微波消解結(jié)合ICP-OES和ICP-MS測(cè)定奇亞籽中多種礦物質(zhì)元素的含量

(中國(guó)廣州分析測(cè)試中心,廣東省化學(xué)危害應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州 510070)

奇亞籽(Chia Seed)是薄荷類植物芡歐鼠尾草(SalviahispanicaL.)的種子,原產(chǎn)地為墨西哥南部和危地馬拉等北美洲地區(qū)。奇亞籽較小,一般為長(zhǎng)(1.87±0.1) mm,寬(1.21±0.08) mm,厚(0.88±0.04) mm的橢圓型,表面光滑,顏色從米黃色到深咖啡色,表面帶有大理石紋脈絡(luò)線[1]。淺色的種子略比黑色的種子飽滿[2]。

奇亞籽富含人體必需脂肪酸α-亞麻酸及多種抗氧化活性成分(綠原酸、咖啡酸、楊梅酮、槲皮素、山奈酚等),是天然ω-3脂肪酸的來(lái)源,并含有豐富的膳食纖維、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等[3-4]。目前,奇亞籽已經(jīng)在不同的國(guó)家廣泛應(yīng)用,如墨西哥、阿根廷、智利、新西蘭、日本、美國(guó)、加拿大以及澳大利亞等。目前主要應(yīng)用于谷物棒、餅干、面條、面包、酸奶等[5]。從奇亞籽中提取的ω-3制成膠囊,可作為ω-3的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑[6]。

奇亞籽在2009年被EFSA(歐洲食品安全局)認(rèn)為是新的食品原料,且經(jīng)科學(xué)驗(yàn)證,奇亞籽不會(huì)引起任何過(guò)敏性、抗?fàn)I養(yǎng)性或者毒副作用,我國(guó)2014年根據(jù)《中華人民共和國(guó)食品安全法》和《新食品原料安全性審查管理辦法》有關(guān)規(guī)定已批準(zhǔn)奇亞籽為新食品原料;由于奇亞籽進(jìn)入我國(guó)時(shí)間較短,在其營(yíng)養(yǎng)成分和安全健康方面有很大的研究空間[7-8]。

目前,礦物質(zhì)元素的檢測(cè)方法主要有分光光度法、原子吸收法、原子熒光法、電化學(xué)極譜法、測(cè)汞儀、電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)、電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-OES)等[9-12]。其中ICP-OES和ICP-MS可滿足于多元素含量的測(cè)定,被廣泛用于食品、醫(yī)藥、環(huán)境、化工等多領(lǐng)域[13-14]。本文以微波消解處理樣品,通過(guò)選擇合適的分析譜線和觀測(cè)方式,使用內(nèi)標(biāo)校正基體干擾,建立了ICP-OES和ICP-MS法簡(jiǎn)便快速準(zhǔn)確分析奇亞籽中多種礦物質(zhì)元素含量測(cè)定的方法,為奇亞籽的開發(fā)和加工方面提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

奇亞籽 安徽過(guò)灣農(nóng)業(yè)科技有限公司;硝酸(優(yōu)級(jí)純)、30%過(guò)氧化氫(分析純) 廣州化學(xué)試劑廠;標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、P、B、Pb、Cd、As、Cr、Al、Ni(1000 μg/mL) 國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院;GBW10045(GSB-1)大米成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、GBW10011(GSB-2)小麥成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

XFB-200高速中藥粉碎機(jī) 吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠;TOPEX全能型微波化學(xué)工作平臺(tái) 上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司;BHW-09Y12趕酸板 上海博通化學(xué)科技有限公司;ICP-5000電感耦合等離子發(fā)射光譜儀 聚光科技(杭州)股份有限公司;Agilent 7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 安捷倫科技(中國(guó))有限公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配制

1.2.1.1 ICP-OES標(biāo)準(zhǔn)工作溶液 臨用前采用5% HNO3逐級(jí)稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成所需的質(zhì)量濃度,配制成的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,其中K、Na、Ca、Mg的梯度濃度為0.5、1.0、3.0、5.0、10.0 mg/L,Fe、Mn、Zn、Cu的梯度濃度為0.1、0.5、1.0、5.0、10.0 mg/L,P的梯度濃度為1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L,B的梯度濃度為0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L。

1.2.1.2 ICP-MS標(biāo)準(zhǔn)工作溶液 臨用前采用5%HNO3逐級(jí)稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成所需的質(zhì)量濃度,配制成的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,其中Pb、Cd、As、Cr、Ni的梯度濃度為1.0、5.0、10.0、15.0、20.0 mg/L,Al的梯度濃度為1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 mg/L。

