超級微波消解-ICP-OES法測定嬰幼兒配方食品中8種營養(yǎng)元素

喬晴，李辰，宋菲菲，何兵兵

（鄭州海關(guān)技術(shù)中心，鄭州 450003）

0 引 言

嬰幼兒一般是指0～6歲的幼小兒童，隨著年齡的增長，其營養(yǎng)需求量也越來越多，為滿足嬰幼兒生長需求，必須擇時添加輔食。嬰幼兒配方食品是專門針對嬰幼兒這個特殊群體設(shè)計、生產(chǎn)且可長期攝入的特殊膳食食品，通常需要添加一定量人體所需的多種營養(yǎng)元素，從而使嬰幼兒配方食品的營養(yǎng)更加全面[1]。嬰幼兒配方食品的安全一直是廣大消費者非常關(guān)心的話題，嬰幼兒配方食品直接關(guān)系到嬰幼兒的身體健康，其營養(yǎng)成分配比和攝入量由嬰幼兒的特殊生理結(jié)構(gòu)和身體狀態(tài)所決定[2-3]。

由于嬰幼兒配方食品中營養(yǎng)元素的來源不同，決定了其在嬰幼兒配方食品中的存在方式的多樣性，而且嬰幼兒食品基質(zhì)復(fù)雜多樣，因此，在測定嬰幼兒食品中營養(yǎng)元素含量時必須選擇適當(dāng)?shù)臉悠废夥椒▽⒋郎y元素全部轉(zhuǎn)化為同一種形態(tài)進行測定[4]。如今實驗室對食品樣品進行消解的方法主要有：微波消解，濕法消解，干法灰化等[5-7]，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，樣品前處理技術(shù)也不斷地進步，超級微波消解就是一種新型的消解技術(shù)，工作時最大工作溫度可達(dá)300℃，承受最大工作壓力達(dá)20 MPa，針對一些特殊材質(zhì)的樣品能更好地消解[8-10]。

本文以嬰幼兒配方食品為樣品，通過對超級微波的消解條件進行優(yōu)化，擬建立一套適用于嬰幼兒配方食品中的多種營養(yǎng)元素測定的前處理方法。

1 材料與方法

1.1 儀器

Ultra-WAVE超級微波化學(xué)平臺，意大利邁爾斯通公司；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES），美國安捷倫公司Agilent 5110；電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司XP 205；Millipore超純水系統(tǒng)，法國密理博公司。

1.2 試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

硝酸（UP級）、過氧化氫（UP級）、氮氣（純度99.99%以上），鉀單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg/mL，GBW（E）080125），中國計量科學(xué)研究院；鈣單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg/mL，GBW（E）080118），中國計量科學(xué)研究院；鈉單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg/mL，GBW（E）080127），中國計量科學(xué)研究院；鎂單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg/mL，GBW（E）080126），中國計量科學(xué)研究院；銅單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg/mL，GBW 08615），中國計量科學(xué)研究院；鐵單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg/mL，GSB 04-176-2004），國家有色金屬及電子材料研究中心；鋅單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg/mL，GBW08620），中國計量科學(xué)研究院；錳元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000μg/mL，GBW（E）080157），中國計量科學(xué)研究院；嬰兒配方乳粉QC-IP-701，中國檢驗檢疫科學(xué)院測試評價中心；米粉NIST SRM 1568b,美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所；實驗用水為符合GB/T 6682-2008規(guī)定的一級水。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

稱取0.5 g（精確至0.001 g）樣品于15 mL玻璃消解管中，加入5 mL硝酸，1 mL過氧化氫，輕微振蕩混勻，蓋上蓋子，將盛有樣品的消解管放入超級微波化學(xué)平臺腔體內(nèi)，鎖緊罐體，并向腔體內(nèi)充入氮氣，壓力為4 000 k Pa左右，外腔溫度設(shè)置為40℃，按照表1設(shè)定的消解程序進行消解。待消解過程完成后，逐步降溫，同時壓力降低。待冷卻后，打開腔體，取出整個樣品盤，將樣液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度，混勻，待測。同時進行空白實驗。

