微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時測定嬰幼兒配方奶粉中9 種元素

許文琪，趙華楠，劉華，王詩凝，李邦進，李光偉，許錦華

（國家加工食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（福州）福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院，福州 350002）

0 引 言

嬰幼兒配方奶粉是嬰幼兒除母乳外攝取營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源之一[1]。是嬰幼兒健康成長的重要營養(yǎng)保障[2]。嬰幼兒配方奶粉中營養(yǎng)元素如鈣、鐵、鋅、錳、銅、鉀、碘等，是有利于嬰幼兒的身體及智力發(fā)育的重要物質(zhì)[3]，攝入的礦物質(zhì)元素過多或者過少，均會危害嬰幼兒身體健康[4-7]。因此，嬰兒配方奶粉中營養(yǎng)元素的檢測十分重要。

目前我國嬰幼兒配方奶粉中營養(yǎng)元素檢測的主要方法為原子吸收光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICPM S）[8-13]。由于奶粉中各營養(yǎng)元素的樣品前處理方法不一[14-15]，使用的分析儀器不同，檢測方法多樣[16-20]，導(dǎo)致嬰幼兒配方奶粉中各元素含量的檢驗周期較長。部分元素用同一種前處理方法和同一種分析儀器進行同時測定，則可大大縮短檢驗時間[19]，以滿足生產(chǎn)質(zhì)量控制中快速、大批量檢測的需求。因此，奶粉中多元素的同時檢測成為奶粉分析檢測領(lǐng)域的重點研究對象。目前，檢驗嬰幼兒配方奶粉中鈣、鐵、鋅、錳、銅、鉀、碘等營養(yǎng)元素分為2 個標準，分別為GB 5009.267—2020《食品安全國家標準食品中碘的測定》第一法和GB 5009.268—2016《食品安全國家標準食品中多元素的測定》第二法[13,21]。其中，碘與鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅等其他元素的常規(guī)檢測不能同時進行，需要至少2次前處理，2 種儀器，耗時3 d 以上，這使得奶粉中營養(yǎng)元素的檢測效率明顯降低。因此，有必要建立嬰幼兒配方奶粉中多元素快速、準確、靈敏的分析方法。本研究建立了ICP-M S 同時檢測嬰幼兒配方奶粉中總碘、鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅9 種元素的新方法。本方法前處理簡單，檢測周期短，檢測效率高、靈敏度高、檢出限低、選擇性好，為嬰幼兒配方奶粉中的多元素快速檢測提供了簡單高效的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

硝酸（優(yōu)級純），德國CNW 公司；氬氣（≥99.995%）、氦氣（≥99.995%）、25%四甲基氫氧化銨水溶液（分析純）、TM AH，過氧化氫溶液（分析純），國藥集團化學試劑有限公司；嬰配方奶粉質(zhì)控樣，中國檢驗檢疫科學研究院測試評價中心；奶粉，市售。

碘的單標儲備液（1 000 μg/m L），鉀、鈉、鈣、鎂混合標準儲備液（100 μg/m L），銅、錳、鐵、鋅混合標準儲備液（1 000 μg/m L），鈧元素標準溶液（1 000 μg/m L），鍺元素標準溶液（1 000 μg/m L），銦元素標準溶液（1 000 μg/m L），錸元素標準溶液（1 000 μg/m L），鋰、釔、鈰、鉈、鈷混合溶液（1.0 ng/m L），均購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 主要儀器

BSA224S 電子天平，德國賽多利斯科學儀器有限公司；M ars.6 微波消解儀，美國CEM 公司；7700E 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國安捷倫公司。

1.3 樣品制備

1.3.1 試劑配制

5% 硝酸溶液：硝酸和水按照V（硝酸）∶V（水）=5∶95 比例配置。

5% TM AH 溶液：取50 m L 25% TM AH 溶液，用水稀釋定容至250 m L。

配置液：取硝酸、25% TM AH 溶液和水按照V（硝酸）∶V（25% TM AH）∶V（水）=3∶10∶37 的比例制成配置液，用于配制標準溶液和稀釋樣品溶液。

