異丙醇基體改進劑用于微波消解-ICP-MS測定芹菜、圓白菜、雞肉和豬肝中微量硒

李金蔓,張貴偉,陳樹娣,鄧宏玉

(深圳市計量質量檢測研究院 食品檢測所,廣東深圳 518109)

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異丙醇基體改進劑用于微波消解-ICP-MS測定芹菜、圓白菜、雞肉和豬肝中微量硒

李金蔓,張貴偉,陳樹娣,鄧宏玉

(深圳市計量質量檢測研究院 食品檢測所,廣東深圳 518109)

目的:采用異丙醇作為基體改進劑,建立微波消解-ICP-MS測定芹菜、圓白菜、雞肉和豬肝中微量硒的方法。方法:樣品經以6 mL硝酸+2 mL過氧化氫作為消解試劑進行微波消解,以2%異丙醇作為基體改進劑,鍺元素進行內標校正,用ICP-MS的碰撞池技術測定硒元素含量。結果:該方法擬合系數為1.0000,檢出限為0.3 μg/kg,定量限為1 μg/kg。通過有證標準物質對方法進行驗證,結果均在證書值范圍內。該方法線性好、檢出限低、準確可靠,可用于食品中硒元素的準確測定。

異丙醇,硒,ICP-MS,微波消解,食品

硒作為人體和動物體必需的微量元素之一[1],其在身體中具有抗氧化作用而延遲人體衰老、預防和抵抗癌癥、增強免疫系統抵抗能力等作用。通過對硒元素的深入研究,發現大骨節病、糖尿病、心血管疾病、肝病、甲狀腺功能異常、癌癥、生殖異常等疾病與體內缺硒息息相關[2-3]。隨著人們的生活水平日益提高,對健康營養的飲食攝入越來越關注。市場上流通的富硒食品種類也日漸豐富多樣,但其中也充斥著一些偽劣產品,因此對富硒食品的檢測需求也越來越多。

目前硒元素的檢測方法主要有分光光度法[4]、電化學法[5]、催化動力學法[6]、原子吸收光譜法[7]、原子熒光法[8]和ICP-MS法[9]等。本文重點對ICP-MS法測定食品中微量硒進行探討,通過采用2%(v/v)異丙醇作為基體改進劑進行基體校正,準確測定食品中的痕量硒元素。不少文獻研究表明含碳有機物會對硒元素響應信號產生增敏作用[10-12],采用一般的方法不能消除測定過程中的增敏作用,從而導致測定結果偏高。本文選用78Se進行測定,以2%(v/v)異丙醇作為基體改進劑消除增敏作用,鍺作為內標校正元素,建立了微波消解前處理,ICP-MS碰撞池技術測定食品中微量硒元素的方法,微波消解法具有消耗試劑少、消解效率高、大大降低污染、樣品消解徹底等優點;ICP-MS法干擾小、靈敏度高、檢出限低、結果準確可靠,可用于食品中微量硒的測定。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

硒元素標準溶液、鍺元素內標貯備液均為1000 mg/L 購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心;硝酸(優級純) 購于德國默克公司;雙氧水(優級純) 購于上海凌峰化學試劑有限公司;實驗用水均為超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)。

芹菜國家標準物質(GBW10048(GSB-26)) 中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所;雞肉國家標準物質(GBW10018(GSB-9)) 中國計量科學研究院;圓白菜國家標準物質(GBW10014(GSB-5)) 地球物理地球化學勘查研究所;豬肝國家標準物質(GBW10051(GSB-29)) 中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所。

電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS) 美國安捷倫科技公司7700X;Mars 6 微波消解儀 美國CEM公司;Milli-Q超純水系統 德國默克公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理 每個樣品稱取平行樣品0.5 g左右(精確至0.1 mg)于微波消解罐中,加硝酸6 mL,再加入過氧化氫2 mL,旋緊外蓋置于微波消解儀中,參照表1條件進行微波消解。程序完成,冷卻后取出,打開罐蓋,在控溫趕酸器上加熱趕酸至剩余1～2 mL左右,冷卻后轉移至25.0 mL容量瓶或比色管中,用去離子水少量多次洗滌消化罐,合并洗液,用水定容至刻度,混勻備用。同時做試劑空白實驗。

