微波消解-電感耦合等離子體質譜法同時測定椴樹蜂蜜中23種元素

金鈴和,陳　輝,范春林,*,王明林,*

(1.山東農業大學食品科學與工程學院,山東泰安 271018;2.中國檢驗檢疫科學研究院,北京 100123)

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微波消解-電感耦合等離子體質譜法同時測定椴樹蜂蜜中23種元素

金鈴和1,陳輝2,范春林2,*,王明林1,*

(1.山東農業大學食品科學與工程學院,山東泰安 271018;2.中國檢驗檢疫科學研究院,北京 100123)

椴樹蜂蜜是我國東北地區特色蜜種,為了解椴樹蜂蜜中元素含量分布,本文建立了微波消解-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)同時測定椴樹蜂蜜中B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb和U等23種元素的分析方法。結果表明,該方法加標回收率(n=6)在86.5%～109.8%之間,選擇國家標準物質菠菜(GBW10015)和茶葉(GBW10016)驗證方法的可靠性,待測元素測定值基本在標準值允許范圍內,日內相對標準偏差(n=3)在0.3%～8.7%之間,日間相對標準偏差(n=5)在1.2%～10.4%之間。應用該方法測定了吉林省不同采樣點的10個椴樹蜂蜜,結果發現K的含量最高,As,Cd和Pb含量均符合蜂蜜中相關限量標準要求。根據測定結果,建立了吉林省椴樹蜂蜜中元素指紋圖譜,發現不同產地的10個椴樹蜂蜜樣品中元素分布具有共同特征,可為椴樹蜂蜜蜜種鑒別提供判別依據。

椴樹蜂蜜,電感耦合等離子體質譜(ICP-MS),多元素分析,微波消解

椴樹蜂蜜主要以紫椴(Tilia amurensis)和糠椴(Tilia mandschurica)為蜜源植物,具有濃郁的芳香氣味,易結晶,且晶體潔白細膩,又被稱為雪蜜,是我國東北特有蜜種。與其它蜂蜜相比,椴樹蜂蜜富含葡萄糖、果糖、維生素和氨基酸等營養成分,具有較高的營養價值,深受消費者喜愛,是我國主要出口蜜種之一。

近幾年,國內外研究者針對椴樹蜂蜜開展了大量相關研究。叢海迪等[1]測定了椴樹蜂蜜中總酚酸和總黃酮含量,并研究了椴樹蜂蜜對DPPH自由基的消除作用;裴高璞等[2]采用頂空固相微萃取-氣質聯用技術分析研究了油菜蜂蜜,洋槐蜂蜜和椴樹蜂蜜中香氣成分的差異,結果表明,椴樹蜂蜜中具有特有的香氣成分物質;國外科研人員也針對椴樹蜂蜜進行了類似研究[3-6]。蜂蜜中含有大量對人體健康有益的微量元素[7],但有些元素含量過量時也會對人類身體健康產生一定影響[8],而鉛和鎘等重金屬元素則會對人體健康構成更大威脅。因此,研究我國特色蜂蜜椴樹蜂蜜中各種微量元素的含量是十分有必要的。但有關椴樹蜂蜜中微量元素的研究相對較少,Ajtony等[9]利用石墨爐原子吸收光譜測定了洋槐蜂蜜、油菜蜂蜜和椴樹蜂蜜中砷、鎘、鉻、銅和鉛5種微量元素含量;孫建民等[10]采用原子吸收法測定了洋槐蜂蜜、東北黑蜂蜜和椴樹蜂蜜中鉀、鈉、鎂、鐵、鈣、銅、鋅和錳8種元素的含量。

本文應用微波消解-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)建立了同時測定椴樹蜂蜜中B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb和U等23種元素的分析方法。應用該方法測定了吉林省不同采樣點10個椴樹蜂蜜中上述23種元素,建立了吉林省椴樹蜂蜜的元素指紋圖譜。方法為評價椴樹蜂蜜的品質研究提供數據支持和理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

