電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定奶牛飼料中多種微量元素的含量

寧月蓮，張 麗，劉麗君，李翠枝，胡文慧*，趙 靜

（內(nèi)蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010110）

微量元素是動物機體的重要結(jié)構(gòu)和功能成分[1]，其含量雖然較低，但在動物生長發(fā)育、新陳代謝、疾病預(yù)防[2-4]和改善飼料利用率方面起到非常重要的作用。有些微量元素本身就是結(jié)構(gòu)成分，如鐵是血紅蛋白和肌紅蛋白的組成成分[5]。大多數(shù)微量元素是體內(nèi)重要酶的輔基或結(jié)構(gòu)成分[6]，參與催化體內(nèi)多種新陳代謝過程，缺乏這些微量元素會導(dǎo)致正常的新陳代謝受到影響[7-8]，進(jìn)而導(dǎo)致動物的疾病和死亡[9]。鉻（Cr）是動物生長過程中的必需元素，但攝入過量會對組織器官產(chǎn)生毒性。Cr在動物體內(nèi)以Cr3+和Cr6+形式存在，Cr3+可協(xié)助胰島素發(fā)揮作用，為糖和膽固醇代謝所必需，但Cr6+對動物有毒害作用，可沉淀核酸、核蛋白，干擾酶系統(tǒng)等[10-11]。富鋁飼料中的鋁抑制骨骼鈣化，可能是由于形成了磷酸鋁，降低了日糧中有效磷的利用率[12]。攝入過量鋁不一定造成骨鋁蓄積，但可出現(xiàn)骨病及其他鋁危害[13]。磷在動物的生長過程中具有十分重要的作用[14]，它是遺傳物質(zhì)核酸的重要組分，也是能量傳遞關(guān)鍵物質(zhì)三磷酸腺苷的重要成分，磷還是多種酶及生物膜磷脂的組分，是構(gòu)成骨骼和牙齒的重要成分。銅[15]、鐵、錳、鋅[16-18]等微量元素攝入不足或過量均會對畜禽健康及生產(chǎn)性能造成影響，進(jìn)而影響人體健康[19]，因此對各種奶牛預(yù)混合飼料和粗飼料中微量元素的含量進(jìn)行準(zhǔn)確測定和分析尤為重要。

隨著科技的進(jìn)步，越來越多的科研工作者采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（inductively coupled plasma emission spectrometry，ICP-OES）法[20]進(jìn)行多種元素的同時檢測，其具有檢出限低、準(zhǔn)確度高、分析速度快等優(yōu)點[21-23]，并在食品領(lǐng)域里廣泛應(yīng)用。現(xiàn)在關(guān)于奶牛預(yù)混合飼料和粗飼料中元素的檢測研究很少，現(xiàn)有GB/T 13885—2017《飼料中鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鈉和鋅含量的測定 原子吸收光譜法》[24]中只采用原子吸收光譜法對飼料中的微量元素進(jìn)行測定，而未采用ICP-OES法，且分析的元素種類較少。本研究擬采用ICP-OES對奶牛預(yù)混合飼料和粗飼料中的12 種微量元素進(jìn)行分析，除了對奶牛預(yù)混合飼料和粗飼料中常見的鉀（K）、鈣（Ca）、鈉（Na）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）幾種元素進(jìn)行分析，還對奶牛預(yù)混合飼料和粗飼料中不常見的鍶（Sr）、磷（P）、鋁（Al）、鉻（Cr）4 種元素進(jìn)行分析，增加了方法應(yīng)用的實用性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

奶牛預(yù)混合飼料和粗飼料均來源于某飼料公司。

K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、P、Sr、Al、Cr標(biāo)準(zhǔn)儲備液（1 000 mg/L） 美國O2si公司；硝酸（純度67%～70%，痕量級） 加拿大CNW公司；實驗用水為超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm）。

1.2 儀器與設(shè)備

6300 ICP-OES儀 美國熱電公司；MARS 6微波消解儀 美國CEM公司；AL-204電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；BHW-09A24S趕酸儀 上海博通化學(xué)科技有限公司；Milli-Q超純水系統(tǒng) 美國密理博公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

準(zhǔn)確稱取0.200 0 g樣品，放入微波消解罐內(nèi)，加入10 mL硝酸，放置15～20 min后放入消解儀內(nèi)，微波消解儀消解程序見表1。消解結(jié)束后冷卻至室溫，打開消解罐，用超純水轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，定容，混勻待測，同時做試劑空白，即在不加試樣的情況下，按同樣的儀器條件和分析方法對所用試劑進(jìn)行分析。

表 1 微波消解儀消解程序Table 1 Microwave digestion procedure

1.3.2 儀器工作條件

射頻功率1 150 W，霧化器流速0.65 L/min，輔助氣流速0.5 L/min，蠕動泵轉(zhuǎn)速50 r/min。

1.3.3 混合標(biāo)準(zhǔn)工作液配制

將K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、P、Sr、Al、Cr單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中間液，逐級稀釋得到各元素組成及質(zhì)量濃度不同的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液。各混合標(biāo)準(zhǔn)工作液元素組成及各元素系列質(zhì)量濃度如表2所示。

