微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定食品中錫含量的方法研究

◎ 張佩霞，蔡展帆，章錦涵，熊 欣

(廣東省食品檢驗(yàn)所，廣東 廣州 510435)

鍍錫板作為金屬包裝材料中最重要的原材料，由于其密封性好、強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定，被廣泛用于制作各種食品和飲料的包裝容器罐[1-2]。但是，食品包裝中的錫在一定的情況下能遷移到食品中，從而對食品造成污染[3-4]，錫具有一定的生殖毒性、神經(jīng)毒性和遺傳毒性，過量的錫攝入會(huì)導(dǎo)致中毒，造成腹瀉、頭暈、胸悶，嚴(yán)重可引發(fā)腸胃炎[5-6]。因此，《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中對采用鍍錫薄板容器包裝的食品的錫含量做出了明確的規(guī)定，飲料類限量150 mg·kg-1，嬰幼兒配方食品、嬰幼兒輔助食品限量50 mg·kg-1，其他食品限量250 mg·kg-1。

目前，測定食品中錫含量的檢驗(yàn)方法有氫化物原子熒光法[5,7-9]、苯芴酮比色法[10]、石墨爐原子吸收光譜法[11-12](graphite furnace atomic absorption spectrometry, GFAAS)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[13-16]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[17-19]等。其中我國現(xiàn)行的《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中錫的測定》（GB 5009.16—2014）中錫的檢測方法有HG-AFS法和苯芴酮比色法，均采用濕法消解進(jìn)行樣品前處理。濕法消解全程敞口進(jìn)行操作，其易引入污染，試劑消耗量大，且介質(zhì)酸濃度需要精確控制，操作強(qiáng)度大[7]。而微波消解法全程密閉且試劑用量少，操作簡便，適合大批量的樣品處理且電感耦合等離子體質(zhì)譜法能同時(shí)測定包括錫在內(nèi)的多種元素，具備分析速度快、干擾較少、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)[20]。消解過程常見的消解酸體系有單一硝酸，或硝酸、鹽酸、硫酸、過氧化氫、氫氟酸等混合多元體系。目前國內(nèi)外食品中錫的測定標(biāo)準(zhǔn)和科技文獻(xiàn)中（見表1），采用的消解酸體系主要有單一硝酸，硝酸+鹽酸，硝酸+過氧化氫3種。因此本研究建立以硝酸+鹽酸為消解酸體系，采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定食品中錫含量的分析方法，以此為相關(guān)食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)的修訂提供參考。

表1 文獻(xiàn)報(bào)道的消解酸體系表

1 材料與方法

1.1 試劑和材料

硝酸（≥65%，德國CNW公司）；過氧化氫、硫酸、鹽酸（優(yōu)級純，廣州化學(xué)試劑廠）；氫氟酸（分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司）；錫標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg·mL-1，介 質(zhì) 為2%～5%硝 酸，Accu Standard）；鈧標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg·mL-1，介質(zhì)為2%～5%硝酸，Accu Standard）；鍺標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg·mL-1，介質(zhì)為微量硝酸+微量氫氟酸，Inorganic Ventures）；釔標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg·mL-1，介質(zhì)為2%～5%硝酸，AccuStandard）；銠標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg·mL-1，介質(zhì)為10%鹽酸，AccuStandard）；錸標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg·mL-1，介質(zhì)為水，AccuStandard）；鉍標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg·mL-1，介質(zhì)為2%～5%硝酸，AccuStandard）。

西紅柿醬（T07330QC，F(xiàn)APAS）；柑橘葉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW10020，地球物理地球化學(xué)勘查研究所）；典型飲食標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（SRM 1548a，NIST）；果 汁（T07321QC，F(xiàn)APAS）；柚 子（T07332QC，F(xiàn)APAS）；番茄醬（ERM-BC084a，ERM）；蔬菜泥（T07323QC，F(xiàn)APAS）；咖喱粉、面粉、奶粉、午餐肉、海魚罐頭（來源于日常監(jiān)測樣品）。

試驗(yàn)用水（電導(dǎo)率為0.55 μS·cm-1，25 ℃）均由Milli-Q超純水系統(tǒng)制得。

1.2 儀器與設(shè)備

LE104E萬分之一電子天平（瑞士Mettler Toledo公司）；ETHOS UP微波消解儀（意大利Milestone公司）；VB24 Plus趕酸器（北京萊伯泰科儀器股份有限公司）；Agilent 7800電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（以下簡稱7800，美國Agilent公司）；PlasmaQuant MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（以下簡稱PQ-MS，德國AnalytikJena公司）；NexION 300Q 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（以下簡稱300Q，美國PerkinElmer 公司）；Milli-Q Advantage A10型超純水系統(tǒng)（美國Merck公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