10個椴樹蜂蜜樣品均于2014年8月,在吉林省安圖縣10個不同養蜂現場的蜂農處采集,保證了蜂蜜來源的真實性。

標準儲備液:Agilent,Part # 5183-4688,混合標準溶液(5% HNO3介質),內含K,Ca,As,Cu,Pb等元素;P單元素標準溶液(介質為H2O);B,Ga,Rb和Sr單元素標準溶液(國家標準物質研究中心),Ga,Rb和Sr為一組,臨用前配制成混標。內標溶液:100 mg·L-1含Sc,Ge,In等元素的混合標準儲備液(Agilent,Part # 5188-6525),用5% HNO3稀釋為1 mg·L-1;調諧液:10 μg·L-1含Ce,Co,Li,Tl,Y元素的混合標準溶液(Agilent,Part# 5184-3566)稀釋為1 μg·L-1,介質為5%HNO3。標準物質:國家標準參考物質菠菜(GBW10015)和茶葉(GBW10016)。

MOS級濃硝酸(HNO3)和雙氧水(H2O2)均購自北京化學試劑廠;超純水(18.2 MΩ)由Milli-Q超純水系統(美國Millipore公司)制得,用于稀釋配制所有標準溶液和樣品溶液。

電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)美國Agilent 7700x型;微波消解系統美國CEM公司MARS 6型。

1.2實驗方法

1.2.1樣品消解取10～15 g蜂蜜樣品于15 mL離心管中,在45 ℃的水浴中超聲處理30 min,直到蜂蜜樣品呈清澈液態。準確稱取1 g(精確到0.001 g)蜂蜜樣品于酸煮洗凈的中壓消解罐中,加入5 mL HNO3和3 mL H2O2,旋緊頂蓋放入微波消解儀內,按照表1所列的消解程序進行微波消解。消解完畢后,待樣品冷卻至室溫,打開消解罐,將消解液轉移至50 mL離心管中,并用10 mL去離子水洗滌消解罐及蓋子3次,合并洗液至離心管中,定容至刻度,混勻,待測分析。每次消解過程中均同時制備空白試樣和標準物質試樣。

表1　微波消解程序

1.2.2儀器分析條件用調諧液調試儀器,工作參數由儀器全自動調諧優化給出,使儀器的靈敏度和分辨率達到最佳狀態,滿足儀器的測定要求,具體儀器參數見表2。

表2　ICP-MS工作參數

注:內標加入方式為在線內標加入。

1.2.3標準溶液的配制用含5%硝酸(v/v)溶液和超純水分別稀釋標準儲備液,配制成一系列濃度的標準工作溶液。

2　結果與討論

2.1方法學考察

2.1.1線性關系ICP-MS的動態線性范圍廣,可達到4～5個數量級。本實驗在優化的儀器條件下采集系列待測元素標準溶液,由儀器自動繪制標準曲線和確定線性相關系數,表3中結果表明,各元素在相應的線性范圍內,相關系數R在0.9990～1.0000之間,線性關系良好。

2.1.2方法檢出限和定量限按照IUPAC規定,10個獨立樣品空白溶液中各元素測量值標準偏差的3倍所對應的濃度為檢出限,10倍的標準偏差相應的濃度為定量限,由表3結果得出,該方法的檢出限范圍為0.02 μg·kg-1～0.3 mg·kg-1,定量限在0.1 μg·kg-1～1.0 mg·kg-1之間。

表3　分析方法相關參數測定結果

續表

注:*單位為mg·kg-1;未標*單位為 μg·kg-1;LOQ 為定量限。

2.1.3加標回收率實驗本文采用加標回收率實驗對方法的準確度進行評價。準確稱取椴樹蜂蜜樣品,分別添加低、中、高三個水平的元素標準溶液,置于微波消解罐中,按照上述方法進行樣品處理,平行測定6次,回收率范圍為86.5%～109.8%(見表3),表明該方法測定椴樹蜂蜜中的23種元素具有較高的準確性。