表1 超級微波化學(xué)平臺消解程序

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制和待測元素分析譜線的選擇

吸取一定量各單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，用5%硝酸溶液配成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，各元素質(zhì)量濃度范圍參見表2。

表2 各元素的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液質(zhì)量濃度

1.3.3 樣品測定

儀器點火，待狀態(tài)穩(wěn)定后，選擇合適的分析譜線，使用調(diào)諧液對分析譜線進行校正，并依次測定標(biāo)準(zhǔn)系列、樣品空白、待測樣品。ICP-OES工作條件見表3。

表3 ICP-OES工作參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理方法方法選擇

隨著科技的進步，樣品前處理技術(shù)也有了巨大的發(fā)展。目前實驗室用于嬰幼兒配方食品檢測的常見前處理方法主要有濕法消解、干法灰化、微波消解法和超級微波消解法等[11-13]。

2.1.1 干法灰化法

干法灰化消解嬰幼兒配方食品時，需要先將樣品置于坩堝內(nèi)碳化，然后放入馬弗爐中灰化。但在對樣品進行碳化時需注意碳化溫度，若溫度過高，樣品碳化過程過于劇烈甚至發(fā)生燃燒，溫度過低則用時較長，且碳化不完全?；一瘻囟纫话阍?00℃以上，且需要保持較長的時間，較高的溫度會造成一些低溫元素的損失。同時坩堝會對被測組分有一定的吸附作用，致使結(jié)果偏低。

2.1.2 濕法消解法

濕法消解一般以硝酸和高氯酸為消解用酸，操作簡單，容易掌握，可以作為大部分樣品的前處理方法。通常嬰幼兒配方食品為滿足嬰幼兒的營養(yǎng)需求，往往含有大量的脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物，消解初始階段往往反應(yīng)劇烈，且脂肪和蛋白質(zhì)不易消解完全，若要將樣品完全消解，需要消耗大量的酸，造成試劑空白過高和對環(huán)境的危害。敞開式的反應(yīng)環(huán)境極易造成待測元素的污染和一些低溫元素的損失，影響結(jié)果精密度和準(zhǔn)確度。消解過程中若高氯酸使用不當(dāng)，極易發(fā)生爆炸，危險性較高。

2.1.3 微波消解法

微波消解法是利用微波加熱封閉消解罐中的溶解液，從而使樣品在高溫、高壓的條件下消解，微波消解法簡單方便，加熱均勻，密閉的消解環(huán)境可以避免樣品的污染以及易揮發(fā)元素的損失，是目前使用最廣泛的食品消解方法。但是微波消解受罐體材質(zhì)的影響，其消解溫度一般不宜超過220℃，稱樣一般量不高于0.5 g。而且在消解乳粉等基質(zhì)較為復(fù)雜的樣品時會產(chǎn)生大量的氣體，容易出現(xiàn)罐體變形甚至爆罐等問題，有一定的危險性。

2.1.4 超級微波消解法

針對傳統(tǒng)微波消解系統(tǒng)的不足，超級微波化學(xué)平臺應(yīng)運而生，并改變了傳統(tǒng)微波系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)則。與傳統(tǒng)的微波消解儀相比具有快速、高效、耗材廉價等優(yōu)點。超級微波使用單反應(yīng)室微波消解技術(shù)，其核心部件是不銹鋼材質(zhì)的單體反應(yīng)腔，工作時在腔體內(nèi)充惰性氣體（氮氣）并達(dá)到一定的壓力，樣品容器無須承受壓力差，消解罐可用玻璃、石英、TFM塑料等。這種消解技術(shù)突破了傳統(tǒng)密閉微波消解的限制，消解溫度更高，消解壓力更高，并且溫度和壓力自然平衡一致。溫度和壓力的提高，也使得消解用酸量小、消解徹底，實現(xiàn)了超高壓、超高溫、超大量和高通量批處理。

