基于電感耦合等離子體-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)測定豬肉和雞肉中32種元素含量

王東 劉麗南 袁筱玄 高鐲 張春林 王巖 張巖

摘 要：建立電感耦合等離子體-串聯(lián)質(zhì)譜（inductively coupled plasma tandem mass spectrometry，ICP-MS/MS）測定豬肉和雞肉中32 種元素含量的分析方法。樣品采用微波消解處理，利用ICP-MS/MS在No gas、He、H2、O2和NH3/He 5 種模式下測定樣品中多元素含量，利用目標離子與反應(yīng)氣發(fā)生碰撞或反應(yīng)，用原位質(zhì)量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移方式消除分析過程中質(zhì)譜干擾。結(jié)果表明：32 種待測元素在0～100 μg/L和0～1 000 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，R2≥0.999 2，檢出限為0.000 028～0.130 063 mg/kg，加標回收率為91.6%～109.7%，相對標準偏差≤4.6%;對實際樣品進行測定，樣品中P、S、K、Na、Ca、Mg等元素含量相對較高，有害元素Cr、As、Cd、Pb的含量符合國家食品安全標準。

關(guān)鍵詞：電感耦合等離子體-串聯(lián)質(zhì)譜;元素含量;質(zhì)量轉(zhuǎn)移;豬肉;雞肉

Abstract： This study established an analytical method for the determination of 32 elements in pork and chicken by inductively coupled plasma tandem mass spectrometry （ICP-MS/MS）. The meat samples were pretreated by microwave digestion. The five modes of No gas， He， H2， O2 and NH3/He were used to determine the multi-element contents in the samples by ICP-MS/MS. The target ions were allowed to collide or react with the reactive gas， and in situ mass and mass transfer were adopted to eliminate mass spectral interference during the analysis process. The results showed that all calibration curves exhibited a good linear relationship in the concentration range of 0–100 μg/L or 0–1 000 μg/L with correlation coefficients （R2） ≥ 0.999 2. The limits of detection （LOD） of the proposed method was between 0.000 028 and 0.130 063 mg/kg， and the recoveries of standard addition were between 91.6% and 109.7%， with relative standard deviation （RSD） ≤ 4.6%. High levels of P， S， K， Na， Ca and Mg were detected in actual samples， and the levels of the harmful elements Cr， As， Cd and Pb met the national food safety standards.

Keywords： inductively coupled plasma tandem mass spectrometry; element contents; mass transfer; pork; chicken

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210223-045

中圖分類號：TS207.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2021）07-0021-06

引文格式：

王東， 劉麗南， 袁筱玄， 等. 基于電感耦合等離子體-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)測定豬肉和雞肉中32 種元素含量[J]. 肉類研究， 2021， 35（7）： 21-26. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210223-045. ? ?http：//www.rlyj.net.cn

WANG Dong， LIU Linan， YUAN Xiaoxuan， et al. Determination of 32 elements in pork and chicken by inductively coupled plasma tandem mass spectrometry[J]. Meat Research， 2021， 35（7）： 21-26. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20210223-045. ? ?http：//www.rlyj.net.cn

肉類食品中富含多種氨基酸、維生素，還為人體提供必需的微量元素，以維持正常的機體功能[1-3]，已成為人們生活中必不可少的食物。但由于工業(yè)飛速發(fā)展，重金屬污染物大肆排放，且難以被生物完全降解[4]，通過食物鏈的遷移作用，重金屬污染物便大量聚集到生物體內(nèi)[5-8]，

從而嚴重危害到人類的生命健康。鑒于肉類食品的安全性及營養(yǎng)性，有必要建立一種可以快速、準確測定肉類食品中多種元素含量的分析方法，從而更有利于對各類元素的監(jiān)測分析[9]。

