嬰幼兒配方乳粉中鉬含量測定的方法探討

王丁林, 李清清

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院國家食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（上海）, 上海 200233）

0 引言

鉬是人體所必須的微量元素, 在人體防止齲齒, 促進(jìn)鐵的新陳代謝, 預(yù)防貧血和癌癥等方面具有重要作用。人體各種組織都含鉬, 肝腎和腦中含量最高, 它是多種酶的重要成分, 鉬缺乏會(huì)導(dǎo)致齲齒、腎結(jié)石、克山病、大骨節(jié)病、食道癌等, 鉬攝入過高會(huì)出現(xiàn)代謝障礙、心肌缺氧、引發(fā)結(jié)石等[1-2]。而人體都是通過食物來獲得鉬, 因此, 食品中鉬的含量直接影響機(jī)體健康。

目前鉬檢測方法研究較多的領(lǐng)域?yàn)橥寥馈⒌氐V、環(huán)境等, 主要有電感耦合等離子體質(zhì)譜法[3-5]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[6-9]、石墨爐原子吸收光譜法[10-12]、分光光度法[13-14]等, 由于食品領(lǐng)域中鉬含量相對較低, 需要儀器的靈敏度較高, 所以主要檢測方法為電感耦合等離子體質(zhì)譜法和石墨爐原子吸收光譜法。本研究以嬰幼兒的主要食物來源-嬰幼兒配方乳粉為基質(zhì), 對其鉬測定的石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行比較, 探討兩種方法關(guān)鍵技術(shù)條件的影響和基質(zhì)適用性, 對兩種方法的檢測數(shù)據(jù)差異進(jìn)行討論, 為嬰幼兒配方乳粉鉬的測定提供技術(shù)依據(jù), 并對不同階段嬰幼兒配方乳粉中鉬的含量進(jìn)行測定, 為嬰幼兒配方乳粉營養(yǎng)成分的分析評價(jià)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

幼兒配方乳粉（1段）、嬰幼兒配方乳粉（2段）、嬰幼兒配方乳粉（3段）、質(zhì)控乳粉（NIST 1849a）。

微波消解儀, 美國CEM公司；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀NexION 300D, 珀金埃爾默儀器有限公司；石墨爐原子吸收光譜儀AA900Z, 珀金埃爾默儀器有限公司；Miletone酸純化系統(tǒng), 意大利Miletone公司；精控電熱爐, 上海博通化學(xué)科技有限公司。

鉬單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液, GSB 04-1737-2004, 國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸（優(yōu)級純）, 國藥試劑；氯化鈣（優(yōu)級純）, 國藥試劑；超純水（電阻率≥18.2MΩ·cm）, 美國Millipore公司；ICP-MS調(diào)諧溶液（1μg/L, Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U）, 珀金埃爾默儀器有限公司

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 石墨爐原子吸收光譜法

（1）樣品前處理。

樣品經(jīng)攪拌均勻后, 分別稱取嬰幼兒配方乳粉（1段、2段、3段）、質(zhì)控乳粉0.5 g(精確至0.001 g)置于微波消解管中, 加入5 mL經(jīng)純化的硝酸, 放在電爐上100℃預(yù)熱40 min, 后放入微波消解儀中, 微波升溫程序見表1, 消解后冷卻取出, 置于電熱爐上170℃將酸液揮發(fā)至1 mL左右, 冷卻, 用純水轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中, 定容, 備用。同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

表1 微波消解升溫程序

（2）石墨爐原子吸收光譜法儀器測試條件。

燈電流25 mA, 進(jìn)樣量20μL, 干燥條件：110℃, 升溫5 s、保持30 s, 180℃, 升溫10 s、保持20 s；灰化條件：1 000℃、升溫5 s, 保持30 s；原子化條件2 450℃, 升溫2 s、保持6 s；清洗條件：2 550℃?；w改進(jìn)劑：0.15%氯化鈣。

標(biāo)準(zhǔn)溶液梯度濃度：1、5、10、15、20μg/L。

（3）電感耦合等離子體質(zhì)譜法儀器測試條件。

載氣為高純氬氣；等離子體氣流量15.0 L/min；載氣流速0.80 L/min；輔助氣0.70 L/min；碰撞氣流量2.0 L/min, 采樣深度4.5 mm；入射功率1400 W；檢測質(zhì)量數(shù)m/z=98(Mo), 內(nèi)標(biāo)元素銠m/z=103(Rh)。

