微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定食品中錫含量的方法研究

◎ 張佩霞，蔡展帆，章錦涵，熊 欣

(廣東省食品檢驗所，廣東 廣州 510435)

鍍錫板作為金屬包裝材料中最重要的原材料，由于其密封性好、強度高、性能穩定，被廣泛用于制作各種食品和飲料的包裝容器罐[1-2]。但是，食品包裝中的錫在一定的情況下能遷移到食品中，從而對食品造成污染[3-4]，錫具有一定的生殖毒性、神經毒性和遺傳毒性，過量的錫攝入會導致中毒，造成腹瀉、頭暈、胸悶，嚴重可引發腸胃炎[5-6]。因此，《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中對采用鍍錫薄板容器包裝的食品的錫含量做出了明確的規定，飲料類限量150 mg·kg-1，嬰幼兒配方食品、嬰幼兒輔助食品限量50 mg·kg-1，其他食品限量250 mg·kg-1。

目前，測定食品中錫含量的檢驗方法有氫化物原子熒光法[5,7-9]、苯芴酮比色法[10]、石墨爐原子吸收光譜法[11-12](graphite furnace atomic absorption spectrometry, GFAAS)、電感耦合等離子體質譜法[13-16]、電感耦合等離子體發射光譜法[17-19]等。其中我國現行的《食品安全國家標準 食品中錫的測定》（GB 5009.16—2014）中錫的檢測方法有HG-AFS法和苯芴酮比色法，均采用濕法消解進行樣品前處理。濕法消解全程敞口進行操作，其易引入污染，試劑消耗量大，且介質酸濃度需要精確控制，操作強度大[7]。而微波消解法全程密閉且試劑用量少，操作簡便，適合大批量的樣品處理且電感耦合等離子體質譜法能同時測定包括錫在內的多種元素，具備分析速度快、干擾較少、線性范圍寬等優點[20]。消解過程常見的消解酸體系有單一硝酸，或硝酸、鹽酸、硫酸、過氧化氫、氫氟酸等混合多元體系。目前國內外食品中錫的測定標準和科技文獻中（見表1），采用的消解酸體系主要有單一硝酸，硝酸+鹽酸，硝酸+過氧化氫3種。因此本研究建立以硝酸+鹽酸為消解酸體系，采用微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定食品中錫含量的分析方法，以此為相關食品安全國家標準的修訂提供參考。

表1 文獻報道的消解酸體系表

1 材料與方法

1.1 試劑和材料

硝酸（≥65%，德國CNW公司）；過氧化氫、硫酸、鹽酸（優級純，廣州化學試劑廠）；氫氟酸（分析純，天津市富宇精細化工有限公司）；錫標準溶液（1 000 μg·mL-1，介 質 為2%～5%硝 酸，Accu Standard）；鈧標準溶液（1 000 μg·mL-1，介質為2%～5%硝酸，Accu Standard）；鍺標準溶液（1 000 μg·mL-1，介質為微量硝酸+微量氫氟酸，Inorganic Ventures）；釔標準溶液（1 000 μg·mL-1，介質為2%～5%硝酸，AccuStandard）；銠標準溶液（1 000 μg·mL-1，介質為10%鹽酸，AccuStandard）；錸標準溶液（1 000 μg·mL-1，介質為水，AccuStandard）；鉍標準溶液（1 000 μg·mL-1，介質為2%～5%硝酸，AccuStandard）。

西紅柿醬（T07330QC，FAPAS）；柑橘葉成分分析標準物質（GBW10020，地球物理地球化學勘查研究所）；典型飲食標準物質（SRM 1548a，NIST）；果 汁（T07321QC，FAPAS）；柚 子（T07332QC，FAPAS）；番茄醬（ERM-BC084a，ERM）；蔬菜泥（T07323QC，FAPAS）；咖喱粉、面粉、奶粉、午餐肉、海魚罐頭（來源于日常監測樣品）。

