電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定食用植物油中的磷和硅

符靚+施樹云

摘 要 建立了電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜（ICP-MS/MS）準(zhǔn)確測定食用植物油中的P和Si的方法。以HNO3+H2O2混合酸經(jīng)密閉微波消解系統(tǒng)處理植物油樣品，向碰撞反應(yīng)池（CRC）中分別通入O2和H2，P與O2反應(yīng)，利用O2質(zhì)量轉(zhuǎn)移，通過測定子離子31P16O+測定P，而Si不與H2發(fā)生反應(yīng)，利用H2原位質(zhì)量反應(yīng)消除質(zhì)譜干擾，顯著改善了分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。分別考察了不同O2和H2流速對31P16O+和28Si+信號強度和背景等效濃度（BEC）的影響，確定了最佳O2和H2流速。在優(yōu)化的條件下，測得31P16O+和28Si+的檢出限分別為0.043和0.66 μg/L。采用本方法分析美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院提供的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)潤滑油（SRM 1848），結(jié)果表明，測定值與驗證值無顯著性差異。采用本方法分析來自中國不同產(chǎn)地的5種植物油（分別為油菜籽油、葵花籽油、花生油、玉米油和大豆油），結(jié)果表明，5種植物油中花生油的P含量最高，大豆油的Si含量最高。

關(guān)鍵詞 食用植物油； 電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜； 磷； 硅

1 引 言

食用植物油是從植物的果實、種子、胚芽中提取所得的油脂，主要是由脂肪酸和甘油化合而成的天然高分子化合物[1]，是人們?nèi)粘ｏ嬍辰Y(jié)構(gòu)中必不可少的膳食組成部分。食用植物油中的P主要來源于植物油原料中的磷脂[2]，而磷脂所具有的膠體性質(zhì)能將一些雜質(zhì)成分和水帶入油脂，加速甘油三酯的水解，從而引起油脂的酸值增高，縮短油脂的保質(zhì)期，不利于油脂的長期穩(wěn)定保存[3～5]。而食用植物油中的Si主要來源于植物油原料和加工過程中使用的助濾劑硅藻土，雖然我國并未對食用植物油中的Si制定限量規(guī)定，但有研究表明，將食用植物油制成生物柴油燃料時，Si會形成爐渣和腐蝕性化合物[6～9]，因此，準(zhǔn)確測定食用植物油中P和Si的含量具有重要意義。

目前，有關(guān)食用植物油中P和Si的含量測定已有大量文獻報道，主要分析方法包括分光光度法（國標(biāo)法）[10]、原子吸收光譜法（AAS）法[8，11，12]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）法[4，13，14]和電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法[15]。在這些分析方法中，ICP-MS法具有最低的檢出限和最高的靈敏度，幾乎可以取代其余3種分析方法，但ICP-MS分析所面臨的質(zhì)譜干擾仍然是影響分析結(jié)果準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素，降低或消除質(zhì)譜干擾成為ICP-MS分析中的首要難題。目前，使用帶雙聚焦扇形磁場（SF）的ICP-MS、冷等離子體和碰撞反應(yīng)池（CRC）均是針對質(zhì)譜干擾而開發(fā)的重要技術(shù)[16～18]，并已得到廣泛應(yīng)用，其中，CRC技術(shù)已成為消除質(zhì)譜干擾最有效的手段。采用ICP-MS分析植物油中P和Si仍然面臨一些難題，由于P和Si為難電離的非金屬元素，在等離子體中，兩種元素的電離效率低，導(dǎo)致靈敏度偏低，且存在嚴(yán)重的多原子質(zhì)譜干擾，即使采用CRC技術(shù)的碰撞模式也無法徹底消除干擾，而采用CRC技術(shù)的反應(yīng)模式，不可預(yù)知的反應(yīng)過程所形成的副反應(yīng)離子仍可對分析過程的不穩(wěn)定性和分析結(jié)果的準(zhǔn)確性造成影響。本研究以HNO3+H2O2混合試劑為消解試劑，對食用植物油樣品進行微波消解后，利用電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜（ICP-MS/MS）測定其中P和Si的含量，為食用植物油中P和Si的質(zhì)量控制提供了一種靈敏、準(zhǔn)確的分析方法。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

8800型ICP-MS/MS儀（美國Agilent公司），配置石英同心霧化器和Peltier 冷卻Scott型雙通道霧化室； Mars 5微波消解系統(tǒng)（美國CEM公司）； Milli-Q超純水儀（美國Millipore公司）。

