三重四極桿-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品中的磷

董劉敏，薛慶海，黃麗俊，華佳淼，孫 麗，沈海麗，李紫薇，馮永巍

（1. 無錫市食品安全檢驗檢測中心，國家市場技術(shù)創(chuàng)新中心（特殊食品），江蘇無錫 214000；2. 淮安市食品藥品檢驗所，江蘇 淮安 223300）

磷元素是人體骨骼和牙齒的重要構(gòu)成物質(zhì)。人體分泌的乳汁、肌肉組織中，磷都是必需物質(zhì)，同時人體DNA、RNA 的組成成分也包含磷元素，磷元素有助于保持機體酸堿的平衡，促進人體的新陳代謝。如果人體缺磷，可能會出現(xiàn)肌肉無力、骨骼疼痛、缺乏食欲等癥狀，嚴重者甚至?xí)霈F(xiàn)佝僂病及軟骨病。一般人體很少缺磷，但是對一些特殊人群，除了正常的飲食攝取外，還需要補充一些添加了包括磷在內(nèi)的各種微量元素的特殊營養(yǎng)配方食品。

特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品是一種醫(yī)用食品，主要應(yīng)用于術(shù)后恢復(fù)期、消化吸收障礙或患有特定疾病的人群。按營養(yǎng)的角度一般將特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品分為全營養(yǎng)、特定全營養(yǎng)、非全營養(yǎng)三大類[1]。

目前，食品中磷的檢測方法主要有鉬藍分光光度法、釩鉬黃分光光度法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）[2]、毛細管電泳法[3]、原子吸收光譜法[4]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）[5-6]。分光光度法操作步驟繁瑣，線性關(guān)系不好，傳統(tǒng)ICPMS 法在分析基質(zhì)復(fù)雜的樣品時，難免會遇到質(zhì)譜和非質(zhì)譜的干擾[7]，影響準(zhǔn)確度。目前，電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜儀（ICP-MS/MS） 利用質(zhì)量轉(zhuǎn)移徹底消除干擾已有報道[8-11]，結(jié)合實際樣品建立三重四極桿-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS/MS 法） 的2 種模式[He 氣碰撞（SQ-KED 模式） 和O2反應(yīng)池模式（TQ-O2模式） ]進行探索特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品中磷含量，該方法2 種模式去干擾強，靈敏度高，準(zhǔn)確快速、簡便，都適合快速測定基質(zhì)復(fù)雜的特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品中磷含量，實驗室可以根據(jù)自身條件和樣品含量選擇合適的方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

Thermo Fish iCAPTQ 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國Thermo Fish 公司產(chǎn)品；Mili-Q IQ70 型超純水儀，法國默克密理博產(chǎn)品；Mars6 型微波消解儀，美國CEM 產(chǎn)品；ME204E 型電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司產(chǎn)品；Brand 型多量程移液器，德國Brand 公司產(chǎn)品。

1.2 試劑與材料

試劑：upS 級硝酸，蘇州金瑞化學(xué)股份有限公司提供；超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）；磷元素標(biāo)準(zhǔn)溶液[GSB 04-1741-2004（a）]及內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（GNM-M061899-2013），國家有色金屬電子材料分析測試中心提供；高純氬氣、氦氣和氧氣（純度＞99.999），鑫錫儀科技有限公司提供。

材料：收集3 款特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品：炎性腸病適用的特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品A（粉末狀），購自當(dāng)?shù)厮幍?；食物蛋白過敏嬰兒特殊醫(yī)學(xué)用途氨基酸配方食品B（粉末狀）、苯丙酮尿癥適用特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品C（粉末狀），紐迪西亞無錫有限公司提供。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品前處理

由于特殊食品的原料組成復(fù)雜，粒徑差異大，痕量成分混合均勻性較難保證[12]，又因為微波消解法稱樣量為0.3～0.5 g，取樣量比較小，所以為了保證樣品的均勻性，研究對粉末樣品進行復(fù)原操作后再進行稱取樣品。