1.3.2 樣品前處理

準確稱取0.2 g（精確至0.001 g）樣品，加入2 m L水、3 m L 硝酸、1 m L 過氧化氫置于聚四氟乙烯消解管內(nèi)，旋緊罐蓋，經(jīng)微波消解儀消解。冷卻靜置過夜，加入10 m L 25% TM AH，混合均勻，轉(zhuǎn)移至50 m L 比色管中，用水沖洗消解管內(nèi)壁3 次，一并轉(zhuǎn)移至比色管中，定容、搖勻。同時做空白試驗。

1.3.3 標準溶液配置

吸取適量碘標準儲備液，用配置液逐級稀釋成0.100、0.500、1.0、5.00、10.0、20.0 μg/L 的碘標準使用液，吸取適量鉀、鈣、鈉、鎂混合標準儲備液，用5%硝酸溶液逐級稀釋成2.00、5.00、10.00、20.00、50.00 m g/L的鉀鈣鈉鎂混合標準使用液，吸取適量銅、錳、鐵、鋅標準儲備液，用配置液逐級稀釋成2.00、5.00、10.00、20.00、50.00、100.00、200.00、500.00、1 000.00 μg/L 的銅錳鐵鋅混合標準使用液。

1.3.4 內(nèi)標溶液配制

分別移取鈧、鍺、銦、錸元素標準溶液各100 μL，用5%硝酸定容至100 m L，配得1.00 m g/L 混合內(nèi)標使用液。在線加入1.00 m g/L 混合內(nèi)標使用液。

1.4 儀器條件

以1.0 ng/m L 鋰、釔、鈰、鉈、鈷混合調(diào)諧液對ICP-M S 進行優(yōu)化調(diào)整。最佳儀器工作條件如下：射頻功率1 550 W，等離子氣流速15 L/min，載氣流速1.0 L/min，輔助氣流速1.0 L/min，氦氣流量4~5 m L/min，霧化器為高鹽/同心霧化器，溫度2 ℃；檢測模式：He碰撞池模式；檢測元素質(zhì)量數(shù)：39K，43Ca，23N a，24M g，63Cu，55M n，56Fe，66Zn，127I；內(nèi)標：45Sc，72Ge，115In，185R e。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理條件優(yōu)化

國家標準中對碘元素檢測的前處理為使用四甲基氫氧化銨于（85±5）℃提取3 h，而奶粉內(nèi)含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素等復(fù)雜成分，雜質(zhì)會干擾目標化合物的定量，會出現(xiàn)提取率低，對截取錐造成污染等問題，從而影響檢測結(jié)果的準確性。目前已有研究通過采用鹽析法、沉淀蛋白法以達到去除雜質(zhì)的目的，但其試劑為乙酸鋅和亞鐵氰化鉀，使用ICP-M S 檢測時會引入大量的鋅、鐵離子，易對儀器造成污染，且前處理步驟較為復(fù)雜費時[22-23]。有文獻報道單純提取碘的方法不能斷開碘與甲狀腺蛋白的結(jié)合和去除脂肪，由此造成含脂肪奶粉中碘含量的檢測結(jié)果偏低[24]。因此，本研究通過采用微波消解技術(shù)，并加入過氧化氫來改善雜質(zhì)干擾、提取率低等問題。

2.1.1 消解時間的選擇

考慮微波消解時間不夠?qū)е孪獠怀浞謱z測結(jié)果產(chǎn)生的影響，需要對微波消解時間進行優(yōu)化。將奶粉質(zhì)控樣品分成4 組，設(shè)置不同的消解時間（10、15、20、25 min），比較不同時間的消解效果。結(jié)果表明，不同的消解時間下，樣品溶液澄清度和顏色有很大差異。消解時間低于20 min 的樣品溶液，顏色偏黃且有明顯的微粒殘留。而消解時間在20～25 min 時，奶粉樣品完全溶解，溶液清澈透明，沒有明顯微粒殘留，20 min和25 min 的測定結(jié)果沒有顯著差別。為提高檢測效率，本試驗消解時間以20 min 為最佳。

