微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測定椴樹蜂蜜中23種元素

金鈴和,陳　輝,范春林,*,王明林,*

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東泰安 271018;2.中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院,北京 100123)

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微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測定椴樹蜂蜜中23種元素

金鈴和1,陳輝2,范春林2,*,王明林1,*

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山東泰安 271018;2.中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院,北京 100123)

椴樹蜂蜜是我國東北地區(qū)特色蜜種,為了解椴樹蜂蜜中元素含量分布,本文建立了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)同時(shí)測定椴樹蜂蜜中B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb和U等23種元素的分析方法。結(jié)果表明,該方法加標(biāo)回收率(n=6)在86.5%～109.8%之間,選擇國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)菠菜(GBW10015)和茶葉(GBW10016)驗(yàn)證方法的可靠性,待測元素測定值基本在標(biāo)準(zhǔn)值允許范圍內(nèi),日內(nèi)相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=3)在0.3%～8.7%之間,日間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(n=5)在1.2%～10.4%之間。應(yīng)用該方法測定了吉林省不同采樣點(diǎn)的10個椴樹蜂蜜,結(jié)果發(fā)現(xiàn)K的含量最高,As,Cd和Pb含量均符合蜂蜜中相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)測定結(jié)果,建立了吉林省椴樹蜂蜜中元素指紋圖譜,發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地的10個椴樹蜂蜜樣品中元素分布具有共同特征,可為椴樹蜂蜜蜜種鑒別提供判別依據(jù)。

椴樹蜂蜜,電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS),多元素分析,微波消解

椴樹蜂蜜主要以紫椴(Tilia amurensis)和糠椴(Tilia mandschurica)為蜜源植物,具有濃郁的芳香氣味,易結(jié)晶,且晶體潔白細(xì)膩,又被稱為雪蜜,是我國東北特有蜜種。與其它蜂蜜相比,椴樹蜂蜜富含葡萄糖、果糖、維生素和氨基酸等營養(yǎng)成分,具有較高的營養(yǎng)價(jià)值,深受消費(fèi)者喜愛,是我國主要出口蜜種之一。

近幾年,國內(nèi)外研究者針對椴樹蜂蜜開展了大量相關(guān)研究。叢海迪等[1]測定了椴樹蜂蜜中總酚酸和總黃酮含量,并研究了椴樹蜂蜜對DPPH自由基的消除作用;裴高璞等[2]采用頂空固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析研究了油菜蜂蜜,洋槐蜂蜜和椴樹蜂蜜中香氣成分的差異,結(jié)果表明,椴樹蜂蜜中具有特有的香氣成分物質(zhì);國外科研人員也針對椴樹蜂蜜進(jìn)行了類似研究[3-6]。蜂蜜中含有大量對人體健康有益的微量元素[7],但有些元素含量過量時(shí)也會對人類身體健康產(chǎn)生一定影響[8],而鉛和鎘等重金屬元素則會對人體健康構(gòu)成更大威脅。因此,研究我國特色蜂蜜椴樹蜂蜜中各種微量元素的含量是十分有必要的。但有關(guān)椴樹蜂蜜中微量元素的研究相對較少,Ajtony等[9]利用石墨爐原子吸收光譜測定了洋槐蜂蜜、油菜蜂蜜和椴樹蜂蜜中砷、鎘、鉻、銅和鉛5種微量元素含量;孫建民等[10]采用原子吸收法測定了洋槐蜂蜜、東北黑蜂蜜和椴樹蜂蜜中鉀、鈉、鎂、鐵、鈣、銅、鋅和錳8種元素的含量。

本文應(yīng)用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)建立了同時(shí)測定椴樹蜂蜜中B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb和U等23種元素的分析方法。應(yīng)用該方法測定了吉林省不同采樣點(diǎn)10個椴樹蜂蜜中上述23種元素,建立了吉林省椴樹蜂蜜的元素指紋圖譜。方法為評價(jià)椴樹蜂蜜的品質(zhì)研究提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