標(biāo)準(zhǔn)溶液梯度濃度：2、4、6、8、10μg/L。

（4）樣品測定和加標(biāo)試驗(yàn)。

嬰幼兒配方乳粉（1段、2段、3段）及質(zhì)控乳粉（鉬元素特性值區(qū)間1.707±0.040 mg/kg）微波消解后, 對消解液進(jìn)行測定, 每個(gè)樣品測定6組平行數(shù)據(jù)。以6次平行測定結(jié)果的平均值為參考, 對嬰幼兒配方乳粉進(jìn)行三水平加標(biāo), 每個(gè)加標(biāo)測定3組平行數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 結(jié)果

2.1.1 石墨爐原子吸收光譜法測定結(jié)果

3種嬰幼兒配方乳粉及質(zhì)控乳粉測定結(jié)果見表2, 3種嬰幼兒配方乳粉加標(biāo)測定結(jié)果見表3。

表2 石墨爐原子吸收光譜法嬰幼兒配方乳粉及質(zhì)控乳粉測定結(jié)果 （n=6）

表3 石墨爐原子吸收光譜法嬰幼兒配方乳粉加標(biāo)回收結(jié)果 （n=3）

2.1.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定結(jié)果

3種嬰幼兒配方乳粉及質(zhì)控乳粉測定結(jié)果見表4, 3種嬰幼兒配方乳粉加標(biāo)測定結(jié)果見表5。

表4 電感耦合等離子體質(zhì)譜法嬰幼兒配方乳粉及質(zhì)控乳粉測定結(jié)果 （n=6）

表5 電感耦合等離子體質(zhì)譜法嬰幼兒配方乳粉加標(biāo)回收結(jié)果 （n=3）

2.2 討論

2.2.1 前處理?xiàng)l件的影響

以嬰幼兒配方乳粉（1段）為基質(zhì), 考察前處理?xiàng)l件的適應(yīng)性。試驗(yàn)分別考察185℃、20 min；185℃、30 min；190℃、20 min；190℃、30 min；195℃、20 min 5種不同消解條件對結(jié)果的影響。

實(shí)驗(yàn)表明, 在185℃消解條件下, 即便消解時(shí)間在30 min, 其消解液仍然不是很澄清, 成輕微渾濁狀, 分析是由于嬰配乳粉蛋白含量和脂肪含量較大, 對消解的能力要求較高, 而隨著消解條件的增強(qiáng), 消解液逐漸澄清。經(jīng)石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測, 兩種檢測方法5種消解條件的檢測結(jié)果差異不大, 但渾濁狀樣品對檢測精度有影響, 渾濁樣品在溶液中懸浮著一些未完全消解掉的油粒, 對于石墨爐原子吸收光譜法, 會(huì)影響其在干燥和灰化階段的穩(wěn)定性, 進(jìn)而影響其原子化階段的檢測精度, 對于電感耦合等離子體質(zhì)譜法, 懸浮的油粒會(huì)在霧化階段干擾溶液霧化均勻性, 而影響檢測精度, 長時(shí)間檢測還會(huì)產(chǎn)生油粒淤積在霧化器中, 影響檢測靈敏度。在選擇消解條件時(shí), 一方面要考慮測定結(jié)果的準(zhǔn)確性, 另一方面要考慮實(shí)驗(yàn)效率和微波消解儀的損耗, 綜合考慮選擇190℃, 30 min為消解條件。

2.2.2 石墨爐原子吸收光譜法的影響因素

（1）進(jìn)樣體積的影響。

原子吸收光譜法進(jìn)樣體積主要考慮幾個(gè)因素：①進(jìn)樣的穩(wěn)定性；②元素的靈敏度水平；③干燥階段的效率和穩(wěn)定性。經(jīng)查閱儀器參數(shù), 鉬元素原子吸收特征質(zhì)量為12 pg/0.0044 A-s, 故考察20μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣體積在10、15、20、25μL時(shí)吸光值, 結(jié)果見表6?？紤]到后續(xù)要加入基體改進(jìn)劑, 進(jìn)樣體積增大也會(huì)帶來后續(xù)干燥時(shí)間增加, 在進(jìn)樣量為20μL時(shí), 吸光值可以滿足測定需求, 故確定進(jìn)樣體積為20μL。

