基于微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定飼料中22種元素含量的方法研究

鐘名琴，黃婷，陳彤，丁燕玲，何玉榆，譚磊

摘? 要：采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜技術(shù)建立了飼料中釩、錫、銻、鈷、硒、鉬、鈦、鍶、鋰、鐵、銅、鋅、錳、鎳、鋁、鋇、硼、鈣、鎂、鈉、鉀、磷等元素的測(cè)定方法。樣品前處理采用HNO3-H2O2體系進(jìn)行微波消解，在優(yōu)化的條件下，所建立的方法靈敏度好，檢出限在0.011 4～13.7 mg/kg，優(yōu)于或相當(dāng)于相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法；線(xiàn)性范圍寬，相關(guān)系數(shù)均高于0.999；精密度好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于7.0％（n=6），加標(biāo)回收率在65.00％～108.7％。運(yùn)用所建立的方法對(duì)其他飼料產(chǎn)品的適用性進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)定結(jié)果令人滿(mǎn)意。試驗(yàn)證明該方法簡(jiǎn)單、快速、高效，可用于配合飼料、濃縮飼料、預(yù)混合飼料、飼料原料等基質(zhì)中22種元素的同時(shí)快速測(cè)定，為飼料中多元素質(zhì)量控制的理想分析法。

關(guān)鍵詞：電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；微波消解；飼料；微量元素；同時(shí)測(cè)定

中圖分類(lèi)號(hào)：S859.84 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-0769（2022）05-0058-09

飼料是現(xiàn)代畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是向動(dòng)物提供營(yíng)養(yǎng)、保證動(dòng)物產(chǎn)品品質(zhì)的必需投入品。飼料質(zhì)量的安全不僅關(guān)乎著養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，而且關(guān)乎著畜禽產(chǎn)品質(zhì)量的安全，與人民的身體健康息息相關(guān)[1]。微量元素在確保飼料質(zhì)量方面占據(jù)了重要的位置，像是一把雙刃劍。如鎂、錳、鐵、銅、鋅、硒等元素是動(dòng)物維持正常生理機(jī)能所必需的礦物質(zhì)元素，適量使用能起到維持動(dòng)物正常生理機(jī)能、幫助新陳代謝以及促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖、免疫等作用[2]，但是缺乏或者過(guò)量使用這些元素會(huì)影響動(dòng)物的健康，使動(dòng)物發(fā)生中毒[3-5]。日糧所含必需礦物元素的多少會(huì)影響動(dòng)物的飼料利用率，還會(huì)由于各種元素的比例失調(diào)導(dǎo)致畜禽發(fā)生各種營(yíng)養(yǎng)性疾病[6]。另外，礦物質(zhì)元素造成的環(huán)境污染及它們?cè)趧?dòng)物肝臟和腎臟等器官內(nèi)累積可能會(huì)通過(guò)食物鏈危害消費(fèi)者的健康。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對(duì)鐵、鋅、錳、碘、鈷、硒等微量元素和鈉、鈣、磷、鎂等常量元素在動(dòng)物的配合飼料或全價(jià)混合日糧中的最高限量有明確的規(guī)定[7]。因此，對(duì)飼料中微量元素含量的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和控制是非常必要的，對(duì)動(dòng)物飼養(yǎng)、市場(chǎng)監(jiān)管等具有重要意義。

目前，有關(guān)飼料中微量元素的檢測(cè)方法主要采用原子吸收光譜法[8-9]、原子熒光光譜法[10-11]、分光光度法[12-13]、滴定法[14]等，這些方法只能同時(shí)測(cè)定一種或幾種元素，即便是多種微量元素同時(shí)前處理，上機(jī)檢測(cè)時(shí)也需對(duì)各種微量元素逐項(xiàng)測(cè)定，操作步驟繁瑣、分析周期長(zhǎng)，有些微量元素的檢出限也不夠理想，不能實(shí)現(xiàn)多種元素的同時(shí)測(cè)定[15]。另外，前處理方法多數(shù)采用干灰化法[16]、濕法消解[17]等開(kāi)放式體系，消耗試劑多，受空氣暴露污染影響大，采用傳統(tǒng)的干灰化法時(shí)被測(cè)成分易受污染或損失。