粉末樣品：稱取30 g 樣品于干凈的燒杯中，放入磁力攪拌轉(zhuǎn)子，在燒杯中加入40～50 ℃的超純水120 g，把燒杯放在磁力攪拌器上，開啟攪拌器調(diào)整好轉(zhuǎn)速使樣品平穩(wěn)渦旋，至樣品完全溶解后稱樣[13]。

于微波消解罐中稱取上述液體樣品約1.5～2.5 g（精確至0.001 g） 經(jīng)過復(fù)原的粉末樣品（即干物質(zhì)0.3～0.5 g） 于55 mL 的聚四氟乙烯消解管中，加入硝酸6 mL，放置在趕酸器上于120 ℃條件下預(yù)消解30 min，冷卻后旋緊罐蓋，按照微波消解儀操作步驟設(shè)定條件消解（見表1），消解完畢后取出，緩慢打開罐蓋泄壓，放在趕酸器100 ℃趕酸30 min 后，冷卻至室溫，用一級水轉(zhuǎn)移至50 mL 聚四氟乙烯容量瓶中，定容至刻度，搖勻備測。同時做空白試驗。

微波消解程序見表1。

1.3.2 儀器操作參考工作條件

當(dāng)儀器點火穩(wěn)定后，使用調(diào)諧溶液對儀器進行調(diào)諧，校正后的儀器參數(shù)見表2，選擇31P 同位素，以45Sc（200 μg/L） 為在線內(nèi)標(biāo)，在碰撞（SQ-KED）模式下和加氧模式（TQ-O2） 分別測定標(biāo)準(zhǔn)、空白、樣品、加標(biāo)樣，以磷的質(zhì)譜信號強度值CPS 與內(nèi)標(biāo)計數(shù)值的比例值為縱坐標(biāo)，磷的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算樣品中磷含量。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS/MS） 工作條件見表2。

表2 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS/MS） 工作條件

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品前處理方法的選擇

目前，常用的消化方式有濕法消解、干法消解、微波消解、壓力消解。濕法消解試劑用量大，雜質(zhì)干擾多，空白值偏高；干法消解完全是敞開式消解，灰化時容易著火，造成損失，使待測元素檢測結(jié)果偏低；壓力消解和微波消解是全封閉的消解系統(tǒng)，試劑用量少、消解時間短、安全環(huán)保，可減少待測元素的損失[14-15]。因此，試驗選擇微波消解。

特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品基質(zhì)復(fù)雜，主要成分為碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪，其中碳水化合物中以淀粉糖為主[16-17]，為了避免消解過程中發(fā)生危險及保證消解效果，試驗也探究了微波消解的消解溫度和時間對消解結(jié)果的影響。

選取A 樣（標(biāo)簽明示值為230 mg/100 g），在盡量保持樣品質(zhì)量（干樣0.5 g） 一致的情況下分別考查了180 ℃，15 min；185 ℃，25 min；190 ℃，30 min；200 ℃，20 min；200 ℃，25 min 的消解條件，180 ℃，15 min 和185 ℃，25 min 消解條件的溶液不夠澄清，稍帶渾濁。

微波消解條件見圖1。

圖1 微波消解條件

由圖1 可知，在190 ℃下保持30 min，磷含量沒有隨著最大消解溫度的增高而增加，且溶液澄清，為了考慮結(jié)果的準(zhǔn)確性和維護微波消解儀的使用壽命，故采用190 ℃保持30 min 為試驗的消解條件。

2.2 干擾及消除

干擾通常分為質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾。質(zhì)譜干擾主要包括同量異位素重疊、多原子離子、雙電荷等離子及背景質(zhì)譜干擾；質(zhì)譜干擾的抑制采用碰撞池、反應(yīng)池、動能歧視和干擾方程來實現(xiàn)[18]。非質(zhì)譜干擾主要包括質(zhì)譜內(nèi)沉積物和樣品基體。質(zhì)譜內(nèi)沉積物可以通過適當(dāng)?shù)那鍧嵍档?；非質(zhì)譜干擾源于樣品基體效應(yīng)，最有效的方法是稀釋樣品和內(nèi)標(biāo)法[19]。

