雙四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS/MS)法測定嬰幼兒配方奶粉中的硒含量

袁 堃 陳家偉 趙娜娜 毛思浩 梁晶晶*

(1.浙江省食品藥品檢驗(yàn)研究院 國家市場監(jiān)管重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(功能食品質(zhì)量與安全),杭州 310052;2.浙江省食品藥品檢驗(yàn)研究院 浙江省市場監(jiān)管保健食品質(zhì)量安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州 310052;3.浙江中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)技術(shù)與信息工程學(xué)院,杭州 310052)

硒(Se)是一種人體必不可少的微量營養(yǎng)元素,具有重要的生理功能,硒的安全范圍較小,硒缺乏會導(dǎo)致免疫力低下,可能引起克山病、心血管等疾病,但攝入過量的硒也會引起硒中毒,造成皮膚系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及牙齒等損傷[1]。嬰幼兒體重較輕,硒的危害更大,國家標(biāo)準(zhǔn)GB 10765—2021對嬰兒配方食品的硒元素含量限量做了明確要求,其限量范圍為3.0 μg/100kcal(或0.72 μg/100kJ)～8.6 μg/100kcal(2.06 μg/100kJ)[2],限量范圍較小,因此在嬰兒配方乳粉中實(shí)現(xiàn)硒含量的準(zhǔn)確測定具有現(xiàn)實(shí)意義。

目前,硒元素的檢測方法主要有分光光度法[3]、原子熒光光譜法[4-5]、原子吸收光譜法[6-7]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[8]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[9]等。電感耦合等離子體質(zhì)譜法具有準(zhǔn)確度高、分析速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),是多種元素分析的首選方法,但準(zhǔn)確定量Se含量時存在響應(yīng)信號低[10],Kr、Ar原子離子干擾以及稀土元素的雙電荷干擾[11]等問題,往往導(dǎo)致硒元素的檢測結(jié)果偏高。

硒的響應(yīng)信號低是由于電離能高,含碳有機(jī)物如甲醇、乙醇、異丙醇、三乙胺、乙酸等對一些難電離元素的響應(yīng)信號具有一定增敏作用[12-15],本實(shí)驗(yàn)通過添加含碳有機(jī)物實(shí)現(xiàn)硒響應(yīng)信號的增敏,同時對電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的不同分析模式的抗質(zhì)譜能力進(jìn)行分析比較,建立了以微波消解法為前處理方法,5%含量的正丁醇作為增敏劑,ICP-MS/MS O2反應(yīng)模式準(zhǔn)確測定嬰幼兒配方奶粉中硒含量的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

硝酸、鹽酸均為TraceMetal(美國 Fisher Scientific公司),氫氧化鉀為優(yōu)級純(美國Sigma-Aldrich公司),硼氫化鉀、鐵氰化鉀(分析純,(上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇均為色譜純(德國Merck公司),硒元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL,中國計量科學(xué)研究院),鍺內(nèi)標(biāo)儲備溶液(10 μg/mL,美國Perkin Elmer公司),嬰幼兒配方乳粉中硒、錳定量分析質(zhì)控樣品(硒特性值:211.4 μg/kg,硒特性值區(qū)間:177.4～245.4 μg/kg,中國檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院測試評價中心),實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

8900 Triple Quad電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國Agilent公司),MARS 6微波消解儀(美國CEM公司),PURELAB ? Chorus 1超純水儀(英國ELGA公司),AFS-9130全自動雙順序注射原子熒光光度計(北京吉天儀器有限公司)等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

精密稱取充分混勻后的樣品0.5 g(精確至0.000 1 g),置于聚四氟乙烯微波消解罐中,加5 mL濃硝酸后放入電熱板中120 ℃預(yù)消解30 min。取出冷卻至室溫后,按微波消解程序(表1)進(jìn)行消解。待消解結(jié)束后,將微波消解罐置于電熱板中趕酸至近干。冷卻后用5%HNO3轉(zhuǎn)移至20 mL容量瓶,并用5%HNO3溶液定容,搖勻。同時做隨行空白實(shí)驗(yàn)。

表1 微波消解條件Table 1 Microwave digestion conditions

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)系列的配制

用5%HNO3將硒標(biāo)準(zhǔn)溶液儲備溶液(100 mg/L)逐級稀釋成鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液,使標(biāo)準(zhǔn)工作溶液濃度分別為0、0.5、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 μg/L,現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.3.3 儀器參數(shù)