本文利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（inductively coupled plasma-optical emission spectrometry，ICP-OES）所具有的抗干擾能力強(qiáng)、分析速度快、檢出限低、精密度和準(zhǔn)確度高、線(xiàn)性范圍廣、適用于多種元素同時(shí)測(cè)定等特點(diǎn)，建立了一種微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，可同時(shí)快速測(cè)定飼料中釩（vanadium，V）、錫（stannum，Sn）、銻（stibium、Sb）、鈷（cobalt、Co）、硒（selenium、Se）、鉬（molybdenum、Mo）、鈦（titanium、Ti）、鍶（strontium、Sr）、鋰（lithium、Li）、鐵（ferrum，F(xiàn)e）、銅（copper，Cu）、鋅（zinc，Zn）、錳（manganese，Mn）、鎳（nickel，Ni）、鋁（aluminium，Al）、鋇（barium，Ba）、硼（boron，B）、鈣（calcium，Ca）、鎂（magnesium，Mg）、鈉（natrium，Na）、鉀（kalium，K）、磷（phosphorus，P）22種微量元素。采用密閉消解體系的微波消解技術(shù)，能大大縮短溶樣時(shí)間，消耗溶劑少，避免揮發(fā)損失和樣品污染，提高分析的準(zhǔn)確度和精密度，還能極大程度地降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境[18]。該方法操作簡(jiǎn)便且高效，是一種方便、快速、可進(jìn)行批量檢測(cè)的方法，能很好地滿(mǎn)足大批量樣品同時(shí)快速檢測(cè)多種微量元素的工作需求，為相關(guān)監(jiān)管部門(mén)開(kāi)展飼料質(zhì)量安全評(píng)估、從源頭排除掌握風(fēng)險(xiǎn)因子提供可靠的技術(shù)支撐，促進(jìn)畜禽飼養(yǎng)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

1? 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1儀器與設(shè)備

Agilent 5110電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀由美國(guó)Aglient公司生產(chǎn)，梅特勒XS105DU天平 （感量為0.1 mg）購(gòu)自瑞士梅特勒-托利多公司，CEM MARS 6微波消解儀（配有聚四氟乙烯消解內(nèi)罐）制造商為美國(guó)CEM公司，BHW-09C可調(diào)式控溫電熱板由上海博通化學(xué)科技有限公司提供，Milli-Q Integral 3型超純水儀購(gòu)自美國(guó)millpore公司。

聚四氟乙烯消解內(nèi)罐和所有使用的玻璃器皿在使用前需用硝酸溶液浸泡過(guò)夜，用自來(lái)水反復(fù)沖洗后，用一級(jí)水沖洗干凈并晾干。

1.1.2試劑與材料

除非另有說(shuō)明，本方法所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，水為按GB/T 6682-2016《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法》規(guī)定的一級(jí)水。

硝酸（HNO3）為優(yōu)級(jí)純或更高純度；30％過(guò)氧化氫（H2O2），氬氣（Ar）為含量≥99.995％的氬氣或液氬。

硝酸溶液：取50 mL硝酸，緩慢加入950 mL一級(jí)水中，混勻。

微量元素貯備液 （1 000 mg/L）：釩、錫、銻、鈷、硒、鉬、鈦、鍶、鋰、鐵、銅、鋅、錳、鎳、鋁、鋇、硼、鈣、鎂、鈉、鉀、磷，采用經(jīng)國(guó)家認(rèn)證并授予標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書(shū)的單元素或多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液。