表1 微波消解儀工作條件

Table 1 Parameters of microwave digestion

步驟功率(W)控制溫度(℃)升溫時間(min)恒溫時間(min)116001205521600150553160018051041600200520

1.2.2 標準系列的配制 使用1000 mg/L的硒標準溶液以3%硝酸溶液配制成1 mg/L的硒標準儲備液。吸取適量硒標準儲備液,用3%硝酸溶液逐級稀釋配制成以下標準系列:硒濃度為0.00,1.00,5.00,10.0,20.0,50.0 μg/L。內標溶液的配制:儀器定量測定采用鍺元素作為內標的外部校正方式,吸取適量1000 mg/L的鍺標準溶液,用3%硝酸溶液和異丙醇稀釋至使用濃度為 1.0 mg/L,其中異丙醇含量為40%(由于儀器引入內標溶液管路孔徑大約為樣品液引入管路孔徑的二十分之一,因此實際引入儀器的異丙醇濃度約為2%)。

1.2.3 儀器參數的優化 開啟儀器預熱穩定后,采用美國安捷倫科技公司提供的ICP-MS Stock Tuning Solution(Ce、Co、Li、Tl、Y)對儀器進行最佳化調諧,使儀器各項參數達到測定要求,控制儀器氧化物和雙電荷產率達到儀器廠家要求。具體參數條件參考表2。

1.2.4 定量測定 儀器參數調諧完成后,編輯測定方法、數據處理方法,通過三通混合器在線引入內標,觀察內標靈敏度及其穩定性,符合要求后,將標準系列、空白試劑、樣品溶液分別導入儀器。繪制標準曲線、根據回歸方程分別計算出樣品中硒元素的濃度。

表2 儀器工作條件

Table 2 Parameters of ICP-MS

儀器參數儀器條件儀器參數儀器條件射頻(RF)功率1550W霧化器石英同心霧化器等離子體氣流量15L/min采樣錐/截取錐鎳錐載氣流量105L/min采樣深度8mm輔助氣流量010L/min采集模式跳峰(Spectrum)氦氣流量42mL/min積分時間1s霧化室溫度2℃每峰測定點數3樣品提升泵速率03r/s重復次數3樣品分析泵速率01r/s分析模式[He]碰撞反應池

2 結果與分析

2.1 微波消解條件的確定

由于食品種類多樣性,既有組成相對簡單的飲料類,也有脂肪和蛋白質含量比較高的肉制品或者豆類及其制品,為了滿足絕大部分食品的消解,選擇比較難消解完全的富含纖維的蔬菜類及肉制品進行微波消解條件的優化。稱樣量為0.5 g左右,通過多次實驗,稱樣量和時間不變,提高消解溫度,樣品消化效果變好,但存在消解罐爆罐的危險,同時降低消解罐的使用壽命;因此最高消解溫度確定為200 ℃,含糖量較高或者反應比較劇烈的樣品,先置于控溫趕酸器中80 ℃預消解再進行微波消解,對于不同類型的食品適當改變最高消解溫度消化時間。

2.2 消解試劑的確定

元素分析前處理類常用的試劑主要有鹽酸,硫酸,硝酸,硝酸-過氧化氫,鹽酸-硝酸,硝酸-硫酸,硝酸-高氯酸,硝酸-氫氟酸等。微波消解為密閉性消解,絕對不能使用能產生爆炸的高氯酸;而考慮到檢測儀器為ICP-MS,采用鹽酸容易產生質譜干擾,采用硫酸會增加儀器的損耗;故選用硝酸能夠更好的降低樣品溶液對檢測儀器產生的干擾,并且據文獻報道加入過氧化氫可以減少消解時間和提高消解效果[13]。因此通過固定消解試劑體積,改變硝酸-過氧化氫的比例對樣品進行消解:稱取相同質量的同一樣品,加入不同比例的硝酸和過氧化氫進行消解,最終選擇6 mL硝酸和2 mL過氧化氫條件消解。