表6 不同進(jìn)樣體積對應(yīng)的吸光值

（2）升溫條件的影響。

干燥條件：干燥階段是將注入石墨管內(nèi)的試樣溶液蒸發(fā), 去除溶劑, 留下干燥的固體試樣, 以免其在灰化和原子化階段飛濺, 干燥效果是否穩(wěn)定會(huì)影響檢測的重復(fù)性結(jié)果。由于嬰配乳粉基質(zhì)比較復(fù)雜, 干燥階段采用兩步干燥法進(jìn)行, 以保證樣品充分干燥固定在石墨管中。實(shí)驗(yàn)表明, 如干燥時(shí)間整體＜50 s時(shí), 樣品出峰重現(xiàn)性不好, 分析是在干燥階段沒有固定完全而影響灰化效果。第一步干燥：升溫至110℃、升溫時(shí)間5 s、保持30 s, 第二步干燥升溫至180℃、升溫時(shí)間10 s、保持20 s的條件下, 試樣檢測結(jié)果精密度高, 峰形重合性好。

灰化條件：灰化階段主要是根據(jù)分析元素與試樣基體組分的物理化學(xué)性質(zhì), 除去試樣的基體組分, 降低分子吸收及光散射對待測元素的影響, 合適的干燥溫度會(huì)使基體中的成分盡量除去, 而不使待測元素散失。由于鉬是高溫元素, 考察灰化溫度800～1 500℃對檢測影響, 不同灰化條件的結(jié)果見表7。當(dāng)灰化溫度在1 300～1 500℃時(shí), 進(jìn)樣讀數(shù)不穩(wěn)定, 同時(shí)樣品的檢測結(jié)果也會(huì)偏低, 溫度降低至1 000℃時(shí), 結(jié)果較穩(wěn)定；同時(shí)對保持時(shí)間10、20、30、40 s進(jìn)行梯度考察, 實(shí)驗(yàn)表明, 隨著灰化時(shí)間的增加, 背景干擾逐漸降低, 灰化時(shí)間在30 s以上時(shí), 背景響應(yīng)值基本穩(wěn)定；灰化階段在1 000℃保持30 s的條件下進(jìn)樣重復(fù)性RSD＜5 %, 且質(zhì)控樣品檢測結(jié)果也在中位值附近, 故確定1 000℃保持30 s為灰化條件。

表7 干燥條件對檢測結(jié)果的影響 mg/kg

原子化條件：原子化階段主要是根據(jù)待測元素的性質(zhì), 選擇合適的溫度將樣品中的待測元素以自由原子的形式瞬時(shí)釋放出來。由于鉬是高溫元素, 故考察2 200～2 550℃鉬的原子化效率。隨著溫度的升高, 鉬的原子化效率增大, 吸光值增大, 考慮石墨管的最高承溫能力, 以及儀器的最高使用溫度和清洗溫度, 確定原子化溫度為2 450℃, 為避免高溫元素拖尾效應(yīng), 原子化時(shí)間較常溫元素稍長, 設(shè)置為6 s。

（3）基體改進(jìn)劑的影響。

根據(jù)元素和基質(zhì)的性質(zhì), 考察不同基體改進(jìn)劑2 %磷酸二氫銨、0.05 %硝酸鈀、0.5 %硝酸鎂和1 %磷酸二氫銨混合基體改進(jìn)劑、0.02 %硝酸鈀和0.5 %硝酸鎂混合基體改進(jìn)劑、0.15%氯化鈣對樣品檢測影響, 在無基體改進(jìn)劑和加入基體改進(jìn)劑時(shí)樣品檢測結(jié)果見表8。在不加入基體改進(jìn)劑時(shí), 樣品峰形扁而寬, 檢測結(jié)果偏低, 加入磷酸二氫銨以及與硝酸鎂混合基改后, 樣品峰形有所改善, 但峰形仍較寬且背景偏大, 結(jié)果偏低, 精密度差；加入硝酸鈀以及與硝酸鎂混合基改后, 峰形改善明顯, 精密度有所提高, 但結(jié)果仍偏低；用0.15%氯化鈣可以使樣品峰形更接近標(biāo)準(zhǔn)品峰形, 樣品吸光值提高10%～20%, 樣品檢測重復(fù)性好, 故采用0.15%氯化鈣作為基體改進(jìn)劑。

表8 基體改進(jìn)劑對檢測結(jié)果的影響結(jié)果 mg/kg

2.2.3 電感耦合等離子體質(zhì)譜法的影響因素

（1）質(zhì)量數(shù)選擇。

鉬有7個(gè)同位素,其中m/z 95、96、98 3個(gè)同位素豐度比較大, 而這3個(gè)同位素都會(huì)有多原子離子干擾, m/z 95干擾主要為40Ar+55Mn, m/z 96干擾主要為40Ar+56Fe, m/z 98干擾主要為40Ar+58Ni, 錳和鐵在嬰幼兒配方乳粉中是強(qiáng)化礦物質(zhì)元素, 在基質(zhì)中的含量較高, 檢測結(jié)果表明, 采用m/z 95和m/z 96質(zhì)量數(shù)比采用m/z 98質(zhì)量數(shù)檢測結(jié)果高2%～5%, 綜合考慮各質(zhì)量數(shù)的豐度比及檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性穩(wěn)定性, 選擇m/z 98為檢測質(zhì)量數(shù)。

