基于電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜對不同種類肉質(zhì)營養(yǎng)元素的研究

張雷雷，王 巖，高 鐲，張春林，曹 夢

(河北省食品安全重點實驗室 河北省食品檢驗研究院，河北 石家莊 050000)

肉類是人類身體獲得能量的重要來源之一[1]，隨著人民生活水平的不斷提高，肉類的攝入量也隨之增加[2]。家禽、牲畜和海鮮是我國主要肉類食品，根據(jù)世界衛(wèi)生組織的定義，哺乳動物的肉通常被稱為“紅肉”，常見的包括豬肉、羊肉、牛肉等，而雞、鴨等禽肉，以及魚、蝦等水產(chǎn)則統(tǒng)一被稱為“白肉”。又因為生長環(huán)境和食物種類的不同，同種肉類間也存在差異[3]。

本研究選擇雞肉、鴨肉、豬肉、羊肉、魚肉5種常見的肉類為研究對象，測量不同肉類中的12種營養(yǎng)元素含量[4-7]，分別是Li、Na、Mg、P、S、K、Ca、Cu、Fe、Zn、Se、Sr。這些微量元素雖然在人體內(nèi)含量極小，但是卻具有很大的營養(yǎng)價值[8]。不僅會影響人體蛋白的形成，與免疫功能密切相關(guān)，而且參與人體各種必須成分的合成工作等[9]。所以了解不同食物中微量元素的差異有利于合理膳食。本試驗通過對各元素進行數(shù)據(jù)化分析和計算，更加客觀地呈現(xiàn)了不同肉類的營養(yǎng)元素差異，幫助消費者全面了解了肉類產(chǎn)品的營養(yǎng)構(gòu)成[10-11]。

目前元素類的檢驗檢測主要依靠于光譜技術(shù)，其中主要包括：原子熒光光譜法(Atomic fluorescence spectrometer，AFS)[12]、原子吸收分光光度法(Atomic absorption spectroscopy，AAS)[13]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-OES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)等[8]，其中適用于同時快速檢測多種元素的只有ICP-OES法和ICP-MS法，而其中ICP-MS靈敏度更高，檢出限險更低，抗干擾能力更強等[14-15]。本次試驗選用電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜儀(ICP-MS/MS)，相比于ICP-MS，ICP-MS/MS多串聯(lián)一個四級桿，相當(dāng)于多了一個目標(biāo)物的篩選過濾器，能夠更有效的排除在分析物產(chǎn)物離子的質(zhì)量數(shù)處出現(xiàn)的非目標(biāo)天然離子，所以MS/MS能夠消除潛在的干擾[16-17]。利用No Gas、H2、O2、He、NH3/He五種模式，確定不同元素測量的最佳條件，以確保反應(yīng)池(CRC)反應(yīng)過程更純粹，數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)可靠[18-20]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

樣品隨機采購于超市，種類包括雞肉、鴨肉、豬肉、魚肉、羊肉、共五種樣品，每種類各取三個批次，共15個樣品。肉類產(chǎn)品將可食用部分勻漿均勻，密封低溫避光儲存，待用。

1000μg/mL的Li、Na、Mg、P、S、K、Ca、Cu、Fe、Zn、Se、Sr、Sc、Bi、Rh、Y有色金屬標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液，北京標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研發(fā)中心；65 %的BV-III級硝酸，北京化學(xué)試劑研究所有限責(zé)任公司；1μg/mL(含元素Li、Y、Co、Tl、Ge、Mg)調(diào)諧液，美國賽默飛世爾公司；超純水，電阻率為18.2MΩ·cm。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 8900型電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜儀，美國安捷倫公司；Milli-Q超純水機，美國Millipore公司；MARS6微波消解儀，美國CEM公司；BHW-09C恒溫加熱器，上海博通公司；電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

稱取待測肉類樣品0.3～0.5g(精確到0.001g)于微波消解內(nèi)罐(聚四氟乙烯消解罐)中，加入5mL硝酸，加內(nèi)蓋浸泡3～4h或過夜，擰緊罐帽，通過微波消解儀進行消解(消解程序條件見表1)，冷卻后取出并開蓋排氣。然后放置在控溫電熱板上，于100 ℃加熱20～30min脫氣。待冷卻后轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶，加水定容，搖勻備用。同時采取相同步驟進行空白實驗。