2.3 消除質譜干擾和非質譜干擾

質譜干擾主要有同量異位素、多原子、雙電荷離子等干擾[14],消除質譜干擾可采用碰撞反應技術和干擾校正方程。硒元素的同位素有74Se、76Se、77Se、78Se、80Se、82Se,通過綜合考慮硒元素的豐度靈敏度,78Se、80Se、82Se可選作待測質量數。但80Se存在大量的40Ar40Ar的干擾,單純采用He氣碰撞技術不能很好控制其對目標硒元素的干擾;82Se的靈敏度過低,測定過程中精密度較差,因此選擇78Se進行優化測定。在碰撞池技術下的同位素78Se,通過優化儀器參數,調諧控制78Se響應小于100 CPS即可消除多原子離子的質譜干擾。原理是儀器設置能量選擇數值,多原子離子因碰撞動能絕大部分降低,且低于所設置的能量值被阻擋進入質量選擇器,而78Se+則大部分能順利進入質量選擇器中被檢測。碰撞池技術最終消除多原子離子的質譜干擾,使檢測結果更準確。

表3 無基體改進劑和異丙醇基體改進劑ICP-MS法測得標準物質中硒元素結果

Table 3 The selenium concentrations in national standard material by micorowave digestion-ICP-MS without matrix modifier

標準物質名稱證書編號證書標示值(mg/kg)實驗方法實驗平均結果(mg/kg)n=4實驗方法實驗平均結果(mg/kg)n=4芹菜GBW10048(GSB-26)0118±0017雞肉GBW10018(GSB-9)049±006圓白菜GBW10014(GSB-5)020±003豬肝GBW10051(GSB-29)154±029微波消解-無基體改進劑ICP-MS法014406260287208微波消解-2%異丙醇基體改進劑ICP-MS法010605130214159

非質譜干擾包括基體干擾和儀器穩定性,可選用內標元素進行外部校正非質譜干擾;或者加入基體改進劑,使待測樣品基體匹配從而消除干擾。本實驗采用2%異丙醇作為基體改進劑、鍺內標校正進行定量測定能很好地消除實驗過程中的非質譜干擾。

表4 精密度實驗結果

Table 4 The result of precision test

標準物質名稱證書值(mg/kg)實驗次數測定結果(mg/kg)平均值(mg/kg)相對標準偏差(RSD)/%圓白菜GBW10014(GSB-5)020±003123456018802050211019302070198020043

2.4 異丙醇基體改進劑比例的確定

對于食品中微量元素硒含量的測定,微波消解完成后,無基體改進劑直接進樣,采用鍺內標元素外部校正所得結果比國家標準物質標準值偏高,結果見表3。 有文獻報道,測定硒元素結果偏高主要是樣品消解不完全,其中的含碳有機物對硒元素起到增敏作用[10-12],因此要解決標準溶液與樣品消解溶液基體匹配問題才能準確測定食品中硒元素的含量。改變微波消解條件并不能消除此干擾,而通過實驗發現標準加入法雖然能使基體相匹配,但是由于該方法每個樣品均需要做標準加入法不適合大批量不同類型樣品的測定。最后通過實驗,在實驗測定的過程中在線引入一定比例的異丙醇能夠很好解決基體匹配的問題。

針對異丙醇最佳添加比例的選擇,通過改變異丙醇不同添加比例進行實驗,考察了0%～4%比例的異丙醇對硒響應值影響,見圖1。綜合考慮靈敏度、穩定性等問題,異丙醇最佳比例為2%。

圖1 不同比例異丙醇對硒響應值影響Fig.1 The influence of different proportion isopropanolto selenium response values