2.1.2 消解溫度的選擇

微波消解溫度設(shè)置過低會導(dǎo)致消解不充分，過高可能造成碘元素損失。因此，需要對消解溫度進行優(yōu)化。本研究選用奶粉質(zhì)控樣，按照步驟1.3.2 處理樣品，步驟1.4 條件檢測，測試不同消解溫度對各元素的影響。設(shè)置60、80、100、160、180、200 ℃6 個不同的消解溫度。結(jié)果表明：奶粉樣品在60、80、100 ℃的溫度下會有微粒殘留，消解不完全。在160 ℃至180 ℃的溫度下消解完全，各元素含量隨溫度的升高而增大。但在200 ℃的時候，碘含量卻開始有降低的趨勢，結(jié)果見圖1 所示。所以，綜合考慮各元素消解情況，本次實驗微波消解溫度設(shè)置為180 ℃為最佳。

圖1 消解溫度對奶粉質(zhì)控樣中碘含量測定的影響

2.1.3 TM AH 濃度的選擇

奶粉中廣泛存在的元素在酸性條件下較為穩(wěn)定，而碘在酸性溶液中容易生成碘化氫，極易造成碘含量的損失。丁玉龍等[25]通過加入氨水或氫氧化鈉調(diào)節(jié)提取溶液的酸度使碘與其他元素共存于弱堿性溶液中，但由于碘的記憶效應(yīng)較大，極易對儀器造成堵塞和損耗。而TM AH 提取可在很大程度上消除ICP-M S 法測定碘的記憶效應(yīng)[26]。因此，本研究選用奶粉質(zhì)控樣，采用聚四氟乙烯消解罐消解，TM AH 溶液作為提取液，測試不同濃度TM AH 溶液對各元素含量測定的影響。設(shè)置5 個不同濃度（分別加入0、5、10、15、20 m L的25%TM AH）的提取溶液，按照步驟1.3.2 處理樣品后，步驟1.4 條件檢測，結(jié)果如圖2 所示。結(jié)果表明，加入0~10 m L 25% TM AH 溶液，隨著25% TM AH 溶液加入體積的增加，碘的含量也隨之增加，而加入10 m L以上25%TM AH 溶液時，碘含量幾乎沒有變化。而對鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅8 個元素而言，加入0~20 m L 25%TM AH 溶液時，隨著25% TM AH 溶液加入體積的增加，含量幾乎無影響。由于TM AH 溶液有毒且有較強的腐蝕性，綜合考慮，本實驗選擇加入10 m L 25%TM AH 溶液時為最佳。

圖2 25%TMAH 加入量對奶粉質(zhì)控樣中碘含量測定的影響

綜上，本實驗選擇微波消解溫度為180 ℃，消解時間20 min，加入10 m L 25% TM AH 溶液作為提取液為最佳的前處理實驗條件。

2.2 ICP-M S 條件的優(yōu)化

奶粉基質(zhì)比較復(fù)雜，各種元素含量不同，在儀器上的干擾不同。電感耦合等離子體質(zhì)譜的干擾主要有質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾，因此對儀器進行狀態(tài)調(diào)諧優(yōu)化，采用氬氣保護消除質(zhì)譜型干擾，同時在線加入內(nèi)標元素消除基體干擾和信號漂移的影響，可克服非質(zhì)譜型干擾，可以極大改善分析精度。為了使檢測結(jié)果準確可靠，測定過程中采用在線內(nèi)標法?？紤]到單個內(nèi)標有時候不能完全準確地反應(yīng)基體效應(yīng)的影響，尤其是對空間電荷效應(yīng)的校正，當質(zhì)量數(shù)有所差距時，可能產(chǎn)生不準確校正。因此本實驗采用虛擬內(nèi)標校正的方法，即將4 個內(nèi)標元素的校正因子經(jīng)過特定的擬合方式推算出一個虛擬的內(nèi)標因子（VIS），這樣的校正方式可以提高定量的準確性。