表1 微波消解條件

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

吸取適量單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，用硝酸溶液(5+95)逐級稀釋，配成混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)系列濃度如下：待測元素Ca、P、S、Zn、Cu、Fe、K、Mg、Na濃度梯度為0、1、10、50、100、500、1000μg/L；待測元素Li、Se、Sr濃度梯度為0、0.1、1、10、20、50、100μg/L。然后分別以元素Sc、Y、Rh、Bi為在線內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，配置混合內(nèi)標(biāo)液。

1.3.3 營養(yǎng)元素含量測定

本試驗采用ICP-MS/MS串聯(lián)四極桿的方式，同時測定試樣溶液中待測元素的含量。通過ICP-MS/MS調(diào)諧程序，調(diào)整儀器各項指標(biāo)。采用1 μg/mL的Li、Y、Co、Tl、Ce、Mg元素混合溶液作為調(diào)諧液，以蠕動泵0.10 rps轉(zhuǎn)速持續(xù)進液，分別對儀器在No Gas、H2、O2、He、NH3/He五種模式下進行條件優(yōu)化，觀測特定質(zhì)量數(shù)下的離子計數(shù)、靈敏度、氧化物、雙電荷、分辨率等參數(shù)，以確定儀器最佳工作條件，使儀器信號更穩(wěn)定，靈敏度高，各項參數(shù)滿足試驗要求。

根據(jù)不同分析方法，在No Gas模式下，觀測質(zhì)量數(shù)為7、89、205的離子；He模式下，觀測質(zhì)量數(shù)為59、89、205的離子；H2模式下，觀測質(zhì)量數(shù)為Q1=Q2=59、89、205的離子；O2模式下，觀測質(zhì)量數(shù)為Q1=Q2=59、Q1/Q2=89/105、Q1=Q2=205的離子，NH3/He模式下，觀測的質(zhì)量數(shù)為Q1=Q2=59、Q1/Q2=89/191、Q1=Q2=205的離子。

在No Gas、H2、He模式下氧化物(CeO/Ce)均小于1 %，雙電荷比(138Ba++/137Ba+)小于1.5%，所有模式下RSD均小于5%時，視為調(diào)諧成功。本實驗采用的ICP-MS/MS最佳工作條件為：RF功率為1550W，輔助氣流量為0.9L/min，等離子體氣體流量為15.0L/min，采樣深度為8.0mm。其余具體儀器參數(shù)見表2。

表2 ICP-MS/MS儀器參數(shù)

調(diào)諧結(jié)束后，進行方法編輯。將內(nèi)標(biāo)液同試劑空白、標(biāo)準(zhǔn)系列、試樣溶液分別引入ICP-MS/MS中，對待測元素及內(nèi)標(biāo)元素的信號響應(yīng)值進行采集和計算。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

調(diào)用Agilent MassHunter數(shù)據(jù)工作站，在軟件內(nèi)進行分析，擬合線性回歸曲線，計算回歸方程，給出測定結(jié)果。

試樣中待測元素的含量按下列公式計算：

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)譜干擾及消除方法

本實驗采用SQ標(biāo)準(zhǔn)模式和MS/MS串桿模式同時測定多種元素濃度，利用不同模式和反應(yīng)氣下，發(fā)生原位質(zhì)譜或質(zhì)量轉(zhuǎn)移的方式對干擾進行消除。在SQ標(biāo)準(zhǔn)模式下，He氣不參與離子的碰撞和反應(yīng)，相當(dāng)于ICP-MS，但靈敏度略高。而在MS/MS模式下，待測元素離子與反應(yīng)氣原子發(fā)生碰撞消除干擾的方式，叫做原位質(zhì)譜，在此種方式中前后八級桿偏轉(zhuǎn)電壓Q1=Q2。此外，在氣體和待測元素碰撞時也會發(fā)生反應(yīng)，形成新的團簇離子，即發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移，此時需要對Q1和Q2分別進行設(shè)置，改變八級桿偏轉(zhuǎn)電壓，以求精準(zhǔn)捕捉新質(zhì)量數(shù)離子，從而消除干擾離子。本實驗待測元素的同位素質(zhì)譜分析見表3。