0.45 μm水相針式濾膜（聚醚砜）。

1.2 樣品制備

對(duì)于固體產(chǎn)品：用四分法縮減至250 g左右，研磨樣品直至能全部通過(guò)1 mm的篩，混勻，將不少于100 g的試樣量裝入密閉廣口容器，立即密封。

對(duì)于液體或半液體產(chǎn)品：用機(jī)械攪拌器或均質(zhì)器，將樣品充分混合后裝入清潔干燥的樣品容器（最好是玻璃或塑料材質(zhì)）中，密封保存。

保存試樣，應(yīng)使樣品的變化量最小，干燥條件下避光保存、備用。

1.3 混合標(biāo)準(zhǔn)工作液的配制

精確吸取適量單元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液或多元素混合標(biāo)準(zhǔn)貯備液，依據(jù)樣品溶液中元素質(zhì)量濃度水平，用硝酸溶液逐級(jí)稀釋配成混合標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液。

1.4 試樣消解

稱(chēng)取飼料樣品0.2～0.5 g （精確至0.001 g）于聚四氟乙烯消解內(nèi)罐中，加入5～7 mL硝酸，加蓋放置過(guò)夜后，加入2 mL 30％H2O2，旋緊罐蓋，按照微波消解儀標(biāo)準(zhǔn)操作步驟進(jìn)行消解（消解參考條件見(jiàn)表1）。冷卻后取出，緩慢打開(kāi)罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解罐于可調(diào)式控溫電熱板上150 ℃趕酸30 min后取下冷卻，將消解液移入50.00 mL容量瓶中，并用少量水多次潤(rùn)洗，洗液合并于容量瓶中，定容至刻度，混勻備用（視樣液澄清情況考慮是否需經(jīng)0.45 μm水相針式濾膜過(guò)濾），同時(shí)做試劑空白。

1.5 ICP-OES參考條件

優(yōu)化儀器操作條件，使待測(cè)元素的靈敏度等指標(biāo)達(dá)到分析要求。編輯測(cè)定方法，選擇各待測(cè)元素合適分析譜線(xiàn)。

儀器操作參考條件如下：

◇觀測(cè)方式：軸向觀測(cè)方式。若儀器具有雙向觀測(cè)方式，高濃度元素如鈣、鎂、鉀、鈉、磷等采用徑向觀測(cè)方式，其余采用軸向觀測(cè)方式。

◇功率：1 150 W。

◇等離子氣流量：15 L/min。

◇輔助氣流量：0.5 L/min。

◇霧化氣氣體流量：0.60 L/min。

◇分析泵速：50 r/min。

各元素推薦使用的分析譜線(xiàn)波長(zhǎng)見(jiàn)表2。

1.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的制作

將標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液注入電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀中，測(cè)定待測(cè)元素分析譜線(xiàn)的強(qiáng)度信號(hào)響應(yīng)值，以待測(cè)元素的濃度為橫坐標(biāo)，分析譜線(xiàn)強(qiáng)度響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)?；貧w曲線(xiàn)的線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)應(yīng)≥0.995。各元素供參考的質(zhì)量濃度范圍見(jiàn)表3。

2? 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

按方法條件設(shè)置儀器參數(shù)，待儀器穩(wěn)定后供電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定，以濃度為橫坐標(biāo)，響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線(xiàn)。如表3所示，V、Sn、Sb、Co、Se、Mo、Ti、Sr、Li的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列質(zhì)量濃度分別為0.00 mg/L、0.05 mg/L、0.20 mg/L、0.50 mg/L、0.80 mg/L和1.00 mg/L；Fe、Cu、Zn、Mn、Ni、Al、Ba、B的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列質(zhì)量濃度分別為0.00 mg/L、0.25 mg/L、1.00 mg/L、2.50 mg/L、4.00 mg/L和5.00 mg/L；Ca、Mg、Na、K、P的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列質(zhì)量濃度分別為0.00 mg/L、2.50 mg/L、10.0 mg/L、25.0 mg/L、40.0 mg/L和50.0 mg/L。從表4可以看出，各元素的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液線(xiàn)性范圍寬，在對(duì)應(yīng)濃度范圍內(nèi)線(xiàn)性良好，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)相關(guān)系數(shù)均在0.999以上，能很好地滿(mǎn)足實(shí)際飼料產(chǎn)品中22種元素含量覆蓋濃度范圍寬的分析需求。

