微波消解-ICP-OES/ICP-MS測(cè)定嬰幼兒罐裝輔食泥中的16種元素

李夢(mèng)潔

(上海德諾產(chǎn)品檢測(cè)有限公司，上海 200436)

有研究[1]證實(shí)，6～24個(gè)月是嬰幼兒生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，各類微量營(yíng)養(yǎng)素的攝入不足會(huì)影響其以后的生長(zhǎng)發(fā)育。而嬰幼兒食物中的營(yíng)養(yǎng)素不應(yīng)只源于母乳，世衛(wèi)組織建議，6個(gè)月以上嬰兒通過(guò)添加輔食補(bǔ)充足夠關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)素，滿足兒童成長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需求，并應(yīng)采取措施以便將病原體污染風(fēng)險(xiǎn)降至最低[2]。嬰幼兒罐裝輔食產(chǎn)品適合6月齡以上嬰幼兒食用，易于常溫保存[3]。成品罐裝輔食在西方國(guó)家早已廣泛應(yīng)用，近年來(lái)越來(lái)越多的中國(guó)父母開(kāi)始選擇食用方便、配方營(yíng)養(yǎng)的嬰幼兒成品罐裝輔食。罐裝輔食泥營(yíng)養(yǎng)豐富，一般含有人體必須的宏量元素，如鉀、鈉、鈣、磷，也有人體必須的微量元素，如鎂、鐵、銅、錳、鋅等。同時(shí)，也要關(guān)注輔食泥中的有害元素，如鋁、鉻、鎳、砷、鎘、汞、鉛等[4-5]。嬰幼兒是人體成長(zhǎng)發(fā)育的最初階段，而各類元素的過(guò)量或缺乏與該階段許多疾病的產(chǎn)生有關(guān)[6]，因此建立一種能夠快速準(zhǔn)確測(cè)定嬰幼兒罐裝輔食中各種元素含量的方法十分重要。

元素分析的前處理方法普遍采用干法灰化消解、濕法消解、壓力罐消解、微波消解4種。其中，樣品中易揮發(fā)元素如As、Hg等用干法消解時(shí)易引入負(fù)誤差；濕法消解耗酸量大，耗時(shí)長(zhǎng)，檢測(cè)痕量元素時(shí)易引入較大的試劑空白[7]。高壓罐消解法和微波消解法均屬于密閉高壓體系，能充分避免環(huán)境污染及試劑本底的影響，較前兩種方法而言具備較高的準(zhǔn)確度和回收率。而微波消解的耗酸量更低，污染少，速度快，易于控制[8]。綜上考慮，試驗(yàn)采用微波消解作為前處理方法。以往多采用石墨爐或火焰原子吸收光譜法[9]，逐個(gè)測(cè)定元素，步驟比較繁瑣且耗時(shí)長(zhǎng)，檢出限也不理想，近年來(lái)多采用ICP-OES或ICP-MS進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定[10]。通過(guò)分析比較，試驗(yàn)擬建立一種基于ICP-OES和ICP-MS共同檢測(cè)嬰幼兒罐裝輔食中16種元素(鉀、鈉、鈣、磷、鎂、鐵、銅、錳、鋅、鋁、鉻、鎳、砷、鎘、汞、鉛)的方法，以期為今后監(jiān)測(cè)嬰幼兒罐裝輔食的營(yíng)養(yǎng)成分和罐裝輔食生產(chǎn)中的質(zhì)量控制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

電子分析天平：Sartorius BS-224S型，德國(guó)賽多利斯(上海)貿(mào)易有限公司；

微波消解系統(tǒng)：CEM Mars 6型，美國(guó)CEM公司；

超純水制備裝置：Milli-Q型，美國(guó)密理博公司；

全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)：iCAP 7200型，賽默飛世爾科技(中國(guó))有限公司；

電感耦合等離子體發(fā)射質(zhì)譜儀(ICP-MS)：7800型，安捷倫科技(中國(guó))有限公司。

1.1.2 試劑

K、Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、P、Na、Zn元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液溶液：濃度均為1 000 mg/L，美國(guó)O2si公司；

Al、Cr、Ni、As、Cd、Hg、Pb元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液溶液：濃度均為1 000 mg/L，美國(guó)O2si公司；

In、Bi、Sc、Ge內(nèi)標(biāo)溶液：100 μg/L，美國(guó)安捷倫科技公司；

濃硝酸：MOS級(jí)，默克化工技術(shù)(上海)有限公司；

超純水：電阻率≥18.2 MΩ·cm，實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

(1) ICP-OES標(biāo)準(zhǔn)使用液：吸取不同體積的元素(K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Cu、Mn、Zn)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液溶液，用2%硝酸溶液配成標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液(濃度范圍為0.01～50.00 mg/L)，作為ICP-OES的標(biāo)準(zhǔn)使用溶液。