RF功率1 550 W,等離子體氣流速15.0 L/min,輔助氣流速1.0 L/min,霧化器流速1.0 L/min,O2反應(yīng)分析模式,掃描次數(shù)3次,跳峰掃描模式,駐留時間0.1 ms,蠕動泵轉(zhuǎn)速0.1 r/s,采集質(zhì)量數(shù)78Se、94SeO、75Ge(內(nèi)標(biāo)元素),積分時間0.3 s。

1.3.4 測定

采用在線引入內(nèi)標(biāo)的方式,內(nèi)標(biāo)用5%HNO3稀釋至含Ge(10 μg/L),另外使內(nèi)標(biāo)溶液中含5%正丁醇,待儀器達(dá)到最佳條件后,依次引入標(biāo)準(zhǔn)工作溶液、試劑空白和樣品溶液。

2 結(jié)果與分析

2.1 同位素選擇

硒元素呈現(xiàn)多價態(tài),常見的同位素有74Se、76Se、77Se、78Se、80Se 以及82Se,一般都具有較高的電離能,在氬氣中較難電離,電離程度低導(dǎo)致相應(yīng)信號低,并且存在較為嚴(yán)重的Kr、Ar 原子離子、稀土雙電荷(159Tb+、160Gd++、160Dy++等)的干擾。80Se天然豐度占比最大,但受到40Ar40Ar+的干擾最大,且各種雙電荷離子對檢測也具有較大的干擾,不適合測定;74Se、76Se、77Se、82Se天然豐度占比小,信號響應(yīng)較低不適合在氦氣碰撞模式下測定,故本實(shí)驗(yàn)選擇了干擾相對較小的且天然豐度占比第二的78Se作為檢測對象。

2.2 增敏劑種類的選擇

實(shí)驗(yàn)采用氦氣碰撞模式,內(nèi)標(biāo)溶液中分別加入含量為10%的甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇進(jìn)行硒的測定,同時做無增敏劑對照實(shí)驗(yàn),通過對標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定建立線性方程,對21份空白溶液進(jìn)行測定,計算SD值,方法定量限LOQ=10SD/k(斜率)計算定量限,同時考察標(biāo)準(zhǔn)溶液(10.0 μg/L)的強(qiáng)度計數(shù)(cps)值。具體測定結(jié)果見表2,在不添加增敏劑的條件下,線性較差,強(qiáng)度值響應(yīng)值低,定量限無法滿足GB5009.93—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中硒的測定》第三法中定量限1 μg/100g的要求。加入增敏劑甲醇、乙醇、異丙醇后,定量限均小于1 μg/100g,滿足測定要求且標(biāo)準(zhǔn)溶液(10.0 μg/L)的強(qiáng)度值均有大幅提升。其中以加入異丙醇后強(qiáng)度增幅最大,其次為正丁醇,由于加入正丁醇后的定量限最低,且強(qiáng)度值與異丙醇相差不大,故本實(shí)驗(yàn)選擇增敏劑為正丁醇。

表2 不同增敏劑對硒檢測結(jié)果的影響Table 2 Effects of different sensitizers on selenium detection results

2.3 正丁醇含量的優(yōu)化

通過改變正丁醇不同的添加比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分別通過定量限、標(biāo)準(zhǔn)溶液(10.0 μg/L)響應(yīng)強(qiáng)度值考察了內(nèi)標(biāo)溶液含0%、1%、3%、5%、8%、10%正丁醇對硒檢測結(jié)果的影響。結(jié)果如圖1所示,方法定量限隨著正丁醇含量的不斷增加而下降,當(dāng)正丁醇含量大于3%時均能滿足定量限10 μg/kg的要求。標(biāo)準(zhǔn)溶液(10.0 μg/L)信號強(qiáng)度值在正丁醇含量為0～5%時,其信號強(qiáng)度隨著正丁醇含量的增加而增強(qiáng),當(dāng)正丁醇含量>5%時,信號強(qiáng)度有衰減趨勢,由于當(dāng)有機(jī)物含量增加時容易在噴射管、截取錐、采樣錐等位置形成積碳影響儀器的測定,故實(shí)驗(yàn)選擇的正丁醇含量為5%。

圖1 不同含量正丁醇對硒響應(yīng)值和定量限的影響Figure 1 Effects of different contents of n-butanol on selenium response value and LOQ.

