固相萃取与高效液相色谱联用测定宠物食品中三聚氰胺

1 引言

　 　职业性接触含硅粉尘与肺癌,以及矽肺与肺癌的关系问题,在临床、病理、流行病学等方面已进行了许多研究。粉尘中游离的SiO2是引起矽肺的主要病因。多数国家、组织的粉尘卫生标准是以游离SiO2含量分档的。我国接触SiO2粉尘作业人员较多,矽肺病患者数字较大,因此,加强对粉尘中游离SiO2含量的检测是非常重要的工作。有关粉尘中游离SiO2含量的检测方法已有文献报道[1～7]，这些方法所需仪器设备比较简单, 能基本保证粉尘中游离SiO2测定的准确度。但是，存在操作步骤复杂、使用试剂种类繁多、检测周期长、准确性差、实验室条件要求苛刻且无法消除粉尘中难溶的或不溶的物质及无定形SiO2的干扰等一系列问题, 难以满足快速准确检测的要求。

　　 X射线粉末衍射是测定各物相在多物相混合试样中含量的一种重要的方法。传统的X射线物相定量分析方法如内标法、外标法、K值法、绝热法、增量法及无标样法等[8]，都有各自的优点, 但是均无法克服常规X射线衍射中存在的微吸收、择优取向、衍射峰重叠以及纯标样制备难等问题，且计算过程都较复杂。Rietveld全谱图拟合法是利用电子计算机程序逐点（通过一定的实验间隔取衍射数据，一个衍射峰可以取若干点衍射强度数据，这样就可以有足够多的衍射强度实验点）比较衍射强度的计算值和观察值，用最小二乘法调节结构原子参数和峰形参数，使计算峰形与观察峰形拟合，即图形的加权剩余方差因子(Rwp)最小[9]。本实验采用Rietveld全谱图拟合法测定粉尘中游离SiO2的含量及模拟测定粉尘中有非定形物质时各物相的含量，为准确测定SiO2的含量，科学分析矽肺病因提供依据。 
　　 2 实验部分
　　 2.1 实验试样与仪器 
　　 本实验用的粉尘样品来源于广西河池地区某锡冶炼厂不同工序的冶炼车间。 

　　 称量用的仪器为AE240型电子分析天平(梅特勒公司),试样的X射线衍射图谱采用日本理学D/MAX 2500V型X射线衍射仪收集。 
　　 2.2 衍射仪工作条件 
 
　　 将粉尘样品装入标准样品架中并注意减少样品的择优取向。采用了CuKα辐射带石墨单色器，管电压44 kV，管电流150 mA，DS=1°,SS=1°,RS=0.15 mm,步进扫描，扫描范围（2θ°）10°～120°，步长

0.02°，每步停留时间2 s。
　　 2.3 Rietveld法定量相分析的方法与原理[9，10]
 
　 　每一种结晶物相都具有唯一的一组衍射峰和衍射强度，不同物相的衍射峰可能重叠，但不互相干涉。同时每一物相的衍射峰的强度是其含量的函数。混合物的Ｘ射线粉末衍射图谱是各组成物相的粉末衍射图谱的权重叠加。 Rietveld法修正公式：Ｙi(calc)=ＳＨＬＨ｜FH｜2(2θi－２θＨ)（ＰＯ）ＨＡ（θ）＋Ｙbi(1)式中Ｙi(calc)为在2θi位置的计算强度； S为比例因子；H为代表面指数为（hkl）的布拉格衍射；LH为面指数H衍射的洛伦兹因子、偏正因子和多重性因子三者的乘积；(2θi－２θＨ）为衍射峰形函数；(PO)H为择优取向函数；Ａ（θ）为试样吸收系数的倒数；FH为H面指数布拉格衍射的结构因子（包括温度因子在内）；Ｙbi为背底强度。
 
　　 从式（1）可知，各物相在混合物中的体积分数或重量分数与比例因子S有关，因而可以通过比例因子S与重量分数的关系，求得该物相在混合物中的含量。

　 　用Rietveld 法进行定量分析时, 首先要了解样品中的相组成和各物相的晶体结构, 输入数据包括空间群、原子坐标、占位因子以及晶胞参数等。每个物相的比例因子及峰形参数根据背景和晶胞参数而变化, 混合物中各相的重量分数(Ｗα)根据修正计算获得的比例因子计算而得, 即: Wa＝Ｓa(ZMV)a/na＝１Ｓa（ＺＭＶ）a（２）式中Sa,Za,Ma,Va分别代表第a相的比例因子、化合式分子单位数、化合式分子质量及晶胞体积。 