(2) ICP-MS標(biāo)準(zhǔn)使用液：吸取不同體積的元素(Al、Cr、Ni、As、Cd、Hg、Pb)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，用2%硝酸溶液配成標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液(濃度范圍為0.01～200.00 μg/L)，作為ICP-MS的標(biāo)準(zhǔn)使用溶液。內(nèi)標(biāo)元素In、Bi、Sc、Ge的濃度為1.0 μg/L。

1.2.2 樣品的消解與處理 稱取0.500 0 g輔食泥置于微波消解內(nèi)罐中，加入5 mL HNO3，蓋上內(nèi)蓋和外蓋，設(shè)定微波消解儀參數(shù)后進(jìn)行消解。待樣品消解完全并冷卻后，開(kāi)蓋釋壓，并于電熱板上趕酸至無(wú)黃煙，再將消解液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，合并洗液，用水定容至刻度，定容、搖勻，最后用微孔濾膜過(guò)濾，供ICP-OES和ICP-MS測(cè)定(ICP-OES法測(cè)定K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Cu、Mn、Zn 9種元素；ICP-MS法測(cè)定Al、Cr、Ni、As、Cd、Hg、Pb 6種元素)。同做樣品空白。微波消解儀參數(shù)：功率800 W，控制溫度180 ℃，升溫時(shí)間20 min，恒溫時(shí)間20 min。

1.2.3 儀器工作條件優(yōu)化

(1) ICP-OES：儀器使用前用將霧化器、矩管、透鏡等清洗干凈，使用1.0 mg/L的混合標(biāo)液對(duì)射頻功率、霧化氣流量、輔助氣流量和蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速等參數(shù)進(jìn)行單因素試驗(yàn)優(yōu)化。射頻功率的優(yōu)化：固定霧化氣流量0.5 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，觀測(cè)高度12 mm，射頻功率選擇900，1 000，1 150，1 200 W；霧化氣流量的優(yōu)化：固定射頻功率1 150 W，輔助氣流量0.5 L/min，觀測(cè)高度12 mm，霧化氣流量選擇0.3，0.4，0.5，0.6 L/min；輔助氣流量的優(yōu)化：固定射頻功率1 150 W，霧化氣流量0.5 L/min，觀測(cè)高度12 mm，輔助氣流量選擇0.3，0.4，0.5，0.6 L/min；觀測(cè)高度的優(yōu)化：固定射頻功率1 150 W，霧化氣流量0.5 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，觀測(cè)高度選擇10，11，12，13 mm。

(2) ICP-MS：對(duì)ICP-MS進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧之后，使用10.0 μg/L的混合標(biāo)液對(duì)射頻功率、霧化氣流量、輔助氣流量等參數(shù)進(jìn)行單因素試驗(yàn)優(yōu)化。射頻功率的優(yōu)化：固定霧化氣流量0.8 L/min，輔助氣流量0.4 L/min，射頻功率選擇1 300，1 400，1 500，1 600 W；霧化氣流量的優(yōu)化：固定射頻功率1 500 W，輔助氣流量0.4 L/min，霧化氣流量選擇0.6，0.7，0.8，0.9 L/min；輔助氣流量的優(yōu)化：固定射頻功率1 500 W，霧化氣流量0.8 L/min，輔助氣流量選擇0.3，0.4，0.5，0.6 L/min。

通過(guò)對(duì)不同水平條件下所得結(jié)果的譜線強(qiáng)度，光譜背景、信號(hào)穩(wěn)定性等評(píng)價(jià)指標(biāo)的考察，最后選擇儀器工作條件見(jiàn)表1。

表1 ICP-OES和ICP-MS操作條件

1.2.4 譜線及同位素的選擇 每種金屬元素都有多條不同的特征發(fā)射波長(zhǎng)，根據(jù)儀器推薦的第一靈敏線，參考其他分析線的強(qiáng)度，選擇強(qiáng)度適中、峰形、背景影響小、噪音低、干擾元素少的譜線[11]。ICP-MS法測(cè)定輔食泥中Al、Cr、Ni、As、Cd、Hg、Pb元素的含量時(shí)，用碰撞池的He模式并且根據(jù)各待測(cè)元素的質(zhì)量數(shù)、相對(duì)豐度及多原子離子干擾情況選擇合適的同位素，以避免多原子離子的干擾。