2.4 不同儀器分析模式的比較

Se同位素都存在多種質(zhì)譜干擾,為了消除稀土元素的雙電荷干擾以及Kr、Ar 原子離子帶來的干擾,進(jìn)一步對比研究了電感耦合等離子體質(zhì)譜儀不同的分析模式。依據(jù)各種模式下質(zhì)控樣的測定值與特性值的接近程度來選擇測定的最佳模式。以5%正丁醇為增敏劑,分別采取單桿無碰撞氣的標(biāo)準(zhǔn)模式(no gas模式)、單桿氦氣碰撞模式(He模式)、串聯(lián)氦氣碰撞模式(HeHe模式)、串聯(lián)氧氣反應(yīng)模式(O2模式),同時氦氣碰撞模式還考察不同碰撞氣流速對測定結(jié)果的影響,以儀器自帶的校準(zhǔn)方程校準(zhǔn),通過建立標(biāo)線對奶粉中硒的質(zhì)控樣進(jìn)行測定,每組樣品取3份,結(jié)果見表3。嬰幼兒配方乳粉質(zhì)控樣中硒的特性值為211.4 μg/kg,特性值區(qū)間為177.4～245.4 μg/kg,結(jié)果顯示,改變氦氣碰撞流速對測定結(jié)果無顯著性差異,ICP-MS/MS O2模式的質(zhì)控樣測定值相比于其他模式低,更接近特性值。ICP-MS/MS加氧模式相比其他分析更能消除模式質(zhì)譜干擾,因此實(shí)驗(yàn)選擇ICP-MS/MS加氧模式。

表3 三種分析模式質(zhì)控樣測定值對比Table 3 Comparison of determination values of quality control samples in three analytical modes

2.5 線性關(guān)系、檢出限和定量限考察

在優(yōu)化的測試條件下,按照實(shí)驗(yàn)方法配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定,經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該方法在0.50～10.00 μg/L線性較好,適合于定量分析。該方法的線性方程為y=0.000314x+0.0000119,相關(guān)系數(shù)為0.999 8,對21份空白溶液進(jìn)行測定,計算SD值,通過方程檢出限LOD=3SD/k(斜率),定量限LOQ=10SD/k,計算檢出限和定量限,得到檢出限為1 μg/kg,定量限為3 μg/kg。

2.6 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

選取某一品牌2段嬰幼兒奶粉為樣品,稱取6 份樣品進(jìn)行重復(fù)性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。另外再稱取9 份樣品分別加入100、200、300 μg進(jìn)行3個水平加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),每個水平重復(fù)3次,具體加標(biāo)量見表5,按樣品前處理過程進(jìn)行前處理,做隨行空白,樣品上機(jī)測定。該方法的RSD為1.7%,加標(biāo)回收率為94.3%～100%。

表4 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 4 The precision test results

表5 加回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 The recovery results

2.7 實(shí)際樣品測定方法比較

根據(jù)本實(shí)驗(yàn)方法,對實(shí)際嬰幼兒配方食品樣品進(jìn)行硒含量的測定,此外,本次實(shí)驗(yàn)還與GB 5009.93—2017中原子熒光光譜(AFS)法的測定值進(jìn)行了比較,并運(yùn)用了兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對兩種方法的檢測結(jié)果進(jìn)行比較,不同類型的奶粉測得的結(jié)果如表6所示,t檢驗(yàn)得到的P值均>0.05,故兩組數(shù)據(jù)在統(tǒng)計學(xué)上無顯著性差異,即采用本實(shí)驗(yàn)方法對實(shí)際樣品硒含量進(jìn)行測定的結(jié)果與原子熒光光譜法進(jìn)行的硒含量測定結(jié)果無明顯差異。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過對添加正丁醇實(shí)現(xiàn)硒元素信號響應(yīng)的增敏,ICP-MS/MS氧氣模式消除Kr、Ar 原子離子、稀土雙電荷等質(zhì)譜干擾,建立了一種能準(zhǔn)確測量嬰幼兒配方食品中硒含量的電感耦合等離子體質(zhì)譜法。研究結(jié)果表明,氦氣碰撞模式和ICP-MS/MS氧氣模式均可在一定程度上消除質(zhì)譜干擾,相較于單級桿的ICP-MS,ICP-MS/MS氧氣模式檢測硒含量更加準(zhǔn)確,檢出限更低,精密度更高。用t檢驗(yàn)統(tǒng)計學(xué)方法證明方法與GB 5009.93—2017中原子熒光光譜法檢測結(jié)果一致,相比于原子熒光光譜法,該方法操作簡單,更適合大批量樣品的檢測。