磷元素（m/z=31） 可能受到的干擾有多原子干擾（14N16O1H+，1HSi+，12C19F+），和雙電荷干擾（63Cu++，62Ni++）；磷元素（m/z=47） 可能受到的干擾有離子干擾（47Ti+）[20]。

試驗選擇碰撞和反應(yīng)模式，原理是SQ-KED 模式中，第一重四極桿中選擇所有質(zhì)荷比為31 的離子，第二級反應(yīng)池CRC 中充滿氦氣，由于與氦氣發(fā)生碰撞，根據(jù)橫截面的不同，多原子離子比分析物離子碰撞次數(shù)多，多原子失去更多能量，形成低能離子，不能進入第三級四極桿（Q3），目標(biāo)離子才能進入。TQ-O2模式中，而第一重四極桿中選擇所有質(zhì)荷比為31 的離子，第二級反應(yīng)池CRC 中氧氣，目標(biāo)離子P 與Q2反應(yīng)，實現(xiàn)質(zhì)量數(shù)轉(zhuǎn)移，變成質(zhì)荷比為47 的[31PO16]+的產(chǎn)物，在第三重四極桿中，Q3單獨分析目標(biāo)離子反應(yīng)產(chǎn)物[31PO16]+，將干擾去除。

2.3 內(nèi)標(biāo)的選擇

2.3.1 內(nèi)標(biāo)種類選擇

選擇內(nèi)標(biāo)首要考慮是樣品中不含有該元素，而非質(zhì)量數(shù)或第一電離能與待測元素接[21]。按照1.3.1前處理微波消解條件，將消解好的樣A 溶液用2 種模式進行測定6 次，SQ-KED 模式下以100 μg/L45Sc，72Ge，103Rh，115In，209Bi 為內(nèi)標(biāo)校正，TQ-O2模式下只有Sc 和Ge 內(nèi)標(biāo)可選，所以TQ-O2模式以100 μg/L Sc和Ge 作為內(nèi)標(biāo)校正。

KED-SQ 模式下不同內(nèi)標(biāo)的平均回收率及精密度RSD（n=6） 見圖2，TQ-O2模式下2 種內(nèi)標(biāo)的平均回收率及精密度RSD（n=6） 見表3。

圖2 KED-SQ 模式下不同內(nèi)標(biāo)的平均回收率及精密度RSD（n=6）

表3 TQ-O2 模式下2 種內(nèi)標(biāo)的平均回收率及精密度RSD（n=6）

由圖2 可知，SQ-KED 模式下5 種內(nèi)標(biāo)的回收率都在80%～120%，但是45Sc 和103Rh 的回收率更接近100%，是最優(yōu)選擇，又因為用45Sc 做內(nèi)標(biāo)時，樣品的RSD 相對較小，故試驗SQ-KED 模式選擇45Sc作為內(nèi)標(biāo)；由表2 可知，TQ-O2模式中72Ge.16O 內(nèi)標(biāo)回收率更接近100%，45SC.16O 和72Ge.16O 作為內(nèi)標(biāo)校正下，RSD 相差不大，故選擇TQ-O2模式選擇72Ge.16O作為內(nèi)標(biāo)即選擇72Ge 作為內(nèi)標(biāo)。

2.3.2 內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度的選擇

GB 5009.268—2016 中內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度選擇參考范圍為25～100 μg/L，可以適當(dāng)提高質(zhì)量濃度[22]。

同樣按照1.3.1 的處理方法將消解好的樣A 溶液在2 種模式下進行測定6 次，SQ-KED 模式下分別以10，20，50，100，200，500，1 000 μg/L 的45Sc為內(nèi)標(biāo)校正；TQ-O2模式下以10，20，50，100，200，500，1 000 μg/L 的72Ge 為內(nèi)標(biāo)進行平均回收率和樣品精密度RSD 試驗。