對于有證的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)經(jīng)搖勻后直接用于微波消解前處理?？о?、面粉和面粉等固態(tài)樣品，粉碎搖勻后待測；午餐肉及海魚罐頭樣品經(jīng)解凍后勻漿均勻后待測。準(zhǔn)確稱取固體樣品0.5 g（精確至0.000 1 g）或準(zhǔn)確移取液體樣品1.000 mL于消解內(nèi)罐中，加入7 mL硝酸，預(yù)反應(yīng)后進(jìn)行微波消解。消解后試樣定容至50 mL，由電感耦合等離子體質(zhì)譜儀采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定。其中，微波消解程序見表2，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀工作參數(shù)見表3。

表2 微波消解程序表

表3 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀工作參數(shù)表

2 結(jié)果與分析

2.1 微波消解法酸體系研究

本研究以西紅柿醬T07330QC為研究對象，采用單一硝酸、硝酸+過氧化氫、硝酸+硫酸、硝酸+鹽酸、硝酸+氫氟酸這5種不同的消解酸體系進(jìn)行微波消解，使用ICP-MS法測定食品中錫的含量，探討消解酸體系的選擇。稱取適量的樣品于消解管中，加入硝酸和不同的輔助酸，蓋上蓋子，放進(jìn)微波消解儀進(jìn)行微波消解。消解結(jié)束后，待消解管放冷后打開蓋子，于趕酸器加熱趕酸至剩下0.5 mL，將消化液轉(zhuǎn)移，定容后測定。同時(shí)做試劑空白，每個(gè)酸體系樣品3平行，每樣品測定3次。結(jié)果見表4。

表4 不同消解酸體系下錫含量的結(jié)果比較表（n=3）

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書，西紅柿醬T07330QC的指定值為138 mg·kg-1，參考值范圍117～159 mg·kg-1，試驗(yàn)結(jié)果表明，單一硝酸和硝酸+過氧化氫酸體系結(jié)果偏低，而硝酸+硫酸，硝酸+鹽酸，硝酸+氫氟酸的測定結(jié)果均在參考值范圍內(nèi)，且精密度較好。

有文獻(xiàn)研究指出，硝酸能把有機(jī)錫轉(zhuǎn)化為無機(jī)錫，但是不能溶解該過程中的反應(yīng)產(chǎn)物β-錫酸（β-xSnO2·yH2O）或氧化錫（SnO2）沉淀，從而導(dǎo)致單一硝酸的消解酸體系結(jié)果偏低，準(zhǔn)確性不高，因此不適合食品中錫含量的測定。過氧化氫是一種弱酸性的強(qiáng)氧化劑，與硝酸混合使用能促進(jìn)有機(jī)物的徹底消解，但弱酸性導(dǎo)致無法溶解β-錫酸和氧化錫沉淀，從而結(jié)果偏低。而硫酸、鹽酸、氫氟酸在加熱的條件下能溶解氧化錫等，有助于提高消解溶液中錫的穩(wěn)定性[19]。由于氫氟酸對皮膚有強(qiáng)烈刺激性和腐蝕性，可經(jīng)皮膚吸收，呼吸道吸入進(jìn)入人體，腐蝕骨骼、造血神經(jīng)系統(tǒng)、牙齒等，對身體造成危害[21]，故應(yīng)避免使用。因此，微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定食品中錫含量的酸體系優(yōu)先選擇硝酸+硫酸和硝酸+鹽酸。

2.2 鹽酸、硫酸加入時(shí)間點(diǎn)研究

由2.1結(jié)果可知硝酸+鹽酸和硝酸+硫酸兩種酸體系在ICP-MS法測定食品中錫含量有較好的結(jié)果，但輔助酸不同的加入時(shí)間點(diǎn)對樣品的作用時(shí)間及作用效率有所不同，故以西紅柿醬T07330QC為研究對象，進(jìn)一步探討輔助酸合適的加入時(shí)間點(diǎn)，結(jié)果見表5。

