台式紧凑型EDXRF：一种简便快捷的测定牛奶中钙含量的方法

牛奶是钙（Ca）的重要来源，钙对多种身体机能至关重要，包括维持骨骼健康、肌肉功能和神经传导。牛奶中的钙含量是牛奶包装上标注的关键营养信息之一。^[1]

测定牛奶中钙含量的典型分析方法包括滴定法^[2]、原子吸收分光光度法（AAS）^[3]以及电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）^[4]。然而，这些方法需要耗时的样品制备过程、专业的实验室器具，并且需要使用有毒化学试剂。

本文介绍了 HORIBA 台式紧凑型 X 射线荧光光谱仪 MESA-50，作为一种简便、快速且安全的方法用于测定牛奶中的钙含量。

MESA-50 是一款台式紧凑型能量色散X射线荧光光谱仪，占地面积仅为 A4 纸大小，可进行快速且无损的元素分析。

MESA-50 从样品室底部发射初级 X 射线，并利用硅漂移探测器检测荧光 X 射线。将牛奶等液体样品装入样品杯中即可直接进行分析。

XRF 光谱图呈现了各元素相对应的特征峰。谱峰强度与X射线束作用体积内的元素含量成正比。因此，MESA-50 能够实现钙含量的测定。

研究人员准备了五种市售乳制品，其钙含量各不相同（表1）。

表 1. 本实验准备的 5 种不同牛奶样本清单

EDXRF 分析方法的样品前处理过程简单、快捷且安全。该过程无需使用天平、烧瓶或烧杯等实验器材，从而降低了玻璃器皿破碎造成碎片污染的风险。此外，该方法无需使用有毒的强酸强碱试剂，对操作人员更安全，也更具成本效益。

操作步骤

1. 使牛奶温度达到室温

2. 轻轻摇晃牛奶数次，以确保均匀性并防止沉淀（图3a）。

3. 将牛奶倒入样品杯中（图3b），盖上薄膜，并用外框固定。

4. 测量前轻轻摇晃样品杯，以避免沉淀。

5. 迅速将样品杯放置在仪器的测量位上（图3c）。

研究人员按照图4中描述的测试条件进行了实验。使用了初级X射线滤光片，以减少X射线发生器中钯（Pd）靶材产生的荧光峰带来的干扰。此外，为了减少测试过程中牛奶的分层现象，研究人员每次测量仅进行30秒。每个样品重复测试3次（n=3）。

图 4a 为五种不同乳制品的 EDXRF 谱图。可以观察到明显规律：钙含量越高的乳制品，其 Ca 特征强度也越高。图4b为产品包装上标示的钙浓度与 Ca-Kα 峰强度之间的相关性图，结果显示回归系数良好（R²>0.999）。这充分表明 EDXRF 是适用于此类应用的合适方法。

基于本实验结果，研究人员验证了 HORIBA 台式紧凑型 X 射线荧光光谱仪 MESA-50 可作为一种简便、快速的方法，用于牛奶中钙含量的测定。

参考文献

[1] Harvard T.H. Chan School of Public Health. (no date). Calcium. The Nutrition Source. https://nutritionsource.hsph.harvard.edu/calcium/
[2] International Standard, ISO 12081:2010 “Milk – Determination of Calcium Content Titrimetric Method”
[3] International Standard, ISO 8070:2007 “Milk and milk products — Determination of calcium, sodium, potassium and magnesium contents — Atomic absorption spectrometric method”
[4] International Standard, ISO 15151:2018 “Milk, milk products, infant formula and adult nutritionals — Determination of minerals and trace elements — Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES) method”