目前，多種元素同時快速檢測技術(shù)已有大量研究報道，最常見的包括原子吸收光譜（atomic absorption spectrometry，AAS）法[10-13]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（inductively coupled plasma emission spectra，ICP-OES）[14-17]法和電感耦合等離子體-質(zhì)譜（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）法[18-20]等。AAS法因檢測元素單一、線性范圍窄及干擾因素多[21-22]等不足而降低了實際工作效率。ICP-OES法受環(huán)境溫度影響較大，檢出限達到μg/L級別。而ICP-MS法檢出限達ng/L級別，且抗干擾能力優(yōu)于ICP-OES法[23-26]，但由于ICP-MS法中單四極桿不能除去同量異位元素信號的疊加和雙電荷離子的干擾，從而對于低含量的元素測定不太適用[27-28]。ICP-串聯(lián)質(zhì)譜（ICP-tandem mass spectrometry，ICP-MS/MS）通過一級四極桿質(zhì)量過濾器（the first quadrupole，Q1）與二級四極桿質(zhì)量過濾器（the second quadrupole，Q2）組合成串聯(lián)質(zhì)譜，對經(jīng)過等離子體的離子進行雙重篩選，從而可以有效消除質(zhì)譜干擾[29-30]。本研究采用ICP-MS/MS法，以豬肉和雞肉2 種最為常見的肉類食材為研究對象，對肉中Ca、P、S、Zn、Cu、Fe、Mn、K、Mg、Na、Ge、Sb、Ba、Ti、V、Se、As、Sr、Mo、Ni、Co、Cr、Al、Li、Cs、Pb、Cd、B、In、Sn、Ag、Au 32 種元素含量進行測定，為豬肉和雞肉中多元素含量的檢測提供理論和技術(shù)支撐，具有十分重要的實際意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雞肉和豬肉 市售。BV-III級硝酸（質(zhì)量分數(shù)（69.0±0.9）%） 北京化學試劑研究所有限責任公司;1 000 μg/mL Ca、P、S、Zn、Cu、Fe、Mn、K、Mg、Na、Ge、Sb、Ba、Ti、V、Se、As、Sr、Mo、Ni、Co、Cr、Al、Li、Cs、Pb、Cd、B、In、Sn、Ag、Au標準儲備溶液、1 000 μg/mL Sc、Y、Bi、Rh元素內(nèi)標溶液 國家有色金屬及電子材料分析測試中心;1 μg/mL調(diào)諧液（含元素Li、Y、Co、Tl、Ge、Mg） 美國Agilent公司;去離子水（電阻率18.2 MΩ·cm）。

1.2 儀器與設(shè)備

8900 ICP-MS/MS儀 美國Agilent公司;Milli-Q超純水機 美國Millipore公司;MARS7微波消解儀 CEM微波化學（中國）技術(shù)中心;FW80粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;BHW-09C恒溫加熱器 上海博通化學科技有限公司;ME203E分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將豬肉和雞肉樣品取可食部分勻漿，稱取0.5 g（精確至0.001 g）樣品于微波消解內(nèi)罐中，加入5 mL硝酸，加蓋放置過夜后微波消解，儀器程序分3 個階段，第1階段控溫在120 ℃，保持3 min;第2階段控溫在160 ℃，保持6 min;第3階段控溫在180 ℃，保持30 min，冷卻，在恒溫加熱器上于100 ℃加熱30 min，用去離子水定容至50 mL，混勻待測，同時做空白實驗;以Sc、Y、Bi、Rh為內(nèi)標元素上機測定。

1.3.2 標準溶液配制

以體積分數(shù)5%硝酸為溶劑分別配制質(zhì)量濃度梯度為0、1、10、50、100、500、1 000 μg/L系列待測元素Ca、P、S、Zn、Cu、Fe、Mn、K、Mg、Na的混合標準溶液和0、0.1、1、10、20、50、100 μg/L系列待測元素Ge、Sb、Ba、Ti、V、Se、As、Sr、Mo、Ni、Co、Cr、Al、Li、Cs、Pb、Cd、B、In、Sn、Au、Ag的混合標準溶液。

1.3.3 干擾的消除

以體積分數(shù)5%硝酸為溶劑分別配制500 μg/L Ca、P、S、Zn、Cu、Fe、Mn、K、Mg、Na混合標準溶液和50 μg/L Ge、Sb、Ba、Ti、V、Se、As、Sr、Mo、Ni、Co、Cr、Al、Li、Cs、Pb、Cd、B、In、Sn、Au、Ag混合標準溶液，將標準溶液分別在No gas、He、H2、O2、NH3/He 5 種反應(yīng)氣模式下，通過設(shè)置Q1和Q2進行質(zhì)譜分析，以背景等效濃度（background equivalent concentration，BEC）和檢出限為參考標準。