表5 輔助酸不同加入時(shí)間點(diǎn)下錫含量的結(jié)果比較表（n=3）

結(jié)果表明，硝酸+鹽酸體系中，不預(yù)反應(yīng)和預(yù)反應(yīng)前加入鹽酸的時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果均偏低，不適合測定食品中錫的含量。預(yù)反應(yīng)后補(bǔ)加鹽酸，再微波消解的結(jié)果較為理想，適合測定食品中錫的含量。對于鹽酸不同的加入時(shí)間測定結(jié)果不同的原因推測。①不經(jīng)過預(yù)反應(yīng)，樣品本身的消解效果不理想。②預(yù)反應(yīng)前加入鹽酸再和硝酸形成混合二元酸體系于120 ℃加熱進(jìn)行預(yù)反應(yīng)，由于0%～20%鹽酸的沸點(diǎn)在100～108 ℃，鹽酸與錫形成四氯化錫，其沸點(diǎn)為114 ℃，過高的溫度會(huì)導(dǎo)致四氯化錫的損失，從而導(dǎo)致錫含量結(jié)果偏低。因此，若采用此方式加入鹽酸應(yīng)降低預(yù)反應(yīng)溫度，同時(shí)微波消解后的試樣也應(yīng)避免過高的趕酸溫度。有文章研究發(fā)現(xiàn)不同的趕酸方式對錫含量的測定結(jié)果有影響，于90 ℃趕酸最為適宜[16,19]。③預(yù)反應(yīng)后補(bǔ)加鹽酸，再進(jìn)行微波消解結(jié)果理想。但在操作過程中需要注意，待消解罐放冷至室溫后，再加鹽酸，否則，過熱的消解液溫度可能導(dǎo)致鹽酸的揮發(fā)，從而鹽酸濃度減低，消解效果下降，結(jié)果偏低。

在硝酸+硫酸體系中，兩個(gè)加入時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果都較為理想且精密度良好，但在操作過程中，由于最后定容時(shí)消化液中硫酸含量較多，加入超純水定容時(shí)易出現(xiàn)沸騰的現(xiàn)象，存在一定危險(xiǎn)，不建議使用。

本研究前處理方法最終采用微波消解法進(jìn)行樣品前處理，其處理過程為稱取適量樣品于微波消解內(nèi)罐中，加入5～7 mL硝酸，室溫下加蓋放置過夜，加入1 mL鹽酸并盡快旋緊罐蓋，按照微波消解儀標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行消解。冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解罐放在趕酸器上，于90 ℃加熱30 min趕去棕色氣體，用水轉(zhuǎn)移并定容至50 mL，混勻備用。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

2.3 待測元素錫和內(nèi)標(biāo)元素的選擇

以西紅柿醬T07330QC為研究對象，試樣經(jīng)消解后，由電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定。以錫的特定質(zhì)量數(shù)（質(zhì)荷比，m/z）定性，采用外標(biāo)法，以待測元素質(zhì)譜信號與內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)譜信號的強(qiáng)度比與待測元素的濃度成正比進(jìn)行定量分析，探討測定食品中錫元素含量的待測元素質(zhì)量及內(nèi)標(biāo)元素的選擇。

錫自然條件下存在10種質(zhì)量數(shù)，各質(zhì)量數(shù)的豐度及干擾元素見表6。以錫的10種質(zhì)量數(shù)為待測元素，分別用Sc、Ge、Y、Rh、Re、Bi這6種為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行結(jié)果校正，結(jié)果見表7。試驗(yàn)結(jié)果表明，各組結(jié)果均在標(biāo)示值117～159 mg·kg-1范圍內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果可接受。綜合考慮錫的豐度及其干擾元素，推薦優(yōu)先使用自然豐度最大且無同位素干擾的118為待測元素質(zhì)量數(shù)，其次為117、119及120。考慮內(nèi)標(biāo)元素對待測元素錫無干擾，質(zhì)量數(shù)與待測元素接近，電離能與待測元素相近原則，優(yōu)先選擇103Rh為內(nèi)標(biāo)元素，錫元素與內(nèi)標(biāo)元素的性質(zhì)見表8。

表6 自然條件下各元素質(zhì)量的豐度表（單位：%）

表7 待測元素和內(nèi)標(biāo)元素的測定結(jié)果表（n=7，mg·kg-1）

表8 錫元素與內(nèi)標(biāo)元素的性質(zhì)表

（續(xù)表7）

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線與方法檢出限

配制濃度為0.00 μg·L-1、1.00 μg·L-1、5.00 μg·L-1、10.00 μg·L-1、20.00 μg·L-1、50.00 μg·L-1、100.00 μg·L-1和200.00 μg·L-1的錫標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，以118和120為待測元素，以72Ge、89Y、103Rh、185Re為內(nèi)標(biāo)元素，用ICP-MS測定11份樣品空白，計(jì)算樣品空白的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差與標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率的比值為儀器的定量限，樣品以稱樣量0.5 g，定容體積50 mL計(jì)算，得到方法定量限，結(jié)果見表9。118Sn和120Sn以不同元素為內(nèi)標(biāo)在0.00～200.00 μg·L-1范圍內(nèi)線性良好，方法定量限在0.059～0.080 mg·kg-1，相較于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中錫的測定》（GB 5009.16—2014）第一法定量限2.5 mg·kg-1和第二法定量限20 mg·kg-1定量限低。

表9 不同質(zhì)量數(shù)和內(nèi)標(biāo)元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線和定量限表