10個椴樹蜂蜜樣品均于2014年8月,在吉林省安圖縣10個不同養(yǎng)蜂現(xiàn)場的蜂農(nóng)處采集,保證了蜂蜜來源的真實(shí)性。

標(biāo)準(zhǔn)儲備液:Agilent,Part # 5183-4688,混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(5% HNO3介質(zhì)),內(nèi)含K,Ca,As,Cu,Pb等元素;P單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(介質(zhì)為H2O);B,Ga,Rb和Sr單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心),Ga,Rb和Sr為一組,臨用前配制成混標(biāo)。內(nèi)標(biāo)溶液:100 mg·L-1含Sc,Ge,In等元素的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液(Agilent,Part # 5188-6525),用5% HNO3稀釋為1 mg·L-1;調(diào)諧液:10 μg·L-1含Ce,Co,Li,Tl,Y元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(Agilent,Part# 5184-3566)稀釋為1 μg·L-1,介質(zhì)為5%HNO3。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):國家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)菠菜(GBW10015)和茶葉(GBW10016)。

MOS級濃硝酸(HNO3)和雙氧水(H2O2)均購自北京化學(xué)試劑廠;超純水(18.2 MΩ)由Milli-Q超純水系統(tǒng)(美國Millipore公司)制得,用于稀釋配制所有標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)美國Agilent 7700x型;微波消解系統(tǒng)美國CEM公司MARS 6型。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1樣品消解取10～15 g蜂蜜樣品于15 mL離心管中,在45 ℃的水浴中超聲處理30 min,直到蜂蜜樣品呈清澈液態(tài)。準(zhǔn)確稱取1 g(精確到0.001 g)蜂蜜樣品于酸煮洗凈的中壓消解罐中,加入5 mL HNO3和3 mL H2O2,旋緊頂蓋放入微波消解儀內(nèi),按照表1所列的消解程序進(jìn)行微波消解。消解完畢后,待樣品冷卻至室溫,打開消解罐,將消解液轉(zhuǎn)移至50 mL離心管中,并用10 mL去離子水洗滌消解罐及蓋子3次,合并洗液至離心管中,定容至刻度,混勻,待測分析。每次消解過程中均同時(shí)制備空白試樣和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)試樣。

表1　微波消解程序

1.2.2儀器分析條件用調(diào)諧液調(diào)試儀器,工作參數(shù)由儀器全自動調(diào)諧優(yōu)化給出,使儀器的靈敏度和分辨率達(dá)到最佳狀態(tài),滿足儀器的測定要求,具體儀器參數(shù)見表2。

表2　ICP-MS工作參數(shù)

注:內(nèi)標(biāo)加入方式為在線內(nèi)標(biāo)加入。

1.2.3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制用含5%硝酸(v/v)溶液和超純水分別稀釋標(biāo)準(zhǔn)儲備液,配制成一系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

2　結(jié)果與討論

2.1方法學(xué)考察

2.1.1線性關(guān)系ICP-MS的動態(tài)線性范圍廣,可達(dá)到4～5個數(shù)量級。本實(shí)驗(yàn)在優(yōu)化的儀器條件下采集系列待測元素標(biāo)準(zhǔn)溶液,由儀器自動繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線和確定線性相關(guān)系數(shù),表3中結(jié)果表明,各元素在相應(yīng)的線性范圍內(nèi),相關(guān)系數(shù)R在0.9990～1.0000之間,線性關(guān)系良好。

2.1.2方法檢出限和定量限按照IUPAC規(guī)定,10個獨(dú)立樣品空白溶液中各元素測量值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對應(yīng)的濃度為檢出限,10倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差相應(yīng)的濃度為定量限,由表3結(jié)果得出,該方法的檢出限范圍為0.02 μg·kg-1～0.3 mg·kg-1,定量限在0.1 μg·kg-1～1.0 mg·kg-1之間。

表3　分析方法相關(guān)參數(shù)測定結(jié)果

續(xù)表

注:*單位為mg·kg-1;未標(biāo)*單位為 μg·kg-1;LOQ 為定量限。

2.1.3加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)本文采用加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)對方法的準(zhǔn)確度進(jìn)行評價(jià)。準(zhǔn)確稱取椴樹蜂蜜樣品,分別添加低、中、高三個水平的元素標(biāo)準(zhǔn)溶液,置于微波消解罐中,按照上述方法進(jìn)行樣品處理,平行測定6次,回收率范圍為86.5%～109.8%(見表3),表明該方法測定椴樹蜂蜜中的23種元素具有較高的準(zhǔn)確性。

2.1.4標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析按照建立的實(shí)驗(yàn)方法測定了國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)菠菜(GBW10015)和茶葉(GBW10016)中23種待測元素含量,通過對比給定值與測定值的差異,對方法進(jìn)行考察,測定值基本在標(biāo)準(zhǔn)值允許范圍內(nèi),測定結(jié)果列于表4。