1.3.4 質(zhì)譜條件優(yōu)化

ICP-MS/MS工作條件：采用5 mg/L Al、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Se、Sr、Zn標準溶液和50 mg/L的校正溶液，對儀器波長進行校正;在待機狀態(tài)對儀器檢測器進行校正，確保儀器處于最佳工作狀態(tài)。優(yōu)化后的儀器條件為：射頻功率1 550 W;等離子體流速15.0 L/min;霧化室溫度2 ℃;輔助氣流量0.9 L/min;采樣深度8.0 mm;雙電荷離子比值（138Ba2+/137Ba+）≤3.0%，氧化物離子比值（CeO/Ce）≤1.9%。在No gas模式下：八極桿偏轉(zhuǎn)電壓-8.0 V;在He模式下：八極桿偏轉(zhuǎn)電壓-18.0 V，池氣體流速5 mL/min;在H2模式下：八極桿偏轉(zhuǎn)電壓-18.0 V，池氣體流速7 mL/min;在O2模式下：八極桿偏轉(zhuǎn)電壓-3.0 V，池氣體流速4.5 mL/min;在NH3/He模式下：八極桿偏轉(zhuǎn)電壓-5.0 V，池氣體流速4.5 mL/min。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用安捷倫數(shù)據(jù)處理MassHunter軟件，以分析元素與內(nèi)標元素的信號比對標準溶液的質(zhì)量濃度自動建立校準曲線，從而得到分析樣品中待測元素的含量，按下式計算。

式中：X為試樣中待測元素含量/（mg/kg）;ρ為試樣溶液中待測元素質(zhì)量濃度/（μg/L）;ρ0為試樣空白液中待測元素質(zhì)量濃度/（μg/L）;V為試樣溶液定容體積/mL;n為試樣稀釋倍數(shù);m為試樣質(zhì)量/g;1 000為換算系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干擾的消除

利用ICP-MS/MS的串聯(lián)四極桿質(zhì)量分析器，通過設(shè)置第一級四極桿質(zhì)量分析器（Q1），篩選目標離子進入反應(yīng)池中，在反應(yīng)池內(nèi)加入反應(yīng)氣（H2、O2、NH3/He）使目標離子與反應(yīng)氣發(fā)生碰撞或反應(yīng)，實現(xiàn)質(zhì)量轉(zhuǎn)移，再設(shè)置位于反應(yīng)池后的第二級四極桿質(zhì)量分析器（Q2）消除干擾。

基于ICP-MS/MS消除干擾能力，選擇各待測元素的高豐度同位素進行測定，并與No gas和He模式進行對比，考察32 種待測元素BEC和檢出限的變化，BEC和檢出限越小，表明該模式下質(zhì)譜干擾越小。

由表1可知：在No gas模式下，僅Cd、Sb、Pb元素BEC和檢出限處于較低水平，因此，對于Cd、Sb、Pb元素采用No gas模式進行測定;在3 種模式比較下，Sn、Cu、Ag、Au元素在He模式時BEC和檢出限處于較低水平，因此，采用He模式進行測定。

Ge元素的干擾元素為70Zn和74Se，In元素的干擾元素為113Cd和115Sn，Sr元素的干擾元素為84Kr、86Kr和87Rb，Se元素的干擾元素為74Ge和76Ge，Zn元素的干擾元素為70Ge。因此，在MS/MS模式下利用H2原位質(zhì)量法可完全消除干擾的元素有Al、Ge、In、Sr、Se、Zn、Na、Mn，它們的BEC和檢出限均小于No gas和He反應(yīng)模式，表明通過離子與H2反應(yīng)對于這些元素的測定有利，可消除質(zhì)譜干擾。

Cr元素的干擾元素為50Ti、50V和50Fe，K元素的干擾元素為40Ar和40Ca，V元素的干擾元素為50Ti和50Cr，Ti元素的干擾元素為46Ca和48Ca。因此，在MS/MS模式下利用O2質(zhì)量轉(zhuǎn)移法可完全消除干擾的元素有P、S、V、As、Cr、Ti，它們都能與O2反應(yīng)生成氧化物離子，可以利用此反應(yīng)消除干擾，結(jié)果顯示，它們的BEC和檢出限均得到明顯改善，且均小于No gas和He反應(yīng)模式。由于Cs+和K+均不與O2發(fā)生反應(yīng)，所以在MS/MS模式下采用O2原位質(zhì)量法消除干擾。