　 　Rietveld 法还可以测定混合试样中含有的非晶相和未知物相。此时必须在混合试样中加入一个已知量的标样，如Si或Al2O3等作为内标，混合物中已知结构的结晶相的含量(Wa)为：Wa＝ＷＳＳa(ZMV)aＳＳ（ＺＭＶ）Ｓ（１＋mＳna＝１ma）（３）式中ＷＳ代表内标物的百分含量,SＳ、ZＳ、MＳ、VＳ分别代表内标物的比例因子、化合式分子单位数、化合式分子质量及晶胞体积，mＳ代表内标物的质量，ma代表a相的质量。

　　 那么非晶相或未知相的含量(Ｗb)为：Wb＝１－na＝１Ｗa(4)Rietveld 法拟合结果正确性通常由图形剩余方差因子RP和加权图形剩余方差因子RWP，以及拟合优值S的数值作判据，其中RP=｜Yi(obs)－Ｙi(calc)｜Yi(obs)(5)
　　
     RWP=Wi[Yi(obs)－Ｙi(calc)]2Wi[Yi(obs)]2１／２(6) 
 
　　 S=Wi[Yi(obs)－Ｙi(calc)]2/(N－Ｐ)(7) 
　　 式中Yi(obs)为在２θi位置观察的衍射强度；Yi(calc)为在2θi位置的计算强度；Ｗi为权因子；N为实验观察的数目；P为修正参数的数目。 
 
　 　从数学观点看, RWP是最有意义的。通常，典型的RＷＰ达到10%左右,其修正结果被认为是可靠的。 
　 　3 结果与讨论 
　　 3.1 含非晶相样品的定量分析 
 
　　 如果样品中含有非晶相或未知物相,可用式(3)和(4)来计算它的含量。为此模拟了含有非晶相的粉尘样品来测定其中各物相的含量:选用6种光谱纯的晶体粉末和一种非晶粉末(X射线衍射图谱见图1)共0.5 g，将其以一定比例充分混均,平行测定5次。结果见表1，其中Al2O3作为内标物。 
 
　　 采用Jade 5.0软件对所得衍射图谱进行定性分析,各物相的定性分析结果见图2。 由图2可见，在2θ=24.2°左右有一强度较低的“馒头”峰,其为非晶相的衍射峰;剩余衍射峰均为尖锐峰,每一晶相物质对应于几条这样的特征衍射峰;在2θ=26.5°和θ=39.5°处SiO2和 SnO2有两条衍射峰重叠。 
 
　 　图1 非晶粉末的X射线衍射图（略） 
　　 Fig.1 Xray diffraction pattern of amorphous 
 
　　 图2 样品定性分析结果（略） 
 
　 　Fig.2 Results of qualitative phase analyses of the sample
 
　 　图3 Rietveld全谱图拟合的结果:实验值(圆点)和计算值(连续线)拟合图（略） 
　　Fig.3 Results of the Rietveld method :Experimental(dots) and calculated(continuous line)patterns of the sample
 　　图形下方表示两者的参差,图形下方的垂线表示计算出的布拉格反射位置（the difference profile is shown at the bottom of the Figure, vertical markers at the bottom indicate the position of the calculated Bragg reflections). 
　　 表1 样品的初始含量及定量分析结果（略） 
　　 Table 1 Initial percentage composition and result of quantitative phase analyses of the dust sample 
　 　样品的定量分析采用DBWS9807a软件,峰型函数用PseudoVoigt,各相的初始点阵常数、空间群和等效点位置选用文献［10］报道的数据。修正了比例因子、背底参数、峰型函数、点阵常数、原子位置参数、择优取向和各向同性温度因子等参数,并用DMPLOT绘图软件跟踪修正结果。 
 
　 　当Rp平均等于8.09%，Rwp平均等于10.82%，Rexpected平均等于4.09%时，得到的定量相分析结果见表1。
     Rietveld全谱图拟合的结果见图3。（略）
 