1.2.5 元素含量計(jì)算 以濃度為橫坐標(biāo)，信號(hào)響應(yīng)值(CPS)為縱坐標(biāo)，繪得標(biāo)準(zhǔn)曲線。用與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)相同的儀器條件，測(cè)定空白與樣品溶液中各元素的強(qiáng)度，按照線性方程求出相應(yīng)質(zhì)量濃度，再由式(1)、(2)計(jì)算樣品中元素含量。樣品均稱取0.50 g左右，微波消解后定容至25 mL容量瓶中。

(1) K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Cu、Mn、Zn元素含量：

(1)

式中：

X——樣品中的元素含量，mg/kg；

C——上機(jī)時(shí)樣品溶液中元素的濃度，mg/L；

C0——上機(jī)時(shí)空白溶液中元素的濃度，mg/L；

V——定容體積，25 mL；

m——樣品稱樣量，g。

(2) Al、Cr、Ni、As、Cd、Hg、Pb元素含量：

(2)

式中：

X——樣品中的元素含量，mg/kg；

C——上機(jī)時(shí)樣品溶液中元素的濃度，μg/L；

C0——上機(jī)時(shí)空白溶液中元素的濃度，μg/L；

V——定容體積，25 mL；

m——樣品稱樣量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法的線性參數(shù)及檢出限

根據(jù)上述優(yōu)化的儀器條件以及初測(cè)時(shí)各元素含量，以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制16種元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線(見(jiàn)表2)。多種元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線均具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均在0.999 7以上，可以滿足嬰幼兒罐裝輔食泥中多種微量元素的檢測(cè)需求。

表2 16種元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、線性范圍和相關(guān)系數(shù)

移取2.0 mL濃硝酸至裝有適量超純水的100 mL容量瓶中，定容，制備2%硝酸空白溶液。在儀器正常工作狀態(tài)下，連續(xù)20次測(cè)定空白溶液，以響應(yīng)值標(biāo)準(zhǔn)偏差3倍對(duì)應(yīng)的濃度為檢測(cè)限，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 16種元素的檢出限和定量限

2.2 方法精密度

2.2.1 重現(xiàn)性試驗(yàn) 為測(cè)試方法的重現(xiàn)性，選取魚(yú)泥和果蔬泥各1份，微波消解處理后，分別用試驗(yàn)優(yōu)化方法與國(guó)標(biāo)法(GB 5009.268—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》)同時(shí)完成8次平行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，對(duì)于魚(yú)泥樣品，試驗(yàn)優(yōu)化方法的重現(xiàn)性RSD為1.8%～8.9%，國(guó)標(biāo)法為1.5%～7.2%；對(duì)于果蔬泥樣品，試驗(yàn)優(yōu)化方法的重現(xiàn)性RSD為1.8%～7.1%，國(guó)標(biāo)法為2.5%～5.9%，兩法的RSD均在10%以內(nèi)。說(shuō)明試驗(yàn)優(yōu)化方法的重現(xiàn)性與國(guó)標(biāo)相差不大，具有較好的精密度，但試驗(yàn)優(yōu)化方法的檢出限低于國(guó)標(biāo)，測(cè)量范圍更大，所以能更加靈敏地檢測(cè)到泥狀罐裝輔食中的有害元素。

表4 樣品重現(xiàn)性測(cè)定結(jié)果?

2.2.2 加標(biāo)回收試驗(yàn) 從測(cè)定過(guò)的20份輔食泥樣品中，取三文魚(yú)泥和混合蔬菜泥各1 份，做加標(biāo)回收試驗(yàn)，準(zhǔn)確稱取0.50 g樣品，向樣品中分別加入各元素標(biāo)準(zhǔn)中間液，同試驗(yàn)處理后測(cè)定加標(biāo)回收，結(jié)果見(jiàn)表5、6。各種元素回收率為88.5%～106.0%，取3次回收試驗(yàn)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為方法精密度，范圍為1.46%～8.18%，說(shuō)明該方法準(zhǔn)確、可靠、結(jié)果滿意。

表5 三文魚(yú)泥加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

表6 蔬菜泥加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

2.3 譜線選擇

以K為例，從儀器推薦的主要發(fā)射譜線中選取響應(yīng)最高的3條譜線766.490，769.896，404.414 nm，其中：766.490 nm 譜線的響應(yīng)值最高，峰形較好且沒(méi)有明顯的干擾，線性關(guān)系良好，基線噪音低；769.896 nm譜線響應(yīng)值次之，但基線噪音較高；404.414 nm譜線相應(yīng)值較低，峰形雜亂且干擾嚴(yán)重。因此，選用766.490 nm作為K的優(yōu)化分析譜線，用同樣方法確定ICP-OES測(cè)定的其他8種元素的最佳分析譜線。K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Cu、Mn、Zn 9種元素譜圖見(jiàn)圖1。

