電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法測定百香果汁中24種礦物質(zhì)元素

羅歡忠

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 應(yīng)用化學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，廣東 深圳 518055）

百香果學(xué)名西番蓮，又稱巴西果、雞蛋果等，屬于西番蓮科西番蓮屬的一種多年生常綠藤本植物[1]，百香果果實多汁，汁呈黃色，風(fēng)味獨(dú)特，香味濃郁，素有飲料之王的美稱[2]．據(jù)科學(xué)預(yù)測，百香果汁含有17種人體所需氨基酸，多種維生素和類胡蘿卜素以及微量元素，營養(yǎng)價值很高[3]．近年來常用它作原料加工制成果汁、果露、果醬、果凍等食品，備受人們青睞；百香果也因其經(jīng)濟(jì)價值較高，成為多地精準(zhǔn)扶貧精準(zhǔn)脫貧廣泛種植的主要經(jīng)濟(jì)作物．百香果因種植地不同其營養(yǎng)價值也會有所不同，特別是礦質(zhì)元素和重金屬的含量易受生長環(huán)境的影響，如土壤、空氣、以及灌溉用水等因素的影響．因此，建立一種能快速、準(zhǔn)確測定百香果汁礦質(zhì)元素和重金屬的方法就顯得猶為重要．

目前，傳統(tǒng)測定礦質(zhì)元素多采用原子吸收光譜法（AAS）[4]、原子熒光法（AFS）[5]和原子發(fā)射光譜法（AES）等，但這些方法存在分析速度慢、周期較長、靈敏度不夠等缺點．近些年來，電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法（ICP-MS）發(fā)展很快．應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法由于其檢出限低、動態(tài)線性范圍寬（10-12-10-3μg/mL）、干擾少、精度高、一次進(jìn)樣同時檢測多種元素等優(yōu)點，近些年來得到迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用[6-8]．本實驗采用微波消解—電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法建立測定百香果中24種礦質(zhì)元素的方法，利用四級桿碰撞反應(yīng)池（OCTOPOLE REACTION SYSTEM、ORS）技術(shù)減少質(zhì)譜型干擾，利用加入內(nèi)標(biāo)元素：6Li、45Sc、72Ge、103Rh、115In、159Tb、175Lu、209Bi消除基體干擾，建立ICP-MS法同時測定百香果汁中的大量元素：Na、Mg、K、Ca、Fe和微量元素：Al、V、Cr、Mn、Ni、Co、Zn、As、Se、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Tl、Pb、Th等共24種元素的方法，使人們能夠科學(xué)、準(zhǔn)確地了解百香果中的礦物質(zhì)與重金屬元素的含量，確保其營養(yǎng)價值與食用安全性具有重要意義．

1 方法與材料

1.1 試劑與材料

Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co、Zn、As、Se、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Tl、Pb、Th等24種單元素標(biāo)準(zhǔn)品均為：1000 mg/L（國家標(biāo)準(zhǔn)品中心）；內(nèi)標(biāo)混合溶液：6Li、45Sc、72Ge、103Rh、115In、159Tb、175Lu、209Bi（1mg/mL，Agilent，美國）．調(diào)諧液：7Li、89Y、205Tl、140Ce（1 ng/mL，Agilent，美國）；65% HNO3（優(yōu)級純，廣州東紅化工廠），30% H2O2（分析純，東莞東江化學(xué)試劑有限公司）；超純水（電阻率≥18.2MΩ·cm）．百香果（深圳市售，產(chǎn)地：廣東河源）．高純液氬99.999%（深圳市圳寬工業(yè)氣體有限公司）．

1.2 儀器與設(shè)備

7500-CX電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用儀（Agilent美國）；ETHOST 微波消解儀（MILESTONE意大利）；超純水機(jī) Milli-Q（Millipore美國）．