2.1.5重復(fù)性和重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)同一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)每天平行測定3次,通過計(jì)算測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)對方法的重復(fù)性進(jìn)行評價(jià);連續(xù)測定5天,根據(jù)測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差評價(jià)方法的重現(xiàn)性。表4中結(jié)果顯示,重復(fù)性RSD在0.3%～8.7%之間,重現(xiàn)性RSD范圍為1.2%～10.4%,表明本實(shí)驗(yàn)建立的方法是準(zhǔn)確、可靠的。

表4　標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和精密度測定結(jié)果

注:Cd的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為GBW10016,其它元素均為GBW10015;*:單位為mg·kg-1;未標(biāo)*:單位為μg·kg-1;-:未給出標(biāo)準(zhǔn)值;mean:平均值;U:擴(kuò)展不確定度;SD:標(biāo)準(zhǔn)偏差。

表5　吉林省椴樹蜂蜜樣品中23種元素測定結(jié)果

注:上述結(jié)果均以 mean±SD 表示;*:單位為mg·kg-1;未標(biāo)*:單位為μg·kg-1;LOQ:定量限。

2.2實(shí)際樣品測定

應(yīng)用本文建立的多元素分析方法,對吉林省10個采樣點(diǎn)采集的椴樹蜂蜜進(jìn)行了測定(結(jié)果見表5)。椴樹蜂蜜中濃度較高的是B,K,Ca,Na,Mg,P,Fe和Rb等8種元素,除Fe(0.8 mg·kg-1)外,其他7種元素的平均含量均高于1 mg·kg-1。K的含量最高,所有樣品中平均含量為1398.4 mg·kg-1,除了6號和8號椴樹蜂蜜中K的含量較低,分別為1022.5和925.2 mg·kg-1外,其他樣品中K的含量在1271.5～1669.9 mg·kg-1之間,這與文獻(xiàn)[10]報(bào)道的椴樹蜂蜜中富含鉀元素的結(jié)論一致。其次是Ca和P元素,平均含量分別為52.4和20.2 mg·kg-1,Ca在不同樣品中含量差異較小,P在樣品中含量分布與K元素類似,其中8號椴樹蜂蜜中P含量最低,為9.3 mg·kg-1,其余樣品P的平均濃度均高于10 mg·kg-1,且含量較為接近。Mg,Na,Rb和B等四種元素在椴樹蜂蜜中含量較低,其在所有樣品中的平均濃度分別為9.5,3.3,2.3和1.2 mg·kg-1。蜂蜜中Fe相比其他7種元素含量最低,多數(shù)樣品中Fe的含量低于1 mg·kg-1。

椴樹蜂蜜中Mn,Zn,Sr,Ba,Cu和Ga等6種微量元素的平均濃度范圍在62.9～484.6 μg·kg-1之間。Mn的平均含量最高,不同樣品中Mn含量差異較大,除3號樣品中Mn測定結(jié)果為718.9 μg·kg-1外,其他樣品中Mn含量在319.6～599.5 μg·kg-1之間。Sr和Ba兩種元素在椴樹蜂蜜中平均含量較為接近,分別為294.1和292.7 μg·kg-1。Zn的含量略低,除了兩個樣品中Zn的含量為92.5 μg·kg-1和96.2 μg·kg-1,其余蜂蜜樣品中Zn含量均高于100 μg·kg-1。不同樣品中Cu和Ga的含量分布較為均勻,其濃度范圍分別為33.6～80.6 μg·kg-1和41.8～86.5 μg·kg-1。

其余9種元素在椴樹蜂蜜中的平均含量低于10 μg·kg-1,包括對人體危害較大的元素(Cr,As,Cd和Pb),放射性元素(U)及其他微量元素(V,Ni,Co和Mo)。Pb的含量相對較高,其平均濃度為4.5 μg·kg-1,其次是Ni,Cr,As和V,分別為4.1,3.7,1.4和1.2 μg·kg-1,而Mo,Co和Cd三者的含量均低于1 μg·kg-1。本次測定的10個椴樹蜂蜜樣品中的As,Cd和Pb均符合GB 2762-2012《食品中污染物限量》[11]蜂蜜中Pb≤1 mg·kg-1及NY/T 752-2012《綠色食品 蜂產(chǎn)品》標(biāo)準(zhǔn)[12]規(guī)定的Pb≤200 μg·kg-1,As≤200 μg·kg-1和Cd≤100 μg·kg-1的要求,且所有樣品中均未檢出放射性元素U,這表明本文測定的椴樹蜂蜜品質(zhì)相對較高。