圖1 ICP-OES測(cè)定各元素最優(yōu)化分析譜線圖譜

ICP-MS測(cè)定選擇計(jì)數(shù)的同位素分別為：27Al，53Cr，60Ni，75As、111Cd，202Hg和208Pb。同時(shí)通過(guò)選用內(nèi)標(biāo)法用于補(bǔ)償樣品基體效應(yīng)和信號(hào)漂移，以改善待測(cè)元素的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，加入混合內(nèi)標(biāo)元素In、Bi、Sc、Ge：以In(115)為內(nèi)標(biāo)校對(duì)Cd元素，以Bi(209)為內(nèi)標(biāo)校對(duì)Hg、Pb元素，以Sc(45)為內(nèi)標(biāo)校對(duì)Al、Cr元素，以Ge(72)為內(nèi)標(biāo)校對(duì)Ni、As元素。

2.4 實(shí)際樣品應(yīng)用

從上海市商超銷售的輔食泥中，隨機(jī)選購(gòu)不同品牌不同批次(包括禧貝、嘉寶、亨氏、小皮、美林)的10份魚(yú)泥和10份果蔬泥制品。按照優(yōu)化后的試驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)試并計(jì)算結(jié)果，每份樣品做3平行取其平均值，所測(cè)20份樣品中16種元素的結(jié)果范圍見(jiàn)表7。

由表7可知，嬰幼兒罐裝輔食泥中確實(shí)含有豐富的有益宏量和微量元素，其中，魚(yú)泥中的鎂、磷、鐵、鋅等營(yíng)養(yǎng)元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蔬菜泥，說(shuō)明魚(yú)泥的營(yíng)養(yǎng)更為豐富，營(yíng)養(yǎng)密度高，是嬰幼兒生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的輔食泥。與此同時(shí)，ICP-MS法也檢測(cè)出了輔食泥中多種對(duì)人體有害的元素，如鋁、鉻、鎳、砷、汞、鉛等。其中需要引起注意的是，果蔬泥中砷和汞均未檢出，而魚(yú)泥中的砷和汞的含量略高。有報(bào)道指出，砷化合物各形態(tài)的毒性差異較大，尤以Ⅰ類致癌物無(wú)機(jī)砷毒性為最，長(zhǎng)時(shí)間攝入微量無(wú)機(jī)砷可致癌[12]；汞的易毒性較大且易在體內(nèi)蓄積，影響嬰幼兒神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育[13]。中國(guó)食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)(GB 10770—2010)規(guī)定嬰幼兒罐裝輔助食品總汞限量值為0.02 mg/kg，無(wú)機(jī)砷限量值為0.30 mg/kg。試驗(yàn)檢測(cè)的20批次樣品總汞含量均小于0.02 mg/kg，而總砷含量為0.030～0.390 mg/kg，有必要用其他檢測(cè)方法分析其中各形態(tài)汞、砷的含量。

3 結(jié)論

試驗(yàn)選擇有代表性的魚(yú)泥和蔬菜泥作為研究對(duì)象，通過(guò)微波消解處理，探究了ICP-OES/ICP-MS法測(cè)定嬰幼兒罐裝輔食泥中16種元素含量的方法。在試驗(yàn)優(yōu)化條件下，測(cè)得16種元素的檢出限均低于食品中多元素測(cè)定的國(guó)標(biāo)方法(GB 5009.268—2016)，方法精密度和重現(xiàn)性符合GB/T 27404—2008《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范》之要求，因此該方法較國(guó)標(biāo)法更為靈敏，測(cè)量范圍更大。試驗(yàn)證明，建立的方法具有分析效率高，檢出限低以及多元素同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)，適用于大批量樣品的檢驗(yàn)。對(duì)市售樣品分析時(shí)發(fā)現(xiàn)魚(yú)泥中的汞和砷含量較蔬菜泥高，可能與海洋生物對(duì)某些元素的富集作用有關(guān)[14]，需要引起有關(guān)部門(mén)注意。在今后工作中，可以采取增加檢驗(yàn)批次的方法，增加數(shù)據(jù)的采集量，并且利用其他儀器檢測(cè)方法分析砷、汞的形態(tài)，有效篩查并監(jiān)管嬰幼兒罐裝輔食泥中的甲基汞、無(wú)機(jī)砷等風(fēng)險(xiǎn)元素項(xiàng)目。