采用2%的異丙醇作為基體改進劑,采用鍺元素進行內標校正對幾種國家標準物質進行測定,結果均在標準物質證書值范圍內。加入異丙醇作為基體改進劑后,標準溶液和樣品溶液基體相匹配,解決了無基體改進劑標準溶液響應值低而導致樣品測定結果偏高的問題,見表3。

2.5 方法線性擬合系數及檢出限

依據1.2.1條稱取最大稱樣量1 g進行樣品處理,定容至25 mL,按照1.2.2條配制標準溶液進行測定,連續測定空白試樣20次。計算響應值的標準偏差,根據檢出限計算方法:LOD=3×SD/b和LOQ=10×SD/b(其中SD為標準偏差,b為工作曲線斜率),以儀器響應值的3倍和10倍標準偏差除以工作曲線斜率,再以1.0 g取樣量定容至25 mL,計算出本方法的檢出限和定量限,線性方程:y=1038.03X+18.15,擬合系數:1.0000,檢出限:0.30 μg/kg,定量限:1.0 μg/kg。

2.6 精密度和回收率實驗

選取圓白菜標準物質進行精密度實驗:稱取6個平行樣,按照本方法消解測定,根據結果計算相對標準偏差,圓白菜的精密度實驗測定結果相對標準偏差(RSD)為4.3%,結果見表4。選取硒含量比較低的圓白菜、硒含量比較高的豬肝標準物質分別加入3個梯度濃度的標準溶液進行加標回收實驗,按照本方法消解測定,圓白菜的加標回收率為89.0%～103.0%,豬肝的加標回收率為95.0%～104.0%,證明該方法可行,結果見表5。

表5 加標回收實驗結果

Table 5 The result of recovery test

標準物質名稱證書值(mg/kg)加標量(mg/kg)測定結果(mg/kg)回收率(%)圓白菜GBW10014(GSB-5)0200100028989002000406103005000686972豬肝GBW10051(GSB-29)15405002061040100249950200352990

3 結論

本實驗建立用微波消解-ICP-MS法測定食品中微量硒元素,加入2%的異丙醇作為基體改進劑,采用鍺元素進行內標校正、碰撞池技術進行測定。本方法操作簡單快捷、試劑使用量少、干擾消除徹底、準確度高,加入異丙醇提高儀器靈敏度。通過分析國家有證標準物質,所得實驗結果均在證書值范圍內,圓白菜的精密度RSD為4.3%,圓白菜和豬肝的加標回收率為89.0%～104.0%,該方法可應用于食品中硒元素的準確測定。

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Determination of Selenium in celery,cabbage,chicken and liver with Isopropanol as matrix modifier by micorowave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry

LI Jin-man,ZHANG Gui-wei,CHEN Shu-di,DENG Hong-yu

(Food Institute,Shenzhen Academy of Metrology and Quality Inspection,Shenzhen 518109,China)

Objective:WithIsopropanolasmatrixmodifier,thedeterminationofseleniumincelery,cabbage,chickenandliverbymicrowavedigestion-ICP-MSwasestablished.Method:6mLnitricacidand2mLhydrogenperoxidewereaddedtosamplesfordigestionbymicorowave,SeleniumcontentinsampleswasdeterminedbyICP-MScollisioncelltechnology,with2%isopropanolasamatrixmodifier,withgermaniumasinternalcalibration.Results:Thefittingcoefficientofthemethodwas1.0000,thedetectionlimitwas0.3μg/kg,thelimitofquantificationwas1μg/kg.Seleniumcontentincertifiedreferencematerialsweredeterminedbythismethod,theresultswereintherangeofthecertificatevalue.Thismethodhadgoodlinearity,lowdetectionlimit,accurateandreliable,canbeusedforaccuratedeterminationofseleniuminfood.

Isopropanol;Selenium;ICP-MS;microwavedigestion;food

2016-03-03

李金蔓(1981-)，女，碩士，工程師，主要從事食品質量體系管理研究，E-mail:fangfang881013@126.com。

深圳市科技研發資金技術攻關項目資助課題(JSGG20140519114050315)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)19-0307-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.051