　　 由图3和表1可见,Rietveld全谱图拟合法应用了包括重叠的衍射线全部衍射数据,解决了传统的X射线衍射定量分析方法中,不同物相有重叠衍射峰时剥离困难的问题。但是，衍射峰的重叠会使这些物相的含量计算受到一定影响。上述含非晶相样品的测定结果中SnO2由于在2θ=26.5°2θ=39.5°处和SiO2有衍射峰重叠,受彼此的影响二者定量分析结果重复性稍差一些;应用Rietveld全谱图拟合法可准确的测定样品中非晶相或未知相的含量,但由于采用公式(4)计算,其结果受样品中其它晶相物质含量的影响波动性较大,所以相对标准偏差稍大,重复性稍差。 
　　3.2 粉尘样品定量分析 
 
　　 实验分析了广西职业病防治研究所提供的河池锡冶炼厂不同工序车间10个粉尘样品,所含物相均为晶体。以其中一个样品为例, 采用Jade 5．0 软件对所得衍射图谱进行定性分析，其结果见图4。由图4可以看出，在整个扫描图谱范围内没有结晶度差的“馒头”峰存在,即没有非晶相物质存在;每条尖锐的衍射峰都归属于其对应的晶相物质,无衍射峰剩余,即试样中无未知物质存在,试样所含物相均为晶体。
　　 图4 粉尘样品定性相分析结果（略） 
　 　Fig.4 Results of qualitative phase analyses of dust sample
 
　 　由于样品所含物相均为晶体,应用式(2)计算它的含量。 采用DBWS9807软件,峰型函数用PseudoVoigt,各相的初始点阵常数、空间群和等效点位置选用文献［11~15］报道的数据。修正了比例因子、背底参数、峰型函数、点阵常数、原子位置参数、择优取向和各向同性温度因子等参数,并用DMPLOT绘图软件跟踪修正结果。当Rp=9.63%, Rwp=12.60%, Rexpected=4.36% 时，测得SiO2、SnO2、SnS、Fe3O4和FeS分别为37.53％、36.16％、11.59％、11.39％、和3.33％。修正得到粉尘的各相结构参数见表2。Rietveld全谱图拟合的结果见图5。
 
　　 由表2可以看出,修正得到的各物相结构参数与文献报道的数据相当接近,且图5中实验值和计算值拟合参差很小,拟合结果Rwp数值在正常范围内,所以计算结果可靠。
　　 表2粉尘样品中各物相晶体结构参数（略）
　　 Table 2 Crystal structure parameters of dust sample
　　 图 5 Rietveld全谱图拟合的结果:实验值(圆点)和计算值(连续线)拟合图（略）
　 　Fig.5 Results of the Rietveld method: experimental(dots) and calculated(continuous line)patterns of the sample
　 　图形下方表示两者的参差,图形下方的垂线表示计算出的布拉格反射位置（the difference profile is shown at the bottom of the Figure, vertical markers at the bottom indicate the position of the calculated Bragg reflections).剩余9个粉尘样品均采取与此样品相同的分析步骤和方法,最后修正的结果为: Rp平均等于11.29%, Rwp平均等于13.74%, Rexpected平均等于4.04%。得到游离SiO2在各混合样品中的含量为15.61%～37.83% 。
 
　　 为了检验本方法测定游离SiO2的准确性,实验分别在四相混合样品,五相混合样品及六相混合样品中加入一定量的SiO2标准品,按同样的方法进行测定, SiO2的平均加标回收率为102.6%～119.9%。
4 结 论 
 
　 　与常规的定量分析方法相比, Rietveld 法物相定量分析对于晶态物质无须应用内标,或标定工作曲线。它应用了包括重叠的衍射线全部衍射数据,提高了定量分析的准确度，降低了初级消光效应。择优取向在全谱Rietveld 法拟合中有可能修正；全谱拟合有平均作用，可在很大程度上减少择优取向、初级消光以及其它系统误差的影响。 不仅如此,由于它使用结构数据进行标定, 因此, 克服了纯标样制备困难以及标样与实际样品的晶态差别等问题, 同时也使固溶体替换、有序无序等问题可以得到解决。
 
　 　应用Rietveld全谱图拟合法可以快速、准确、方便地测定粉尘中游离SiO2的含量。但SiO2晶体极易出现择优取向现象,虽然全谱拟合有平均作用，可在很大程度上减少择优取向,但不可能完全消除。所以，要改进装填样技术,以尽可能减少择优取向，提高定量分析结果的重复性。