SQ-KED 模式下內(nèi)標(biāo)Sc 不同質(zhì)量濃度內(nèi)標(biāo)平均回收率和樣品精密度RSD（n=6） 見圖3，TQ-O2模式下內(nèi)標(biāo)Ge 不同質(zhì)量濃度內(nèi)標(biāo)平均回收率和樣品精密度RSD（n=6） 見圖4。

圖3 SQ-KED 模式下內(nèi)標(biāo)Sc 不同質(zhì)量濃度內(nèi)標(biāo)平均回收率和樣品精密度RSD（n=6）

圖4 TQ-O2 模式下內(nèi)標(biāo)Ge 不同質(zhì)量濃度內(nèi)標(biāo)平均回收率和樣品精密度RSD（n=6）

由圖3 和圖4 可知，不同的內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度回收率都在80%～120%，RSD 也都滿足要求，隨著內(nèi)標(biāo)質(zhì)量濃度增加，內(nèi)標(biāo)回收率都接近100%。100，200，500，1 000 μg/L 質(zhì)量濃度的回收率和RSD 相差不明顯，考慮到高質(zhì)量濃度內(nèi)標(biāo)長期使用，會造成儀器管路污染，同時為了方便，故2 種模式均采用200 μg/L的Sc 作為試驗的內(nèi)標(biāo)。

2.4 線性關(guān)系

線性方程及相關(guān)系數(shù)見表4。

表4 線性方程及相關(guān)系數(shù)

2.5 方法檢出限和定量限

分別在2 種模式下，通過連續(xù)測定樣品空白20 次，根據(jù)檢出限的計算方法LOD=3 sd/b 和LOQ=10 sd/b（b 為工作曲線斜率），以磷元素與內(nèi)標(biāo)Sc 響應(yīng)信號值的比值的3 倍和10 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以工作曲線斜率，以0.5 g 取樣量，定容至50 mL 的稀釋倍率，計算出方法檢出限和定量限。

2 種模式下的檢出限和定量限見表5。

表5 2 種模式下的檢出限和定量限

2.6 加標(biāo)回收率及精密度試驗

稱取特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品樣A，B，C 各12 份平行樣品，其中6 份添加約標(biāo)簽值50%含量值，按照1.3.1 方法處理樣品，進行加標(biāo)回收試驗（采用重量法加標(biāo)），分別在2 種模式下檢測回收率及精密度。

SQ-KED 模式加標(biāo)回收及精密度（n=6） 見表6，TQ-O2模式加標(biāo)回收及精密度（n=6） 見表7。

表6 SQ-KED 模式加標(biāo)回收及精密度（n=6）

表7 TQ-O2 模式加標(biāo)回收及精密度（n=6）

2.7 測定結(jié)果與標(biāo)簽明示值比較

測定結(jié)果與標(biāo)簽明示值比較見表8。

表8 測定結(jié)果與標(biāo)簽明示值比較

通過選取不同含量的3 款特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品進行檢測，含量范圍為230～1 103 mg/100 g，檢測結(jié)果均與產(chǎn)品標(biāo)簽明示值相符合。

3 結(jié)論

通過三重四極桿- 電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS/MS 法） 2 種模式（氦氣碰撞模式SQ-KED和加氧模式TQ-O2） 測定特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品中磷含量，擇優(yōu)選擇200 μg/L 的Sc 作為SQ-KED 模式的內(nèi)標(biāo)；200 μg/L72Ge 為TQ-O2模式下的內(nèi)標(biāo)。2 種模式下（SQ-KED 和TQ-O2） 條件下的檢出限、定量限、回收率、精密度均標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T 27404—2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測》[23]中的要求：被測組分含量＞100 mg/kg，加標(biāo)回收率95%～105%；含量在100～1 000 mg/100 g，精密度RSD＜2.7%；含量大于1 000 mg/100 g 精密度＜2.0%。同時，用2 種模式檢測了3 批特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品中磷含量，都在標(biāo)簽明示值±5%，2 種模式下結(jié)果無顯著統(tǒng)計學(xué)差異（p＞0.05），實驗室可以根據(jù)自身條件和需要選擇合適測定模式。