ICP-MS/MS優(yōu)化后的質(zhì)譜條件：射頻功率，1550 W； 等離子氣流速，18 L/min； 輔助氣流速， 1.8 L/min； 載氣流速，1.1 L/min； 采樣深度，8 mm； 霧化室溫度，2℃； 反應(yīng)氣H2流速，4.0 mL/min； 反應(yīng)氣O2流速，0.30 mL/min； 八極桿偏置電壓，10 V（H2）、14 V（O2）； 能量歧視，0 V（H2）、5 V（O2）； Q1→Q2，Si：28→28、P：31→47。

P和Si單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 mg/L）、內(nèi)標(biāo)元素（Sc，1 mg/L）標(biāo)準(zhǔn)溶液、65%（w/w）的HNO3和H2O2（37%， w/w）（優(yōu)級純，德國Merck公司）； 食用植物油（不同產(chǎn)地的油菜籽油、葵花籽油、花生油、玉米油和大豆油）購自本地超市； 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)潤滑油（SRM 1848，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院提供）。

2.2 實驗方法

稱取植物油樣品0.5 g于微波消解罐中，加入4 mL 65%（w/w）HNO3和1 mL 37%（w/w）H2O2，為防止產(chǎn)生大量氣體沖破消解罐的安全閥，先敞開罐蓋低溫（180℃）預(yù)消解20 min，再按表1設(shè)置的參數(shù)進行密閉微波消解42 min，消解完成后， 冷卻至室溫。采用此方法依次對油菜籽油、葵花籽油、花生油、玉米油和大豆油樣品進行消解，所得消解液均清亮透明，表明樣品完全消解。用超純水將清亮透明消解液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，同時做空白實驗。所有待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)參考樣品在分析前，使用內(nèi)標(biāo)混合三通接頭在線加入1 mg/L Sc內(nèi)標(biāo)溶液，用于補償樣品溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液之間的粘度差別和匹配基體。

3 結(jié)果與討論

3.1 質(zhì)譜干擾及消除

P和Si具有較高的第一電離能，均為難電離元素，在ICP-MS分析中電離效率低，導(dǎo)致P和Si的分析信號強度較弱，而食用植物油基質(zhì)中的C、O、N形成的多原子離子會產(chǎn)生背景干擾信號，進一步加大了分析難度。ICP-MS/MS是在八極桿碰撞/反應(yīng)池（ORS3）前面配置一個四極桿質(zhì)量過濾器（Q1），通過指定質(zhì)荷比（m/z）對進入ORS3的碎片離子進行篩選，從而精準(zhǔn)控制ORS3中離子/分子發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，然后利用配置在ORS3后面的四極桿質(zhì)量過濾器（Q2）消除通過Q1的干擾離子[19～21]。本實驗選用ICP-MS/MS的MS/MS模式，分別考察了高豐度同位素28Si和31P在H2反應(yīng)和O2反應(yīng)條件下，兩個同位素的背景等效濃度（BEC）和檢出限（DL）變化情況，結(jié)果見表2。

選擇H2為反應(yīng)氣時，28Si+與H2反應(yīng)生成28SiH+的過程為吸熱反應(yīng)（28Si++H2→28SiH++H，ΔHr=1.30 eV），反應(yīng)不能自發(fā)進行，而主要干擾離子14N2+和12C16O+與H2的反應(yīng)均為放熱過程（14N2++H2→H14N2++H，ΔHr=-0.60 eV； 12C16O++H2→12C16OH++H，ΔHr=-1.63 eV），兩個反應(yīng)可自發(fā)進行，因此，可以設(shè)置Q1=Q2=28，采用H2原位質(zhì)量反應(yīng)消除干擾，由表1可知，28Si+的BEC和檢出限分別為18.3和0.66 μg/L。而通過產(chǎn)物離子掃描發(fā)現(xiàn)，31P與H2發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移反應(yīng)，能生成31PH+、31PH2+、31PH3+、31PH4+多個產(chǎn)物離子，其中31PH+干擾嚴(yán)重， 31PH3+和31PH4+的生成濃度低，在測定過程中的靈敏度也相應(yīng)較差，因此，選擇高豐度產(chǎn)物離子31PH2+為待測離子，所得背景等效濃度（BEC）和檢出限分別為0.97和0.08 μg/L。 在MS/MS模式下，選擇H2反應(yīng)，分別通過原位質(zhì)量和質(zhì)量轉(zhuǎn)移反應(yīng)可以實現(xiàn)Si和P的準(zhǔn)確測定。