表3 同位素質(zhì)譜分析

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

依照梯度濃度要求，配制混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，根據(jù)所建立的方法進行分析測試，以內(nèi)標(biāo)元素為參考點自動擬合校準(zhǔn)曲線。最終得到以X軸為濃度點，以Y軸為響應(yīng)值的線性擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性系數(shù)見表4。通過對空白溶液進行連續(xù)測定，以元素標(biāo)準(zhǔn)偏差計算得到待測元素檢出限和背景等效濃度。結(jié)果如表4所示，12種待測元素的線性相關(guān)系數(shù)均符合標(biāo)準(zhǔn)(R2≥0.9997)，即線性范圍內(nèi)線性較好；檢出限和背景等效濃度較低，均低于現(xiàn)行國家食品安全檢驗標(biāo)準(zhǔn)方法。

表4 同位素線性范圍和檢出限

2.3 加標(biāo)回收率和準(zhǔn)確度

為了進一步驗證分析待測樣品時方法的準(zhǔn)確性，在優(yōu)化的試驗條件下，對五種樣品進行加標(biāo)回收試驗，肉類樣品平行測定3次，得出全部待測元素的加標(biāo)回收率在 95.80%～109.30%之間，RSD≤3.84%，表明本次實驗方法重復(fù)性優(yōu)異，準(zhǔn)確性好。所有元素的加標(biāo)結(jié)果如表5所示。

表5 加標(biāo)樣品的加標(biāo)回收率與重復(fù)性

2.4 樣品測定

本試驗分別收集測定了雞肉(A)、鴨肉(B)、豬肉(C)、魚肉(D)、羊肉(E)五種肉類樣品，每種樣品三個批次，對收集的共15個樣品進行多元素測定，每個樣品重復(fù)測定3次，試驗結(jié)果見表6。

表6 樣品分析結(jié)果

從結(jié)果中可以看出雞肉、鴨肉、豬肉、魚肉和羊肉中，不同肉類的Li、Na、Mg、P、S、K、Ca、Cu、Fe、Zn、Se、Sr等元素的含量差異十分明顯。其中，Mg、S、K、Zn元素在豬肉中的含量遠(yuǎn)高于其它肉類；Li、Cu、Se元素在魚肉中含量相對較多；而羊肉則含有大量的Na、P、S、Cu、Fe、Sr元素。

3 結(jié)論

本實驗通過電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)(ICP-MS/MS)測定不同品種肉類的12種營養(yǎng)元素的含量，探究元素含量與肉類品種之間的關(guān)系。采用SQ標(biāo)準(zhǔn)模式和MS/MS串桿模式同時測定多種元素濃度，利用不同反應(yīng)氣下原位質(zhì)譜或發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移的方式，消除干擾，利用在線內(nèi)標(biāo)元素校正了基體效應(yīng)，穩(wěn)定各元素的質(zhì)譜信號。通過對實際樣品進行分析發(fā)現(xiàn)，豬肉的Mg、S、K、Zn元素含量高；Li、Cu、Se元素在魚肉中含量相對較多；而羊肉則含有大量的Na、P、S、Cu、Fe、Sr元素。實驗結(jié)果可以證明，紅肉(豬、羊)含有豐富的營養(yǎng)元素；而在白肉(雞、鴨、魚)中，魚類的營養(yǎng)價值相對較高，而雞肉和鴨肉中的營養(yǎng)元素含量普遍偏低。通過對不同肉類中營養(yǎng)元素含量的準(zhǔn)確測量，為肉類營養(yǎng)價值的衡量提供了數(shù)據(jù)支撐，幫助消費者全面了解了肉類產(chǎn)品的營養(yǎng)元素構(gòu)成，為不同購買需求的消費者提供了選擇指導(dǎo)。