2.3 標準曲線、相關(guān)系數(shù)及檢出限、定量限

在1.3.2 消解條件下，1.4 儀器工作條件下進行檢測。以元素的質(zhì)量濃度作為橫坐標，元素與內(nèi)標元素反應(yīng)信號的比值為縱坐標，并繪出碘、鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅標準曲線，通過元素濃度x 和所得信號度CPS 比率y 進行回歸分析，得到回歸方程和相關(guān)系數(shù)；連續(xù)測定11 次空白溶液，根據(jù)測定值的3 倍標準偏差計算得到儀器檢出限。當試樣取樣量為0.2 g，定容體積為50 m L 時，計算方法的檢出限及定量限（按照儀器檢出限乘以稀釋倍數(shù)計算得出方法檢出限，3倍檢出限即為定量限），如表1 所示。

表1 各元素線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.4 方法回收率和精密度

在1.3.2 消解條件下，1.4 儀器工作條件下進行檢測。對奶粉樣品進行3 個不同濃度，6 平行水平加標回收試驗，計算RSD，結(jié)果如表2 所示。奶粉中各元素的加標回收率在85.7%～107%之間，表明該法能準確測定奶粉中的總碘、鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅9 種元素含量。相對標準偏差在0.06%～4.69%之間，表明該方法具有良好精密度。

表2 各元素加標回收試驗結(jié)果（n=6）

2.5 方法準確性驗證

在1.3.2 消解條件下，對嬰兒配方奶粉標準物質(zhì)QC-IP-701 進行處理，在1.4 儀器工作條件下進行測定，對本方法的準確性進行評價。結(jié)果如表3 所示，9種元素測試值在均在證書值的范圍內(nèi)，表明所建立的方法是準確可靠的。

表3 標準物質(zhì)檢測結(jié)果

2.6 實際樣品的測定

選取市售的7 款嬰幼兒配方奶粉，在1.3.2 消解條件下，對樣品進行處理，在1.4 儀器工作條件下進行測定。同時，取相同樣品按照GB 5009.267—2020《食品安全國家標準食品中碘的測定》第一法和GB 5009.268—2016《食品安全國家標準食品中多元素的測定》第二法進行測定，與本實驗建立的方法進行比較，表4-表12 為7 款嬰幼兒配方奶粉樣品（n=6）中各元素含量測定的方法比較結(jié)果，且對所得結(jié)果采用G raphpad Instat 3.0 統(tǒng)計軟件分析，對樣本進行配對t-檢驗。

表4 鈉元素含量測定（mg/100 g）

表5 鎂元素含量測定（mg/100 g）

表6 鉀元素含量測定（mg/100 g）

表7 鈣元素含量測定（mg/100 g）

表8 銅元素含量測定（μg/100 g）

表9 錳元素含量測定（μg/100 g）

表10 鐵元素含量測定（mg/100 g）

表11 鋅元素含量測定（mg/100 g）

表12 碘元素含量測定（μg/100 g）

結(jié)果表明，本方法與食品安全國家標準方法比較，結(jié)果顯示相對誤差均小于10%，且對樣本進行配對t-檢驗，分析得9 種元素的P值均大于0.05，由此得出，本實驗方法與國標方法的檢測結(jié)果無統(tǒng)計學差異，表明本方法可適用于嬰幼兒奶粉中多元素含量的同時測定。

3 結(jié) 論

建立了微波消解-ICP-M S 法同時測定嬰幼兒配方奶粉中的總碘、鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅9 種元素的新方法。比較本方法與國標方法分別對市售的7款嬰幼兒配方奶粉中9 種元素進行的測定的結(jié)果，相對誤差均小于10%，且對樣本進行配對t-檢驗，分析得9 種元素的P值均大于0.05，本方法與國標方法的檢測結(jié)果無統(tǒng)計學差異，表明本方法可適用于嬰幼兒奶粉中多元素含量的同時測定。本方法極大縮短了檢測時間，提高了檢測效率，且具有較高的回收率和重現(xiàn)性，更為方便準確，并解決了雜質(zhì)干擾以及提取率低等問題，為奶粉中多種元素的同時測定提供了一種新思路。