選擇O2為反應(yīng)氣時，28Si+與O2反應(yīng)發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移，生成28Si16O+的過程為吸熱反應(yīng)（28Si++O2→28Si16O++O，ΔHr=0.11 eV），ΔHr>0，反應(yīng)不能自發(fā)進行，但較低的吸熱反應(yīng)可通過設(shè)置八極桿偏置電壓為更大負(fù)電壓時才能促使反應(yīng)發(fā)生，值得關(guān)注的是，干擾離子12C16O+與O2的反應(yīng)為自發(fā)過程（12C16O++O2→12C16O2++O，ΔHr=-1.95 eV），生成的產(chǎn)物離子12C16O2+對28Si16O+仍然形成干擾，而28Si16O+與O2反應(yīng)生成的另一產(chǎn)物離子28Si16O2+雖然能消除干擾，所得BEC（12.7 μg/L）低于H2原位質(zhì)量反應(yīng)，但檢出限（0.81 μg/L）高于H2原位質(zhì)量反應(yīng)。31P與O2發(fā)生高效質(zhì)量轉(zhuǎn)移反應(yīng)（31P++O2→31P16O++O，ΔHr=-3.17 eV），所得產(chǎn)物離子31P16O+的BEC和檢出限分別為0.58和0.043 μg/L。在MS/MS模式下，選擇O2質(zhì)量轉(zhuǎn)移反應(yīng)也能實現(xiàn)Si和P的準(zhǔn)確測定。本實驗為獲得Si和P的最低檢出限，最終確定在MS/MS模式下，測Si時選擇H2為反應(yīng)氣，測P時選擇O2為反應(yīng)氣。

3.2 反應(yīng)氣流速的選擇

在ORS3中，反應(yīng)氣體流速決定生成反應(yīng)產(chǎn)物離子的種類，影響待測元素的分析信號強度和BEC，當(dāng)反應(yīng)氣流速過低時，生成反應(yīng)產(chǎn)物的濃度也過低，消除干擾不徹底； 當(dāng)反應(yīng)氣流速過高時，待測元素的分析信號強度嚴(yán)重受損，影響分析靈敏度。因此，必須優(yōu)化ORS3中的反應(yīng)氣流速。分別考察了H2流速對1 μg/L Si信號強度和BEC的影響，以及O2流速對1 μg/L P信號強度和BEC的影響，結(jié)果見圖1和圖2。

在1.0～7.0 mL/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)H2流速，同時監(jiān)測28Si+的信號強度和BEC，由圖1可見，隨著H2流速增大，28Si+的信號強度和BEC逐漸降低，當(dāng)H2流速達到4.0 mL/min時，28Si+的BEC達到最小值，然后隨H2流速的增大而增大，因此，實驗最終選擇H2流速為4.0 mL/min，既保證了28Si+具有較高的信號強度，又保證了28Si+具有最低的BEC。

O2流速對31P16O+的信號強度和BEC的影響如圖2所示，隨著O2流速增大，31P16O+的信號強度開始小幅增大，而BEC則快速下降，當(dāng)O2流速達到1.6 mL/min時，31P16O+的信號強度開始降低。當(dāng)O2流速達到0.30 mL/min時，31P16O+的BEC降至最小值，隨后開始變大，結(jié)合考慮31P16O+的信號強度和BEC，最終確定O2流速為0.30 mL/min。

3.3 方法的檢出限和精密度

選取標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液配制濃度梯度為0.0、5.0、10.0、20.0、50.0和100.0 μg/L的P和Si標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化的實驗條件下進行測定，兩種元素在所配制的濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，線性相關(guān)系數(shù)均為1.0000。從表2可知，P和Si的檢出限分別為0.043和0.66 μg/L，明顯低于文獻[15]報道的檢出限。取1 μg/L的P和Si標(biāo)準(zhǔn)溶液重復(fù)測定11次，計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），得到方法精密度。結(jié)果表明，P和Si的RSD分別為0.8%和1.1%，方法的精密度高。

3.4 方法驗證

選用美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院提供的標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)潤滑油（SRM 1848），采用本方法平行測定11次，結(jié)果見表3。本方法的測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)提供的驗證值基本一致，表明本方法準(zhǔn)確可靠。

3.5 樣品的分析

采用本方法對不同產(chǎn)地的5種常見食用植物油（油菜籽油、葵花籽油、花生油、玉米油和大豆油）進行分析，每個樣品平行測定11次，由表4可知，5種食用植物油中，大豆油中的Si含量最高，花生油中的P含量最高。

4 結(jié) 論

建立了ICP-MS/MS法準(zhǔn)確測定食用植物油中P和Si的分析方法。在MS/MS模式下，分別向ORS3中加入H2和O2，使待測離子或干擾離子發(fā)生反應(yīng)，完全消除了分析過程中的質(zhì)譜干擾，P和Si的檢出限分別為0.043和0.66 μg/L。本方法能快速、準(zhǔn)確測定食用植物油中的P和Si。

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