（2）質(zhì)譜檢測條件的影響。

分析前, 用1.0μg/L(Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U)調(diào)諧液對質(zhì)譜儀進(jìn)行調(diào)諧, 使氧化物CeO+/Ce+低于0.025%,雙電荷Ce2+/Ce+低于0.03%,高、中、低質(zhì)量數(shù)的響應(yīng)值均達(dá)到儀器調(diào)諧要求。由于嬰配乳粉基質(zhì)中元素較復(fù)雜, 需要使用碰撞反應(yīng)模式來消除基質(zhì)中的多原子離子干擾, 試驗(yàn)比較了1.0、2.0、3.0 L/min碰撞氣對測定效果的影響。m/z 98的質(zhì)量豐度是24.1%, 響應(yīng)值相對較小, 如碰撞氣過大流量會(huì)使靈敏度過低, 重現(xiàn)性、穩(wěn)定性差, 而碰撞氣流量小、消除干擾能力弱, 綜合考慮靈敏度和穩(wěn)定性等方面的影響, 選擇2.0 L/min作為碰撞氣流量。

2.2.4 兩種測定方法比較

由結(jié)果可看出, 石墨爐原子吸收光譜法的檢測精密度在2.53%～3.45%, 回收率在88.0%～104%, 電感耦合等離子體質(zhì)譜法的檢測精密度在2.28%～3.87%, 回收率在94.0%～108%, 在兩種檢測方法的加標(biāo)回收率和精密度都可達(dá)到GB/T 27404-2008《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測》[15]分析要求。從樣品檢測結(jié)果看, 電耦合等離子體質(zhì)譜法的測定結(jié)果較原子吸收光譜法的測定結(jié)果高5%～10%, 對此現(xiàn)象分析原因, 一方面由于電感耦合等離子體質(zhì)譜法受多原子離子效應(yīng)和碳鏈增益效應(yīng)的共同影響, 多原子離子的干擾主要有40Ar+58Ni、16O+82Se等對同質(zhì)量數(shù)的鉬元素產(chǎn)生的正干擾, 碳鏈增益效應(yīng)是由于嬰配乳粉基質(zhì)有機(jī)物含量大, 在消解過程中殘留的碳鏈會(huì)對檢測產(chǎn)生增益效應(yīng), 這種增益效應(yīng)已在近年的質(zhì)譜研究中被多次報(bào)道[16-18], 同時(shí)鉬元素幾個(gè)豐度比較大的質(zhì)量數(shù)響應(yīng)值也相對較小, 增益效應(yīng)對結(jié)果產(chǎn)生的影響相對明顯；另一方面原因是原子吸收光譜法的原子化效率和基質(zhì)干擾, 由于鉬是高溫元素, 其在原子化階段需要很高的溫度來使元素原子化, 但由于儀器和石墨管都有一定的承受溫度, 所以其原子化效率會(huì)受一定影響, 同時(shí), 由于嬰配乳粉基質(zhì)中的鉀、鈣、鈉、鎂等礦物質(zhì)含量很高, 雖然使用基體改進(jìn)劑會(huì)去掉大部分干擾, 但高鹽基質(zhì)在石墨管中共存檢測, 還是會(huì)在一定程度上抑制鉬的原子化效率和靈敏度, 從而使結(jié)果偏低一些。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)采用石墨爐原子吸收光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜儀對嬰幼兒配方乳粉中鉬含量進(jìn)行檢測, 對兩種方法的檢測條件和檢測結(jié)果進(jìn)行對比和探討。影響石墨爐原子吸收光譜法的實(shí)驗(yàn)條件主要有程序升溫條件和基體改進(jìn)劑的使用, 影響電感耦合等離子體質(zhì)譜法的實(shí)驗(yàn)條件主要有質(zhì)量數(shù)的選擇和質(zhì)譜條件參數(shù)以及氣流量的設(shè)置。電耦合等離子體質(zhì)譜法的測定結(jié)果比原子吸收光譜法的測定結(jié)果稍高, 兩種方法在方法學(xué)上均滿足嬰幼兒配方乳粉中鉬含量的檢測需求。