2.2 超級微波條件優(yōu)化

一般的嬰幼兒配方食品基質(zhì)比較復(fù)雜，含有大量的脂肪和蛋白質(zhì)等，為了及保證消解效果以及避免消解過程中發(fā)生危險，試驗中樣品稱樣量不超過0.5 g，主要探究最高消解溫度和消解用酸對消解效果及結(jié)果的影響，試驗中選用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)嬰幼兒配方乳粉QC-IP-701和米粉NIST SRM 1568b對結(jié)果進行判斷。

2.2.1 消解溫度對結(jié)果的影響

試驗中，在酸的用量和初始消解條件不變的條件下，通過改變最高消解溫度，分別對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)嬰幼兒配方乳粉QC-IP-701和米粉NIST SRM 1568b進行消解，并對Ca、Na、Cu含量進行測定，并與指定值比較，研究最高消解溫度對消解效果的影響。結(jié)果見表4。

表4 不同最高消解溫度下各元素的測定結(jié)果

從表4可知，在酸的用量不變的條件下，隨著最高消解溫度的增加，樣品中待測元素的測定值越接近中位值，但是，當(dāng)最大消解溫度高于230℃后，各待測元素的測定值變化不大，為了節(jié)約成本，延長儀器使用壽命，故采用230℃作為實驗的最高消解溫度。

2.2.2 消解體系的選擇

實驗室中采用微波消解處理樣品時，通常用的酸為硝酸或者硝酸與過氧化氫的混合酸，根據(jù)儀器使用說明和參考日常微波消解用酸，試驗中加入不同量硝酸和過氧化氫，分別對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)嬰幼兒配方乳粉QC-IP-701和米粉NIST SRM 1568b進行消解，并對Ca、Na、Cu含量進行測定，確定合適的消解用酸體系。結(jié)果見表5。

從表5可知，在消解嬰幼兒食品時隨著硝酸和過氧化氫加入量的增加可以有效的提高消解效率，樣品中待測元素的測定值更加接近樣品的指定中位值。當(dāng)加硝酸入量大于5 mL，過氧化氫加入量大于1 mL，各待測元素的測定值變化不大，則說明樣品中加入5 mL硝酸和1mL過氧化氫即可滿足消解要求。如果硝酸和過氧化氫量過大，樣品反應(yīng)過于劇烈，具有一定的危險性，而且用酸量越大，樣液酸度越大，對儀器損傷越大，綜合考慮，實驗選用5 mL硝酸和1 mL過氧化氫作為實驗消解用酸體系。

表5 不同硝酸和過氧化氫用量下樣液中的各元素含量

（續(xù)表5）

2.3 方法檢出限

待ICP-OES穩(wěn)定后，將標(biāo)準(zhǔn)溶液泵入儀器，以待測元素分析譜線信號強度為縱坐標(biāo)，待測元素濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到一次線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)，并測定12個空白，計算各元素檢出限。線性方程、相關(guān)系數(shù)見和檢出限見表6。

表6 線性方程、相關(guān)系數(shù)見和檢出限

2.4 方法準(zhǔn)確度和精密度

采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)嬰幼兒配方乳粉QC-IP-701和米粉NIST SRM 1568b對前處理方法的準(zhǔn)確度和精密度進行評價。樣品消解后，采用ICP-OES對各元素平行測定各6次,平均值作為測定結(jié)果，與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，同時計算RSD值，結(jié)果如表7所示。

由表7可以看出，經(jīng)檢測各元素含量均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)指定范圍內(nèi)，RSD在0.6%～2.9%之間，結(jié)果符合實驗室日常檢測要求。

表7 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各元素測定結(jié)果和RSD值

（續(xù)表7）

3 結(jié) 論

本試驗建立了超級微波消解—ICP—OES法測定嬰幼兒配方食品中8中營養(yǎng)元素的方法，通過優(yōu)化超級微波消解的消解酸體系和最高消解溫度，使樣品消解徹底完全，并采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對該方法的準(zhǔn)確度和精密度進行驗證，結(jié)果表明該方法的準(zhǔn)確度和精密度均能能滿足實驗室檢測需求，適用于嬰幼兒配方食品中營養(yǎng)元素的分析檢測。超級微波前處理法與傳統(tǒng)的前處理方法相比，具有更加安全，方便，環(huán)保等優(yōu)勢。