2.1.4標準物質分析按照建立的實驗方法測定了國家標準物質菠菜(GBW10015)和茶葉(GBW10016)中23種待測元素含量,通過對比給定值與測定值的差異,對方法進行考察,測定值基本在標準值允許范圍內,測定結果列于表4。

2.1.5重復性和重現性實驗同一標準物質每天平行測定3次,通過計算測定結果的相對標準偏差(RSD)對方法的重復性進行評價;連續測定5天,根據測定結果的相對標準偏差評價方法的重現性。表4中結果顯示,重復性RSD在0.3%～8.7%之間,重現性RSD范圍為1.2%～10.4%,表明本實驗建立的方法是準確、可靠的。

表4　標準物質和精密度測定結果

注:Cd的標準物質為GBW10016,其它元素均為GBW10015;*:單位為mg·kg-1;未標*:單位為μg·kg-1;-:未給出標準值;mean:平均值;U:擴展不確定度;SD:標準偏差。

表5　吉林省椴樹蜂蜜樣品中23種元素測定結果

注:上述結果均以 mean±SD 表示;*:單位為mg·kg-1;未標*:單位為μg·kg-1;LOQ:定量限。

2.2實際樣品測定

應用本文建立的多元素分析方法,對吉林省10個采樣點采集的椴樹蜂蜜進行了測定(結果見表5)。椴樹蜂蜜中濃度較高的是B,K,Ca,Na,Mg,P,Fe和Rb等8種元素,除Fe(0.8 mg·kg-1)外,其他7種元素的平均含量均高于1 mg·kg-1。K的含量最高,所有樣品中平均含量為1398.4 mg·kg-1,除了6號和8號椴樹蜂蜜中K的含量較低,分別為1022.5和925.2 mg·kg-1外,其他樣品中K的含量在1271.5～1669.9 mg·kg-1之間,這與文獻[10]報道的椴樹蜂蜜中富含鉀元素的結論一致。其次是Ca和P元素,平均含量分別為52.4和20.2 mg·kg-1,Ca在不同樣品中含量差異較小,P在樣品中含量分布與K元素類似,其中8號椴樹蜂蜜中P含量最低,為9.3 mg·kg-1,其余樣品P的平均濃度均高于10 mg·kg-1,且含量較為接近。Mg,Na,Rb和B等四種元素在椴樹蜂蜜中含量較低,其在所有樣品中的平均濃度分別為9.5,3.3,2.3和1.2 mg·kg-1。蜂蜜中Fe相比其他7種元素含量最低,多數樣品中Fe的含量低于1 mg·kg-1。

椴樹蜂蜜中Mn,Zn,Sr,Ba,Cu和Ga等6種微量元素的平均濃度范圍在62.9～484.6 μg·kg-1之間。Mn的平均含量最高,不同樣品中Mn含量差異較大,除3號樣品中Mn測定結果為718.9 μg·kg-1外,其他樣品中Mn含量在319.6～599.5 μg·kg-1之間。Sr和Ba兩種元素在椴樹蜂蜜中平均含量較為接近,分別為294.1和292.7 μg·kg-1。Zn的含量略低,除了兩個樣品中Zn的含量為92.5 μg·kg-1和96.2 μg·kg-1,其余蜂蜜樣品中Zn含量均高于100 μg·kg-1。不同樣品中Cu和Ga的含量分布較為均勻,其濃度范圍分別為33.6～80.6 μg·kg-1和41.8～86.5 μg·kg-1。

其余9種元素在椴樹蜂蜜中的平均含量低于10 μg·kg-1,包括對人體危害較大的元素(Cr,As,Cd和Pb),放射性元素(U)及其他微量元素(V,Ni,Co和Mo)。Pb的含量相對較高,其平均濃度為4.5 μg·kg-1,其次是Ni,Cr,As和V,分別為4.1,3.7,1.4和1.2 μg·kg-1,而Mo,Co和Cd三者的含量均低于1 μg·kg-1。本次測定的10個椴樹蜂蜜樣品中的As,Cd和Pb均符合GB 2762-2012《食品中污染物限量》[11]蜂蜜中Pb≤1 mg·kg-1及NY/T 752-2012《綠色食品 蜂產品》標準[12]規定的Pb≤200 μg·kg-1,As≤200 μg·kg-1和Cd≤100 μg·kg-1的要求,且所有樣品中均未檢出放射性元素U,這表明本文測定的椴樹蜂蜜品質相對較高。