NH3中加入一定量He作為混合反應(yīng)氣，易與金屬離子形成團簇離子，可以消除金屬離子的干擾。本研究在NH3中混合1 mL/min He。Ba元素的干擾元素為136Xe和134Xe，F(xiàn)e元素的干擾元素為54Cr和58Ni，Ni元素的干擾元素為64Zn和58Fe，Ca元素的干擾元素為40Cr，Mo元素的干擾元素為98Ru和96Zr，因此，在MS/MS模式下利用NH3質(zhì)量轉(zhuǎn)移法可完全消除干擾的元素有B、Ba、Fe、Co、Ni、Ca、Mo、Li、Mg，表1元素的BEC和檢出限均得到明顯改善，表明干擾得到消除。由于Ba、Ca、Mo、Li、Mg、Ni離子均不與NH3發(fā)生反應(yīng)形成團簇離子，所以利用NH3原位質(zhì)量法消除干擾進行測定;而B、Fe、Co、Cu、Ni離子能與NH3發(fā)生反應(yīng)，形成多種團簇離子，而且團簇離子11BNH（14NH3）22+、56Fe（14NH3）22+、59Co（14NH3）22+、63Cu（14NH3）22+附近無干擾，且離子豐度能完全滿足測定要求，因此，對于B、Fe、Co、Cu、Ni的測定，采用NH3質(zhì)量轉(zhuǎn)移法消除干擾。

2.2 標準曲線與檢出限

通過測定標準溶液，以待測元素與內(nèi)標元素響應(yīng)值的比值為縱坐標，以待測元素質(zhì)量濃度為橫坐標擬合標準曲線，以11 次空白溶液測定結(jié)果的3 倍標準差所對應(yīng)質(zhì)量濃度為檢出限。

由表2可知，32 種元素的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2≥0.999 2，檢出限為0.000 028～0.130 063 mg/kg，檢出限較低，可以定量測定一些其他方法無法定量的痕量元素，具有實際應(yīng)用價值。

2.3 回收率與精密度

為進一步驗證分析實際樣品時方法的準確性，采用標準溶液對豬肉和雞肉樣品進行高、中、低3 個水平加標回收率實驗，重復測定6 次。由表3可知，加標回收率為91.6%～109.7%，相對標準偏差≤4.6%，表明方法的精密度好，回收率較高，滿足測定要求。

2.4 樣品分析

分別對不同豬肉和雞肉樣品進行測定，每個樣品重復測定3 次。由表4可知：所測的10 批次樣品中P、S、K、Na、Ca、Mg等元素含量相對較高，這與豬肉和雞肉營養(yǎng)價值相關(guān);有害元素Cr、As、Cd、Pb的含量遠低于GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》中的限量標準，符合國家食品安全標準;一些痕量元素B、Li、Mn、V、Co、Cu、Fe、Mo、Ge、Ba等由于含量較低，在其他方法中無法精準測定，而在本研究方法下能夠?qū)崿F(xiàn)測定，從而顯示出此方法在豬肉和雞肉多元素測定中的技術(shù)優(yōu)勢，能夠較好實現(xiàn)豬肉和雞肉樣品多元素測定，符合檢測要求。

3 結(jié) 論

建立基于ICP-MS/MS技術(shù)測定豬肉和雞肉中32 種元素含量的分析方法。樣品的預處理過程簡單快速，利用ICP-MS/MS在No gas、He、H2、O2和NH3/He 5 種模式下測定樣品中多元素含量，利用目標離子與反應(yīng)氣發(fā)生碰撞，用原位質(zhì)量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移方式消除分析過程中的質(zhì)譜干擾，采用內(nèi)標法提高測定穩(wěn)定性，方法加標回收率和精密度均符合樣品測定要求，具有靈敏度和準確度高的特點，通過對實際樣品分析發(fā)現(xiàn)，該方法能夠準確測定樣品中常量元素和痕量元素含量，拓展了元素定量范圍，為豬肉和雞肉中多元素的分析定量提供了一種新方法。

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