1.2.2 樣品處理 奇亞籽放入105 ℃烘箱中烘干至恒重后高速粉碎,過(guò)100目篩,干燥器內(nèi)保存?zhèn)溆?。?zhǔn)確稱取0.3 g制備好的奇亞籽樣品放入聚四氟乙烯微波消解罐內(nèi),加入6 mL HNO3,浸泡2 h,加入2 mL H2O2,旋緊消解罐蓋,放入微波消解儀中,按表1升溫進(jìn)行消解。待消解完畢后,消解罐冷卻至室溫,將其聚四氟乙烯罐取下后置于趕酸板中進(jìn)行趕酸,設(shè)置溫度140 ℃,時(shí)間4 h,完畢后冷卻至室溫,將溶液定量轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中,用5%硝酸多次洗滌消解內(nèi)罐,洗液合并于容量瓶中,定容搖勻,待測(cè)。同時(shí)全程做樣品空白對(duì)照。

表1 微波消解程序Table 1 Steps of microwave digestion

1.2.3 儀器測(cè)定工作條件 ICP-OES測(cè)定工作條件優(yōu)化后為射頻功率為1200 W,沖洗泵速100 r/min,分析泵速50 r/min,霧化氣流量0.6 L/min,輔助氣流量1.0 L/min,重復(fù)測(cè)量次數(shù)3次。

ICP-MS測(cè)定工作條件優(yōu)化后為射頻功率1550 W,反射功率<5 W,采樣深度8.0 mm,溶液提升量0.8 mL/min,輔助氣流量1.0 L/min,等離子氣流量15.0 L/min,載氣流量1.0 L/min,采用MicroMist霧化器,跳峰掃描方式,重復(fù)測(cè)量次數(shù)3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,所有數(shù)據(jù)均以所測(cè)平均值報(bào)出[15]。試樣測(cè)試結(jié)果為六次重復(fù),標(biāo)準(zhǔn)樣品為3次重復(fù)。采用ANOVA對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 ICP-OES測(cè)定元素分析波長(zhǎng)選擇

實(shí)驗(yàn)中每個(gè)元素都選取2～3條特征譜線進(jìn)行掃描,由掃描圖直觀地觀測(cè)到相應(yīng)分析線的輪廓、強(qiáng)度、光譜干擾情況和穩(wěn)定性,綜合分析強(qiáng)度、干擾情況及穩(wěn)定性等因素,選擇靈敏度高、基體效應(yīng)小、譜線干擾少、精密度好的分析[17-18]。同時(shí)考慮分析譜線在儀器的干擾譜線庫(kù)中情況,確定分析線見(jiàn)表2。

表2 各元素ICP-OES的分析譜線Table 2 ICP-OES analysis spectral lines of each element

2.2 ICP-MS測(cè)定元素同位素選擇

在ICP-MS中,同質(zhì)異位素干擾是試樣中與分析離子質(zhì)量相同的其他元素的同位素引起的質(zhì)譜重疊干擾等。從元素的同位素豐度可以看出,64Zn、64Ni和50Ti、50V、50Cr就屬于此類干擾,因此選擇適合的同位素是獲得準(zhǔn)確分析結(jié)果的關(guān)鍵[19-22]。實(shí)際上,為了獲得更好檢測(cè)結(jié)果,總是要選擇靈敏度和豐度高的同位素,結(jié)合儀器本身對(duì)于離子干擾情況分析,各待測(cè)元素同位素選擇及其對(duì)應(yīng)豐度查詢?yōu)?208Pb(52.4%)、111Cd(12.8%)、52Cr(83.79%)、75As(100%)、60Ni(26.22%)、27Al(100%)。

表3 各元素回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限Table 3 Regression equations,correlation coefficients,detection limits and quantitative limits of each element

2.3 質(zhì)譜干擾校正

ICP-MS在分析過(guò)程中,分析信號(hào)會(huì)隨時(shí)間發(fā)生漂移,基體效應(yīng)明顯,被測(cè)物信號(hào)出現(xiàn)抑制或增強(qiáng)效應(yīng)等問(wèn)題,所以選擇適當(dāng)?shù)膬?nèi)標(biāo)元素,通過(guò)在線加入,用內(nèi)標(biāo)溶液來(lái)監(jiān)測(cè)信號(hào)變動(dòng)情況[23-26]。用內(nèi)標(biāo)法測(cè)定,有效地克服了儀器信號(hào)的漂移,保證了測(cè)定的準(zhǔn)確度,且內(nèi)標(biāo)元素應(yīng)在樣品中含量極低,且電離能與待測(cè)元素接近,因此本實(shí)驗(yàn)采用加入內(nèi)標(biāo)元素103Rh、72Ge、45Sc,進(jìn)行改善待測(cè)元素的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。以103Rh為內(nèi)標(biāo)對(duì)208Pb、111Cd、60Ni進(jìn)行校對(duì),以72Ge對(duì)75As進(jìn)行校對(duì),以45Sc對(duì)52Cr、27Al進(jìn)行校對(duì)。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限