2.3椴樹蜂蜜中元素指紋圖譜的建立

本文初步建立了吉林省椴樹蜂蜜中的元素指紋圖譜,發現采自不同地點的椴樹蜂蜜樣品中元素分布具有相似性。根據椴樹蜂蜜中23種元素的測定結果,篩選出B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr和Ba等14種元素,以元素名稱為橫坐標,對應含量為縱坐標繪制圖譜[13]。為了方便繪圖和比較椴樹蜂蜜中元素分布特征,將元素測定結果同時擴大或縮小一定的倍數,處理至同一數量級水平(K縮小100倍,Fe、Mn、Cu和Sr擴大10倍,Zn擴大50倍,Ga擴大100倍,Rb擴大5倍,Ba擴大20倍),并將10個椴樹蜂蜜樣品的圖譜繪制在一起。如圖1所示,不同樣品中元素含量存在一定差異,但是不同采樣點椴樹蜂蜜元素分布具有相似的特征峰型,由此可作為椴樹蜂蜜與其他蜂蜜鑒別的參考依據。

圖1　吉林省椴樹蜂蜜樣品元素指紋圖譜Fig.1　Comparative element fingerprint of 10 linden honey samples from Jilin province

3　結論

本文采用微波消解-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)建立了同時測定椴樹蜂蜜中的B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb和U等23種元素的分析方法。該方法具有簡便快捷,準確率和靈敏度高的優點。運用該方法測定了吉林省不同采樣點的10個椴樹蜂蜜樣品,結果表明,椴樹蜂蜜具有較好的營養價值和較高的食用安全性,富含人體所需的K,Ca,Na,Mg,P等常量元素,而Pb,Cd,As等有害元素含量均處于較低水平,并符合相關限量要求。篩選其中14種元素建立了吉林省椴樹蜂蜜的元素指紋圖譜,結果發現,不同采樣點椴樹蜂蜜的元素指紋圖譜具有一定的共性。本文建立的多種元素分析方法以及椴樹蜂蜜中元素指紋圖譜為椴樹蜂蜜的進一步研究提供了理論依據。

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Simultaneous determination of 23 elements in linden honey by microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry method

JIN Ling-he1,CHEN Hui2,FAN Chun-lin2,*,WANG Ming-lin1,*

(1.College of Food Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Taian 271018,China;2.Chinese Academy of Inspection and Quarantine,Beijing 100123,China)

The determination of 23 elements including B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb and U in linden honey,which is characteristic of honey in northeast China,was studied by inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS)using microwave digestion for sample preparation. The recoveries for spiked honey samples were in the range of 86.5%～109.8%. The method was validated by analyzing the National Standard Reference Material of Spinach(GBW10015)and Tea(GBW10016),which obtained the relative standard deviation values of repeatability(n=3)and reproducibility(n=5)were 0.3%～8.7% and 1.2%～10.4%,respectively. Ten linden honey samples collected in different sites from Jilin province were studied by this method. Among the 23 elements,K was abundant in linden honey,and As,Cd and Pb were lower than relevant limit requirements. Furthermore,the element fingerprint of linden honey from Jilin province was established,which showed that various samples presented common features and could provide a basis for the identification of linden honey.

linden honey;ICP-MS;multi-element analysis;microwave digestion

2015-04-13

金鈴和(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：食品質量與安全，E-mail:jinlinghe22@163.com。

范春林(1964-)，男，本科，研究員，研究方向：食品安全，E-mail:caiqfcl@163.com。

王明林(1963-)，男，博士，教授，研究方向：食品質量與安全，E-mail:mlwang@sdau.edu.cn。

中國檢驗檢疫科學研究院基本科研業務項目(2015JK012)。

TS201.7

A

1002-0306(2016)01-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000