2.3椴樹蜂蜜中元素指紋圖譜的建立

本文初步建立了吉林省椴樹蜂蜜中的元素指紋圖譜,發(fā)現(xiàn)采自不同地點(diǎn)的椴樹蜂蜜樣品中元素分布具有相似性。根據(jù)椴樹蜂蜜中23種元素的測定結(jié)果,篩選出B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr和Ba等14種元素,以元素名稱為橫坐標(biāo),對應(yīng)含量為縱坐標(biāo)繪制圖譜[13]。為了方便繪圖和比較椴樹蜂蜜中元素分布特征,將元素測定結(jié)果同時(shí)擴(kuò)大或縮小一定的倍數(shù),處理至同一數(shù)量級水平(K縮小100倍,Fe、Mn、Cu和Sr擴(kuò)大10倍,Zn擴(kuò)大50倍,Ga擴(kuò)大100倍,Rb擴(kuò)大5倍,Ba擴(kuò)大20倍),并將10個椴樹蜂蜜樣品的圖譜繪制在一起。如圖1所示,不同樣品中元素含量存在一定差異,但是不同采樣點(diǎn)椴樹蜂蜜元素分布具有相似的特征峰型,由此可作為椴樹蜂蜜與其他蜂蜜鑒別的參考依據(jù)。

圖1　吉林省椴樹蜂蜜樣品元素指紋圖譜Fig.1　Comparative element fingerprint of 10 linden honey samples from Jilin province

3　結(jié)論

本文采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)建立了同時(shí)測定椴樹蜂蜜中的B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb和U等23種元素的分析方法。該方法具有簡便快捷,準(zhǔn)確率和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用該方法測定了吉林省不同采樣點(diǎn)的10個椴樹蜂蜜樣品,結(jié)果表明,椴樹蜂蜜具有較好的營養(yǎng)價(jià)值和較高的食用安全性,富含人體所需的K,Ca,Na,Mg,P等常量元素,而Pb,Cd,As等有害元素含量均處于較低水平,并符合相關(guān)限量要求。篩選其中14種元素建立了吉林省椴樹蜂蜜的元素指紋圖譜,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同采樣點(diǎn)椴樹蜂蜜的元素指紋圖譜具有一定的共性。本文建立的多種元素分析方法以及椴樹蜂蜜中元素指紋圖譜為椴樹蜂蜜的進(jìn)一步研究提供了理論依據(jù)。

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Simultaneous determination of 23 elements in linden honey by microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry method

JIN Ling-he1,CHEN Hui2,FAN Chun-lin2,*,WANG Ming-lin1,*

(1.College of Food Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Taian 271018,China;2.Chinese Academy of Inspection and Quarantine,Beijing 100123,China)

The determination of 23 elements including B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb and U in linden honey,which is characteristic of honey in northeast China,was studied by inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS)using microwave digestion for sample preparation. The recoveries for spiked honey samples were in the range of 86.5%～109.8%. The method was validated by analyzing the National Standard Reference Material of Spinach(GBW10015)and Tea(GBW10016),which obtained the relative standard deviation values of repeatability(n=3)and reproducibility(n=5)were 0.3%～8.7% and 1.2%～10.4%,respectively. Ten linden honey samples collected in different sites from Jilin province were studied by this method. Among the 23 elements,K was abundant in linden honey,and As,Cd and Pb were lower than relevant limit requirements. Furthermore,the element fingerprint of linden honey from Jilin province was established,which showed that various samples presented common features and could provide a basis for the identification of linden honey.

linden honey;ICP-MS;multi-element analysis;microwave digestion

2015-04-13

金鈴和(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：食品質(zhì)量與安全，E-mail:jinlinghe22@163.com。

范春林(1964-)，男，本科，研究員，研究方向：食品安全，E-mail:caiqfcl@163.com。

王明林(1963-)，男，博士，教授，研究方向：食品質(zhì)量與安全，E-mail:mlwang@sdau.edu.cn。

中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)項(xiàng)目(2015JK012)。

TS201.7

A

1002-0306(2016)01-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000