2.5 介質(zhì)酸度對結(jié)果的影響

我國標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中規(guī)定采用鍍錫薄板容器包裝的食品（飲料類、嬰幼兒配方食品、嬰幼兒輔助食品除外）、飲料類及嬰幼兒配方食品、嬰幼兒輔助食品中錫的限量指標(biāo)，分別為250 mg·kg-1、150 mg·kg-1和50 mg·kg-1。以稱樣量為0.5 g，定容體積為50 mL計(jì)算，超限量樣品的上機(jī)測試濃度為500～2 500 μg·L-1，因此超限量樣品采用ICP-MS測定時(shí)需要經(jīng)過一定稀釋過程。

配制濃度為10 μg·L-1和100 μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液10 mL，分別按不同的加入量加入硝酸及鹽酸，測定其濃度，計(jì)算實(shí)測值與理論值的比率，以探討不同的介質(zhì)酸對結(jié)果的影響，結(jié)果見表10～表11。

表10 10 μg·L-1標(biāo)準(zhǔn)溶液不同酸介質(zhì)的回收率結(jié)果表（單位：%）

表11 100 μg·L-1標(biāo)準(zhǔn)溶液不同酸介質(zhì)的回收率結(jié)果表（單位：%）

結(jié)果表明，試驗(yàn)中的硝酸-鹽酸的不同介質(zhì)酸度對結(jié)果無明顯影響，均可使用。當(dāng)硝酸-鹽酸-水的體積百分比為5∶1∶94時(shí)，結(jié)果理想，且參考?xì)W盟標(biāo)準(zhǔn)BS EN 15765：2009，故當(dāng)試樣溶液中錫含量超出標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍，采用體積百分比為5∶1∶94的硝酸-鹽酸-水混合溶液進(jìn)行樣液稀釋，即酸濃度為5%硝酸+1%鹽酸。

2.6 方法準(zhǔn)確度、精密度和儀器比對

對柑橘葉、典型飲食、果汁等不同基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)及盲樣樣品進(jìn)行7次平行測定，計(jì)算平均值和精密度，考察方法的準(zhǔn)確度和精密度，結(jié)果見表12。采用不同型號的ICP-MS對4種參考物質(zhì)進(jìn)行測定，考察不同儀器型號的測定結(jié)果是否存在差異，結(jié)果見表13。

表12 7800不同樣品的測定結(jié)果表（n=7，單位：mg·kg-1，mg·L-1）

表13 儀器比對結(jié)果表（單位：mg·kg-1，mg·L-1）

試驗(yàn)結(jié)果表明，精密度試驗(yàn)中所有標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的測定結(jié)果均在標(biāo)示值范圍內(nèi)，且所有樣品的精密度均＜5%，滿足《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測》（GB/T 27404—2008）對于精密度的要求。采用SPSS軟件，對3種不同儀器型號的測定結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析檢驗(yàn)，結(jié)果為F=0.012，P=0.998＞0.05，表明結(jié)果無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，不同儀器型號的測定結(jié)果無顯著性差異。

2.7 加標(biāo)回收試驗(yàn)

以柚子、午餐肉和海魚罐頭為樣品進(jìn)行低中高3水平的加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果如表14所示，加標(biāo)回收率在98.4%～115.6%，滿足《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》（GB/T 27404—2008）對于回收率的要求。

表14 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果表（n=3）

2.8 方法比對

按照現(xiàn)行的《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中錫的測定》（GB 5009.16—2014）中氫化物原子熒光光譜法和苯芴酮比色法兩種方法的要求，以及文獻(xiàn)研究的ICP-OES法[19]和本研究建立的ICP-MS法對果汁T07321QC和蔬菜泥T07323QC標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)及奶粉樣品中的錫含量進(jìn)行測定，結(jié)果見表15。

表15 方法比對結(jié)果表（n=7）

采用SPSS軟件，對4種檢測方法的測定結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析檢驗(yàn)，結(jié)果為F=0.009，P=0.999＞0.05，表明結(jié)果無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，4種檢測方法的測定結(jié)果無顯著性差異。

3 結(jié)論

本文建立了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定食品中錫含量的方法。采用加入5～7 mL硝酸，室溫下加蓋放置過夜，加入1 mL鹽酸并盡快旋緊罐蓋，對樣品進(jìn)行微波消解前處理，于90 ℃趕酸，定容后待測。ICP-MS以118Sn為待測元素，103Rh為內(nèi)標(biāo)元素對食品中錫含量進(jìn)行測定。本方法線性范圍為0～200 μg·L-1，相關(guān)系數(shù)大于0.999，方法檢出限為0.073 mg·kg-1，多種基質(zhì)樣品的結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差＜5%，加標(biāo)回收率在98.4%～115.6%。本方法操作簡便，線性良好，靈敏度高，結(jié)果準(zhǔn)確，適用于食品中錫含量的測定，建議納入國家標(biāo)準(zhǔn)測定方法中作為日常檢驗(yàn)食品中錫的分析方法。