各元素線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限見(jiàn)表3,由表3可知各元素峰面積與其質(zhì)量濃度呈良好線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均大于0.999,線性關(guān)系良好。各元素檢出限為10次空白試劑測(cè)定后計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差,以3倍光譜強(qiáng)度信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差與對(duì)應(yīng)斜率的比值計(jì)算各元素方法檢出限,以10倍光譜強(qiáng)度信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差與對(duì)應(yīng)斜率的比值計(jì)算各元素方法定量限,其中ICP-OES檢出限范圍在0.00850～0.10200 mg/L,ICP-MS檢出限范圍在0.00471～0.11330 mg/L;其中ICP-OES定量限范圍在0.0283～0.3400 mg/L,ICP-MS定量限范圍在0.0157～0.3777 mg/L,可以滿足樣品檢測(cè)的要求。

2.5 測(cè)試方法分析

2.5.1 方法精密度及回收率 對(duì)試樣六次測(cè)量進(jìn)行相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)計(jì)算即為方法精密度,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。各元素的RSD為0～4.1%,表示方法精密度良好。同時(shí)對(duì)試樣進(jìn)行相應(yīng)加標(biāo),計(jì)算回收率在90.4%～99.8%之間,滿足加標(biāo)回收。

表4 方法精密度和回收率(n=6)Table 4 Methodology precision and recovery rate(n=6)

表5 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)大米(GBW10045(GSB-1)) 和小麥(GBW10011(GSB-2))的測(cè)定結(jié)果Table 5 Determination results of standard reference substances rice(GBW10045(GSB-1)) and wheat(GBW10011(GSB-2))

2.5.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定 取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米(GBW10045(GSB-1))和小麥(GBW10011(GSB-2))各三份,按上述方法進(jìn)行測(cè)試多種元素的含量,結(jié)果如表5。結(jié)果顯示各元素測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi),表明該方法準(zhǔn)確可靠。

2.6 樣品測(cè)試結(jié)果分析

取奇亞籽試樣六份,按上述方法進(jìn)行測(cè)試,樣品中各元素平均含量見(jiàn)表6。奇亞籽中富含多種礦物質(zhì)元素,其中P含量最高,為6860 μg/g,P元素是維持骨的健康和鈣、磷、鎂正常代謝所需要的微量元素之一;K含量為2798 μg/g,而Na含量為13.2 μg/g,具有高K低Na的特點(diǎn),有利于高血壓人群食用;Ca含量為4085 μg/g,Ca元素作為人體含量最多的礦物質(zhì)元素,在維持人體系統(tǒng)的正常功能如分泌、骨骼等方面其中重要的作用,奇亞籽中的Ca含量非常豐富,相當(dāng)于牛奶中Ca含量的數(shù)倍,長(zhǎng)期食用能補(bǔ)充人體Ca所需含量。Mg含量為2515 μg/g,Mg是人體必需的微量元素之一,對(duì)心臟血管具有重要的保護(hù)作用[27-28]。Fe、Zn、Al、Mn、Cu、Na、B含量(由高到低)在5～100 μg/g。與徐娟等[29]對(duì)八種谷類食品(糯米、大米、玉米、小米、黑米、高粱米、小麥和薏仁米)礦物質(zhì)的比較,在常量元素方面,奇亞籽的Ca含量最高,是其中最高的小麥含量1625 μg/g的2.5倍;在微量元素方面,奇亞籽中Cu含量(21.9 μg/g)比八種谷物Cu含量(1.40～16.36 μg/g)都高。在奇亞籽重金屬元素方面Ni、Pb、Cr、Cd重金屬均有檢出,其中Pb含量符合食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2017中Pb元素限量0.2 mg/kg的標(biāo)準(zhǔn);Ni檢出值為1.78μg/g,Cr檢出值為0.19 μg/g,雖暫未有對(duì)其兩種重金屬元素做出限量要求,但可作為產(chǎn)品質(zhì)量要求的控制方式;As未能檢出。

表6 試樣測(cè)定結(jié)果 Table 6 Test results of samples

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)建立了微波消解結(jié)合ICP-OES/ICP-MS法測(cè)定奇亞籽中多種元素的檢測(cè)方法,其中采用微波消解具有速度快,試劑用量少,消解完全,回收率好,且用ICP-OES/ICP-MS測(cè)定方法準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單、快捷,結(jié)果準(zhǔn)確度高,適用于奇亞籽中多種元素的同時(shí)測(cè)定。檢測(cè)結(jié)果顯示奇亞籽中含有豐富的礦物質(zhì)元素,其中P、K、Ca、Mg元素含量較高,奇亞籽中含有豐富的Ca,含量是一般谷物類物質(zhì)數(shù)倍,微量元素Cu也比一般谷物類高。同時(shí)重金屬危害元素Pb、Cd、As、Cr、Ni含量低,Pb含量符合食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2017的要求。綜上所述,奇亞籽其豐富的礦物質(zhì)元素含量有利于其進(jìn)一步開發(fā)利用。建立的微波消解結(jié)合ICP-OES/ICP-MS法檢測(cè)多元素具有高效、準(zhǔn)確性,為奇亞籽的質(zhì)量控制及檢驗(yàn)提供參考依據(jù)。