2.2 方法檢出限確定

在優(yōu)化確定的實(shí)驗(yàn)條件下，取樣品的試劑空白溶液，進(jìn)行20次平行測(cè)定。根據(jù)各樣品檢測(cè)值計(jì)算出20次平行測(cè)定結(jié)果響應(yīng)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sb，按公式（k×Sb×V）/（b×m） （k為置信因子，一般檢出限取3、定量限取10；V為定容體積，mL；b為方法校準(zhǔn)曲線(xiàn)的斜率；m為試樣質(zhì)量，g）計(jì)算所建立方法的檢出限（limit of detection，LOD）和定量限（limit of quantification，LOQ）。如表5所示，測(cè)得22種元素的方法檢出限均低于14 mg/kg，方法定量限均低于46 mg/kg，靈敏度優(yōu)于或相當(dāng)于相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定的檢出限或定量限值。

2.3 方法回收率和精密度驗(yàn)證

試樣的加標(biāo)濃度取決于飼料本底中各元素含量的高低，過(guò)高的本底值會(huì)影響加標(biāo)回收的結(jié)果。選取具有代表性的預(yù)混合飼料作為測(cè)試對(duì)象，進(jìn)行3個(gè)不同濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn)，同一濃度水平做6次平行試驗(yàn)，分別進(jìn)行不同濃度的加標(biāo)回收試驗(yàn)，以考察方法的正確度和精密度。按上述1.4方法進(jìn)行處理，處理好的樣液供電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定。樣品中22種元素的添加濃度、平均回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果詳見(jiàn)表6。

根據(jù)表6中回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，該方法的重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高，預(yù)混合飼料中釩、錫、銻、鈷、硒、鉬、鈦、鍶、鋰、鐵、銅、鋅、錳、鎳、鋁、鋇、硼、鈣、鎂、鈉、鉀、磷不同濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn)的回收率基本在80％以上，分別為99.50％～104.2％、65.00％～102.8％、87.50％～101.8％、98.00％～102.5％、85.00％～100.5％、95.00％～104.4％、97.75％～102.5％、92.50％～100.6％、82.50％～98.25％、83.47％～93.73％、88.78％～100.0％、81.25％～96.25％、88.15％～98.75％、88.75％～100.0％、89.45％～105.0％、88.10％～98.75％、81.25％～91.25％、81.00％～108.7％、99.55％～107.7％、83.62％～98.00％、93.00％～103.3％、92.72％～107.0％；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于7.0％。

2.4 方法驗(yàn)證

鑒于不同飼料產(chǎn)品的基質(zhì)存在差異，分別對(duì)其他典型的飼料產(chǎn)品，如配合飼料、濃縮飼料、飼料原料等，結(jié)合各元素本底值情況分別選擇合適濃度點(diǎn)進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，以考察方法在不同飼料產(chǎn)品基質(zhì)間的適用性。應(yīng)用本文建立的方法分別對(duì)配合飼料、濃縮飼料和飼料原料中22種元素進(jìn)行雙平行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。從表7的數(shù)據(jù)可知，本文所述方法對(duì)各種飼料產(chǎn)品中22種元素測(cè)定結(jié)果回收率范圍為73.9％～123％，相對(duì)偏差均小于6.9％，能滿(mǎn)足對(duì)大量不同基質(zhì)類(lèi)別的飼料產(chǎn)品中多種元素同時(shí)快速測(cè)定的要求。

