜率（25 ℃時(shí)為59.16）。

為了確定方法適用的線性范圍，配制0.02、0.04、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00、8.00、10.00 mg/L的系列氟標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別采用氟電極1和氟電極2，按分析步驟對(duì)電位值進(jìn)行測(cè)定，通過擬合線性方程，考察標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率及相關(guān)系數(shù)確定標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍，結(jié)果見表1。

表1 0.02～10.00 mg/L線性范圍的考察Table 1 Investigation on the linear range of 0.02～10.00 mg/L

由表1可見，兩種品牌的電極在0.02～10.00 mg/L線性范圍內(nèi)，線性方程的斜率均不符合能斯特方程的理論斜率值，且r值不符合要求[14]，斜率偏離理論值的原因是由于在低質(zhì)量濃度范圍，電位值與氟離子質(zhì)量濃度的負(fù)對(duì)數(shù)值不呈現(xiàn)線性關(guān)系，使得標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率明顯偏離該溫度下的理論值。因此，氟離子質(zhì)量濃度在0.02～10.00 mg/L 范圍內(nèi)氟離子選擇電極法不呈線性關(guān)系。

為了確定標(biāo)準(zhǔn)曲線的適用范圍，試驗(yàn)調(diào)整了標(biāo)準(zhǔn)曲線的起始濃度，進(jìn)一步考察標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率和相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表2。

表2 線性范圍的優(yōu)化Table 2 Optimization of linear range

由表2可以看出，0.04～10.00 mg/L、0.10～10.00 mg/L和0.20～10.00 mg/L 氟離子質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，只有在0.20～10.00 mg/L范圍內(nèi)，兩個(gè)品牌電極測(cè)定結(jié)果擬合的線性方程均符合該溫度下的理論斜率值，且相關(guān)系數(shù)符合要求。因此，本試驗(yàn)結(jié)果證明，對(duì)于氟離子選擇電極法，標(biāo)準(zhǔn)曲線的氟離子質(zhì)量濃度適用范圍為0.20～10.00 mg/L。

2.2 稱樣量的優(yōu)化

為了提高方法的準(zhǔn)確性，同時(shí)盡可能降低方法的檢出限和定量限，分別對(duì)不同食品基質(zhì)進(jìn)行稱樣量的優(yōu)化（通過加標(biāo)回收和有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定兩種方式進(jìn)行），結(jié)果見表3和表4。

表3 稱樣量?jī)?yōu)化（加標(biāo)回收）Table 3 Sample weighing optimization(standard adding recovery)

表4 稱樣量?jī)?yōu)化（有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）Table 4 Optimization of sample weighing(certified reference materials)

通過表3和表4可以看出，除茶葉基質(zhì)外，在1.0～5.0 g 稱量范圍內(nèi)，對(duì)于不同食品基質(zhì)加標(biāo)回收率或浸出率測(cè)定值均符合要求[16]，但繼續(xù)增大稱樣量會(huì)大大降低試驗(yàn)效率。

考慮到該法的線性濃度范圍最低點(diǎn)為0.2 mg/L，折算到實(shí)際樣品中，當(dāng)稱樣量為1.0 g時(shí)，能準(zhǔn)確測(cè)定樣品基質(zhì)中氟的最低含量為10.00 mg/kg。為了盡可能準(zhǔn)確測(cè)定到樣品中更低濃度的氟含量，通過適當(dāng)提高稱樣量來(lái)達(dá)到降低測(cè)定低限的目的，當(dāng)稱樣量為2.5 g 時(shí)，推算出能準(zhǔn)確測(cè)定樣品基質(zhì)中氟的最低含量為4.00 mg/kg。因此，確定除茶葉外的基質(zhì)的稱樣量適用范圍為2.5～5.0 g。

對(duì)于茶葉基質(zhì)，當(dāng)稱樣量在0.2～0.5 g 范圍內(nèi)，浸出率均符合要求，而隨著稱樣量的進(jìn)一步增大，浸出率反而降低。原因主要有以下兩點(diǎn)：一是由于茶葉中氟含量較高，稱樣量過大導(dǎo)致浸出不完全，從而影響測(cè)定的準(zhǔn)確度；二是擬合的標(biāo)準(zhǔn)方程線性范圍的最高值為10.0 mg/L，相當(dāng)于當(dāng)稱樣量為1.0 g 時(shí)能準(zhǔn)確測(cè)定的茶葉基質(zhì)最高氟含量為500.00 mg/kg，對(duì)于部分氟含量較高超過限量規(guī)定的不合格茶葉基質(zhì)可能會(huì)超出線性范圍。因此對(duì)茶葉基質(zhì)的稱樣量范圍最終確定為0.2～0.5 g。

2.3 方法檢出限和定量限的確定

2.3.1 理論檢出限和定量限

當(dāng)校準(zhǔn)曲線的直線部分外延的延長(zhǎng)線與通過空白電位且平行于濃度軸的直線相交時(shí)，其交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度值即為該離子選擇電極法的檢出限[15]。通過測(cè)定10次空白電位值計(jì)算理論檢出限，結(jié)果見表5。

表5 理論檢出限Table 5 Theoretical detection limit

由表5可以看出，理論檢出限值為0.029 9 mg/L，不符合標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍，因此本方法不指定檢出限。將標(biāo)準(zhǔn)曲線的第一個(gè)質(zhì)量濃度點(diǎn)（0.2 mg/L）設(shè)定為理論定量限。即當(dāng)稱樣量為2.5 g，定容體積為50 mL時(shí)，理論定量限為4.00 mg/kg；當(dāng)稱樣量為0.2 g，定容體積為50 mL時(shí)，理論定量限為50.00 mg/kg。