表 2 混合標(biāo)準(zhǔn)工作液元素組成及各元素質(zhì)量濃度Table 2 Composition and concentration of mixed standard working solutions

1.4 結(jié)果計算

采用上述儀器工作條件進(jìn)行測定，測定結(jié)果按下式計算。

式中：X為試樣中被測元素的含量/（mg/kg）；ρ為樣液中被測元素的質(zhì)量濃度/（μg/mL）；ρ0為空白溶液中被測元素的質(zhì)量濃度/（μg/mL）；V為試樣定容的總體積/mL；n為試樣溶液稀釋倍數(shù)；m為試樣的質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 分析譜線波長的選擇

根據(jù)飼料樣品溶液的特點以及ICP-OES所檢測元素譜線的靈敏度，選擇靈敏度高、干擾小、重復(fù)性好、線性好的譜線作為分析譜線。本研究選擇的待測元素分析譜線波長分別為：K 766.490 nm、Ca 315.887 nm、Na 589.592 nm、Mg 279.553 nm、Fe 239.562/259.940 nm、Zn 206.200/213.856 nm、Cu 324.754 nm、Mn 257.610/259.373 nm、P 213.618 nm、Sr 407.771/421.552 nm、Al 396.152 nm、Cr 267.716 nm。

2.2 方法學(xué)參數(shù)測定結(jié)果

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線與方法檢出限

表 3 各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線、相關(guān)系數(shù)和檢出限Table 3 Calibration curves, correlation coefficients and detection limits of 12 trace elements

2.2.2 預(yù)混合飼料和粗飼料中各元素的測定結(jié)果和精密度

由表4～5可知：預(yù)混合飼料和粗飼料中的K、Ca、Na、Mg、P 5 種元素的含量均較高；粗飼料中，除Fe、Sr、Cr、Al 4 種元素含量高于預(yù)混合飼料，其他8 種元素的含量均低于預(yù)混合飼料。

表 4 預(yù)混合飼料中各元素的檢測結(jié)果Table 4 Summary of analytical results obtained for the determination of 12 trace elements in premixed feed

表 5 粗飼料中各元素的檢測結(jié)果Table 5 Summary of analytical results obtained for the determination of 12 trace elements in crude feed

2.2.3 方法的準(zhǔn)確度

表 6 粗飼料樣品的加標(biāo)回收率測定結(jié)果Table 6 Recoveries of spiked crude feed samples

續(xù)表6

表 7 預(yù)混合飼料樣品的加標(biāo)回收率測定結(jié)果Table 7 Recoveries of spiked pre-mixed feed samples

為確認(rèn)方法的準(zhǔn)確性，對粗飼料和預(yù)混合飼料樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率實驗。由于預(yù)混合飼料樣品中K、Ca、Na、Mg本底含量較高，加標(biāo)回收測定結(jié)果誤差較大，因此采用有值樣品進(jìn)行準(zhǔn)確度評價。由表6～7可知：粗飼料和預(yù)混合飼料樣品回收率測定結(jié)果為90.0%～106.9%；同時加標(biāo)樣品連續(xù)測定6 次的結(jié)果變異系數(shù)為0.76%～6.14%，滿足GB/T 27404—2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測》的要求。

為進(jìn)一步確定方法的準(zhǔn)確度，以參加過中國檢驗檢疫科學(xué)研究院測試評價中心能力驗證平臺ACAS-PT470（2017）《飼料中鈣、銅、鐵、鎂含量的測定能力驗證》和ACAS-PT471（2017）《飼料中錳、鉀、鈉、鋅含量的測定能力驗證》的樣品作為實驗對象，進(jìn)行準(zhǔn)確度實驗。以評定報告中|Z|≤2.0為滿意結(jié)果作為評定依據(jù)。

表 8 2 批能力驗證樣品的檢測結(jié)果和樣品指定值Table 8 Method validation using two batches of samples in comparison with specified values

由表8可知，采用本方法分析飼料中微量元素的結(jié)果準(zhǔn)確度比較高。

3 結(jié) 論

采用微波消解技術(shù)對奶牛預(yù)混合飼料和粗飼料樣品進(jìn)行前處理，采用ICP-OES對多種元素進(jìn)行同時測定。結(jié)果表明：樣品6 次平行測定結(jié)果的變異系數(shù)為0.69%～8.70%，加標(biāo)回收率為90.0%～106.9%；方法的檢出限低、靈敏度高、準(zhǔn)確性好，可以實現(xiàn)多種元素的同時測定；在常檢元素的基礎(chǔ)上拓展了Sr、Al、Cr 3 種元素的含量分析，使元素檢測項目擴大到12 項，大大提高了工作效率。