3? 結(jié)論

本方法采用密閉消解體系的微波消解-電感耦合等離子發(fā)射光譜法對(duì)飼料中釩、錫、銻、鈷、硒、鉬、鈦、鍶、鋰、鐵、銅、鋅、錳、鎳、鋁、鋇、硼、鈣、鎂、鈉、鉀和磷22種元素進(jìn)行測(cè)定。方法步驟簡(jiǎn)化、分析速度快、檢出限低、線(xiàn)性范圍寬，靈敏度、精密度及準(zhǔn)確度高，綠色節(jié)約，受干擾或損耗少。經(jīng)試驗(yàn)證明，該方法能適用于配合飼料、濃縮飼料、預(yù)混合飼料、飼料原料等不同飼料產(chǎn)品中多種元素的同時(shí)測(cè)定，為飼料的批量檢測(cè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，對(duì)飼料產(chǎn)品的質(zhì)量安全監(jiān)管及畜禽飼養(yǎng)業(yè)的健康綠色發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 李紹章．飼料安全的隱患與控制（二）飼料安全法規(guī)與監(jiān)管體系建設(shè)[J]．湖北畜牧獸醫(yī)，2011，（10）：4-5.

[2] 俞海峰．飼料營(yíng)養(yǎng)元素與動(dòng)物免疫研究進(jìn)展[J]．飼料廣角，2003（12）：34-36.

[3] 達(dá)成彪．豬飼料中添加高銅的作用、危害及控制措施[J]．新疆畜牧業(yè)，2016（1）：8-9+22.

[4] 楊林．飼料微量元素的安全隱患分析及控制[J]．糧食與飼料工業(yè)，2010（5）：36-40.

[5] 毛婭．動(dòng)物飼料中微量元素分析研究[D]．綿陽(yáng)：西南科技大學(xué)，2019.

[6] 陳代文．飼料添加劑學(xué)[M]．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003．

[7] 中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部公告第2625號(hào)[Z]．北京：中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部，2018.

[8] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫總局．GB/T 13885-2017 動(dòng)物飼料中鈣、銅、鐵、鎂、鉀、鈉和鋅含量的測(cè)定原子吸收光譜法[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2017.

[9] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫總局．GB/T 13884-2018 飼料中鈷的測(cè)定[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[10] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫總局．GB/T13883-2008 飼料中硒的測(cè)定[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[11] 劉麗娜，徐發(fā)婷，趙方紅，等．氫化物發(fā)生—原子熒光光譜法測(cè)定牛肉中的硒含量[J]．中國(guó)畜牧獸醫(yī)，2015，042（9）：2399-2404.

[12] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫總局．GB/T13088-2006 飼料中鉻的測(cè)定[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006．

[13] 李詠梅，施鵬飛，李人宇．雙波長(zhǎng)分光光度法測(cè)定飼料中鐵含量[J]．中國(guó)飼料，2012，（23）：32-34+38.

[14] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量檢驗(yàn)檢疫總局．GB/T 6436-2018 飼料中鈣的測(cè)定[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[15] 黃建立，林滉，陳凌鋒．電感耦合等離子-質(zhì)譜法測(cè)定飼料中鈉，鎂，鉻，錳，鐵，銅，鋅，砷，硒，鎘和鉛[J]．飼料工業(yè)，2019，40（18）：54-58.

[16] VIDAL M T， PASCUAL-MART M C， SALVADOR A， et al．Determination of essential metals in complete diet feed by flow injection and flame atomic absorption spectrometry[J]．Microchemical Journal， 2002， 72（2）：221-228.

[17] OKOYE C， ANEKE A U， IBETO C N， et al．Heavy metals analysis of local and exotic poultry meat[J]．International Journal of Applied Environmental Sciences， 2011， 6（1）：49-55.

[18] BATOOL F．Comparison of dry， wet and microwave digestion methods for the determination of pb in commercially available poultry feed samples in pakistan[J]．Journal of the Chemical Society of Pakistan， 2012， 34（5）：1235-1240.