2.3.2 定量限的驗(yàn)證

采用優(yōu)化后的線性范圍和稱樣量，分別對(duì)不同食品基質(zhì)進(jìn)行理論定量限的驗(yàn)證。驗(yàn)證方式為通過對(duì)不同食品基質(zhì)中進(jìn)行定量限水平的加標(biāo)，考察加標(biāo)回收率，其中韭菜和蘋果的稱樣量均為2.5 g，茶葉的稱樣量為0.2 g，驗(yàn)證結(jié)果見表6。

表6 定量限的驗(yàn)證Table 6 Validation of limit of quantification

由表6可以看出，對(duì)于不同食品基質(zhì)進(jìn)行定量限水平加標(biāo)后的回收率均符合要求[16]。因此根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果確定，對(duì)于除茶葉以外的基質(zhì)，當(dāng)稱樣量為2.5 g，定容體積為50 mL時(shí)，定量限為4.00 mg/kg；對(duì)于茶葉基質(zhì)，當(dāng)稱樣量為0.2 g，定容體積為50 mL時(shí)，定量限為50.00 mg/kg。

2.4 方法準(zhǔn)確度和精密度的驗(yàn)證

選取代表性樣品基質(zhì)，除茶葉外的基質(zhì)（韭菜、蘋果）稱樣量均為2.5 g，分別進(jìn)行定量限水平、2倍定量限水平和10 倍定量限水平的加標(biāo)試驗(yàn)；茶葉基質(zhì)稱樣量為0.2 g，進(jìn)行本底值水平加標(biāo)、1/2限量水平加標(biāo)和限量水平加標(biāo)，以回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確度和精密度，結(jié)果見表7。

表7 準(zhǔn)確度和精密度Table 7 Accuracy and precision

由表7 可以看出，各食品基質(zhì)的平均回收率在99.97%～109.83%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.41%～2.65%，均符合要求[16]。驗(yàn)證結(jié)果表明該方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。

2.5 代表性樣品基質(zhì)的測(cè)定

為了進(jìn)一步驗(yàn)證該方法的基質(zhì)適用性以及考察不同食品基質(zhì)中氟含量水平，選擇不同類別的植物性食品基質(zhì)分別進(jìn)行氟含量的測(cè)定，結(jié)果見表8。

表8 代表性基質(zhì)測(cè)定結(jié)果Table 8 Representative matrix determination results

由表8可以看出，采用本研究?jī)?yōu)化的方法對(duì)不同植物性食品基質(zhì)中的氟含量進(jìn)行測(cè)定，適用性和精密度良好。從不同植物性食品基質(zhì)的測(cè)定結(jié)果可以看出，氟化物在植物性食品中的含量總體水平較低，氟暴露的風(fēng)險(xiǎn)較低。

3 討論與結(jié)論

本方法根據(jù)氟離子選擇電極法的測(cè)定原理，通過對(duì)GB/T 5009.18—2003[10]中線性范圍的驗(yàn)證，推翻了原標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)曲線適用范圍，并通過進(jìn)一步優(yōu)化驗(yàn)證得到了符合理論要求的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍為0.20～10.00 mg/L，從而避免了由于定量不準(zhǔn)確給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)的誤差。

由于GB/T 5009.18—2003[10]中規(guī)定樣品適宜的稱樣量為1 g，稱樣量較小，稱量范圍較窄，容易給測(cè)定的準(zhǔn)確度帶來(lái)影響，并且該標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定方法的定量限，在實(shí)際檢測(cè)過程中給檢驗(yàn)帶來(lái)了不便，并且稱樣量過小使得方法的定量限較高。因此，本研究從稱樣量、稱樣范圍方面進(jìn)行了優(yōu)化驗(yàn)證，最終得出結(jié)論，對(duì)于除茶葉外基質(zhì)稱樣量范圍為2.5～5.0 g，茶葉基質(zhì)適宜稱樣量范圍為0.2～0.5 g。通過驗(yàn)證得出，該方法對(duì)于除茶葉外的基質(zhì)，當(dāng)稱樣量為2.5 g，定容體積為50 mL 時(shí)，方法定量限為4.00 mg/kg；茶葉基質(zhì)稱樣量0.2 g，定容體積為50 mL 時(shí)，方法定量限為50.00 mg/kg。

本研究在不同植物性食品基質(zhì)中進(jìn)行了驗(yàn)證，證明該方法適用于植物性食品基質(zhì)。通過對(duì)代表性基質(zhì)的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，植物性食品基質(zhì)中氟化物總體含量水平不高，氟暴露風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。

除了植物性食品基質(zhì)外，人們?nèi)粘ｏ嬍硨?duì)動(dòng)物性食品的需求量也日益增長(zhǎng)，對(duì)于動(dòng)物性食品基質(zhì)中氟含量的測(cè)定方法及含量水平有待進(jìn)一步的優(yōu)化及驗(yàn)證。我國(guó)作為一個(gè)地方性氟中毒病比較嚴(yán)重的國(guó)家，加強(qiáng)對(duì)食品中氟的監(jiān)控、降低氟暴露的風(fēng)險(xiǎn)仍十分必要，本研究的開展也在一定程度上對(duì)氟中毒疾病的預(yù)防起到了促進(jìn)作用。