1.3 方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制

本實驗采用混合標(biāo)準(zhǔn)法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液系列．微量元素采用逐級稀釋法配制標(biāo)準(zhǔn)曲線[9]．分別精確移取 Al、V、Cr、Mn、Ni、Co、Zn、As、Se、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Tl、Pb、Th（均為1000 mg/L）標(biāo)準(zhǔn)貯備液1 mL于一個100 mL容量瓶中，然后用2% HNO3定容至刻度，得10 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液．再從10 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)液中分別取0、50、100、200、400μl和大量元素Na、Mg、K、Ca、Fe（1000 mg/L）標(biāo)準(zhǔn)貯備液中分別取0、0.5、1、2、4 mL于5個50 mL容量瓶中，用2% HNO3定容至刻度，得微量元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液為0、10、20、40、80 ng/mL和大量元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液為0、10、20、40、80 μg/mL的總混和標(biāo)準(zhǔn)溶液系列．

1.3.2 樣品消解

隨機(jī)取5個百香果，用自來水沖洗外表皮，自然風(fēng)干，用干凈干燥的小刀切開，將其汁置于50 mL干凈燒杯中，精確稱取果汁0.2 g于消解罐中，加入9 mL濃HNO3和1mL30% H2O2，蓋緊后置于微波消解儀中消解．消解條件見表1，消解完成后，自然冷卻至室溫，轉(zhuǎn)至50mL容量瓶，用超純水定容至刻度，過濾后濾液供ICP-MS測定．同時做三個樣品平行，另外做一個樣品加標(biāo)回收實驗并隨同樣品做一個空白實驗[10]．每種元素自動進(jìn)樣測定兩次，結(jié)果取平均值．

表1 微波消解儀工作條件

1.3.3 儀器工作條件

ICP-MS工作參數(shù)見表2．

表2 ICP-MS的工作參數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 同位素的選擇

從元素周期表中可知，大部分元素都具有同位素，應(yīng)用 ICP-MS檢測時，要盡量選擇無干擾的同位素，如果都有干擾則選擇百分比含量高的同位素[10]．如 Hg的同位素有198Hg、199Hg、200Hg、201Hg、202Hg、204Hg，百分比含量分別是0.15%、9.97%、16.84%、23.10%、13.18%、29.86%、6.87%．Pb的同位素有：204Pb、206Pb、207Pb、208Pb，百分比含量分別為：1.48%、23.6%、22.6%、52.3%．204Hg對204Pb有干擾，因此，此時應(yīng)選擇百分含量相對較高而無干擾的同位素202Hg和208Pb．本實驗最終確定測定的同位素分別為：23Na、24Mg、39K、43Ca、56Fe、27Al、9Be、51V、53Cr、55Mn、59Co、60Ni、63Ca、66Zn、75As、76Se、95Mo、107Ag、111Cd、121Sb、137Ba、205Tl、208Pb、232Th．

2.2 積分時間的選擇

積分時間的選擇原則為：確保元素能被完全電離又要相對節(jié)省時間．本實驗采用氬氣做為等離子體的工作氣體，因為氬氣具有很高的電離能，氬氣的第一電離能（15.75ev）高于絕大多數(shù)元素的第一電離能（除He、F、Ne外），且低于大多數(shù)元素的第二電離能（除 Ca、Sr、Ba外）[11]，因此，在氬氣等離子體環(huán)境中，大多數(shù)元素很容易被電離成單電荷離子而被質(zhì)譜檢測器檢測，一般積分時間定為 0.3sec．而也有小部分較難電離的元素，如：Se、Cd、Hg、As，這四種難電離的元素通過延長積分時間加以解決，其積分時間定為1sec．

2.3 內(nèi)標(biāo)元素的選擇

內(nèi)標(biāo)元素的作用是校正響應(yīng)信號的漂移和消除基體效應(yīng)．理論上，同一樣品中內(nèi)標(biāo)元素和待測元素會受到同種程度的干擾影響，因此，可以利用待測元素與內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)值之比來校正響應(yīng)信號的波動．本實驗所選的內(nèi)標(biāo)元素為：6Li、45Sc、72Ge、103Rh、115In、159Tb、175Lu、209Bi．實驗表明，此內(nèi)標(biāo)元素可有效地消除基體效應(yīng)和響應(yīng)信號的漂移，可以較準(zhǔn)確地測定百香果中24種礦質(zhì)元素．

2.4 污染因素及其控制

實驗過程中有可能存在的污染因素有：（a）實驗室環(huán)境；（b）試劑；（c）儀器記憶效應(yīng)；（d）樣品處理時引入或損失的待測元素．實驗過程中，應(yīng)注意所有污染因素，盡量避免污染．有部分元素較容易揮發(fā)如Hg、As等，為有效防止易揮發(fā)，本實驗的樣品前處理采用密閉的微波消解系統(tǒng)．實驗結(jié)果表明樣品消解完全，損耗少，消解速度快．

在實驗的過程中每個步驟都有可能發(fā)生污染，如樣品前處理、測試過程、所用的器具等．在應(yīng)用ICP-MS分析過程中，要求比較高，因此必須采用一些預(yù)防措施來減少或防止污染的發(fā)生．如使用高純試劑，容器用 10% HNO3浸泡過夜，將儀器管道先用5% HNO3徹底沖洗等．

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

本實驗采用 2% HNO3配制標(biāo)準(zhǔn)溶液系列．參考FFF-1159-2006《四級桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》[12]測定11次樣品空白溶液計算標(biāo)準(zhǔn)偏差，取 3倍標(biāo)準(zhǔn)差為相應(yīng)元素的檢出限，結(jié)果見表3．

表3 回歸方程和相關(guān)系數(shù)

從表3可以看出，應(yīng)用本方法測定的24種礦質(zhì)元素的相關(guān)系數(shù)R2均達(dá)0.995以上，在濃度范圍內(nèi)的線性關(guān)系良好．方法檢出限均為0.001 ng/mL．

2.6 樣品測試結(jié)果及精密度

百香果中的礦質(zhì)元素主要取決于百香果的生長土壤、灌溉用水及周圍環(huán)境空氣的影響，按以上實驗分析條件及步驟，對百香果中的 24種礦質(zhì)元素的分析結(jié)果，詳見表4．從表4中可以看出，有毒有害的重金屬（Pb、Hg、Cd、As、Cr、Sn）含量較低，根據(jù)國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB2762-2017《食品中污染物限量》判斷[13]，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求．同時還可以看出，本實驗的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD%）≤1.42%，說明本方法精密度高、準(zhǔn)確可靠．另外，百香果汁中含有豐富的人體必需的礦物質(zhì)元素，特別是含有大量的Na、Mg、K、Ca、Fe等礦物質(zhì)元素，這些礦物質(zhì)元素參與人體代謝過程，為人體提供豐富的營養(yǎng)物質(zhì)．

表4 24種礦質(zhì)元素的測試結(jié)果

2.7 加標(biāo)回收試驗

準(zhǔn)確稱取樣品后，向其中一個樣品分別加入Fe、K、Ca、Na、Mg、Ag、Al、As、Ba、Be、Cd、Co、Cr、Ca、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Se、Tl、V、Zn、Th、U等24種元素的標(biāo)準(zhǔn)混合液，與其它樣品一起消解，最后測定其回收率，測定結(jié)果具體見表5．從表5可見，該方法測定的24種礦物質(zhì)加標(biāo)回收率在86.67%-101.84%，說明該方法能夠滿足測定百香果汁中的24種礦物質(zhì)元素的分析要求．

表5 加標(biāo)回收率

3 結(jié)論與討論

測定百香果汁中豐富的礦物質(zhì)營養(yǎng)，同時監(jiān)測有毒有害重金屬也是食品安全監(jiān)測的重點內(nèi)容之一，因此，建立一種快速、準(zhǔn)確一次進(jìn)樣同時測定多種元素的方法具有重要的意義．本實驗采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法測定百香果汁中的24種礦質(zhì)元素，一次進(jìn)樣同時分析24種元素，該方法回收率最高為：Mg:101.84%，最低回收率為：Hg:86.67%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD %）≤1.42%，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，快速高效．

本實驗僅分析百香果的果汁的礦物質(zhì)元素，而未分析百香果的其它部位，如其種仁和果皮等．據(jù)王瑩，劉忠和等人的研究，百香果其它部位也含有豐富礦物質(zhì)元素[3]，而百香果其它部位的前處理方法是否可使用本文的前處理方法，還有待進(jìn)一步研究．