試驗用水（電導率為0.55 μS·cm-1，25 ℃）均由Milli-Q超純水系統制得。

1.2 儀器與設備

LE104E萬分之一電子天平（瑞士Mettler Toledo公司）；ETHOS UP微波消解儀（意大利Milestone公司）；VB24 Plus趕酸器（北京萊伯泰科儀器股份有限公司）；Agilent 7800電感耦合等離子體質譜儀（以下簡稱7800，美國Agilent公司）；PlasmaQuant MS電感耦合等離子體質譜儀（以下簡稱PQ-MS，德國AnalytikJena公司）；NexION 300Q 電感耦合等離子體質譜儀（以下簡稱300Q，美國PerkinElmer 公司）；Milli-Q Advantage A10型超純水系統（美國Merck公司）。

1.3 試驗方法

對于有證的標準物質經搖勻后直接用于微波消解前處理。咖喱粉、面粉和面粉等固態樣品，粉碎搖勻后待測；午餐肉及海魚罐頭樣品經解凍后勻漿均勻后待測。準確稱取固體樣品0.5 g（精確至0.000 1 g）或準確移取液體樣品1.000 mL于消解內罐中，加入7 mL硝酸，預反應后進行微波消解。消解后試樣定容至50 mL，由電感耦合等離子體質譜儀采用標準曲線法測定。其中，微波消解程序見表2，電感耦合等離子體質譜儀工作參數見表3。

表2 微波消解程序表

表3 電感耦合等離子體質譜儀工作參數表

2 結果與分析

2.1 微波消解法酸體系研究

本研究以西紅柿醬T07330QC為研究對象，采用單一硝酸、硝酸+過氧化氫、硝酸+硫酸、硝酸+鹽酸、硝酸+氫氟酸這5種不同的消解酸體系進行微波消解，使用ICP-MS法測定食品中錫的含量，探討消解酸體系的選擇。稱取適量的樣品于消解管中，加入硝酸和不同的輔助酸，蓋上蓋子，放進微波消解儀進行微波消解。消解結束后，待消解管放冷后打開蓋子，于趕酸器加熱趕酸至剩下0.5 mL，將消化液轉移，定容后測定。同時做試劑空白，每個酸體系樣品3平行，每樣品測定3次。結果見表4。

表4 不同消解酸體系下錫含量的結果比較表（n=3）

根據標準物質證書，西紅柿醬T07330QC的指定值為138 mg·kg-1，參考值范圍117～159 mg·kg-1，試驗結果表明，單一硝酸和硝酸+過氧化氫酸體系結果偏低，而硝酸+硫酸，硝酸+鹽酸，硝酸+氫氟酸的測定結果均在參考值范圍內，且精密度較好。

有文獻研究指出，硝酸能把有機錫轉化為無機錫，但是不能溶解該過程中的反應產物β-錫酸（β-xSnO2·yH2O）或氧化錫（SnO2）沉淀，從而導致單一硝酸的消解酸體系結果偏低，準確性不高，因此不適合食品中錫含量的測定。過氧化氫是一種弱酸性的強氧化劑，與硝酸混合使用能促進有機物的徹底消解，但弱酸性導致無法溶解β-錫酸和氧化錫沉淀，從而結果偏低。而硫酸、鹽酸、氫氟酸在加熱的條件下能溶解氧化錫等，有助于提高消解溶液中錫的穩定性[19]。由于氫氟酸對皮膚有強烈刺激性和腐蝕性，可經皮膚吸收，呼吸道吸入進入人體，腐蝕骨骼、造血神經系統、牙齒等，對身體造成危害[21]，故應避免使用。因此，微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定食品中錫含量的酸體系優先選擇硝酸+硫酸和硝酸+鹽酸。

2.2 鹽酸、硫酸加入時間點研究

由2.1結果可知硝酸+鹽酸和硝酸+硫酸兩種酸體系在ICP-MS法測定食品中錫含量有較好的結果，但輔助酸不同的加入時間點對樣品的作用時間及作用效率有所不同，故以西紅柿醬T07330QC為研究對象，進一步探討輔助酸合適的加入時間點，結果見表5。

表5 輔助酸不同加入時間點下錫含量的結果比較表（n=3）

結果表明，硝酸+鹽酸體系中，不預反應和預反應前加入鹽酸的時間點的結果均偏低，不適合測定食品中錫的含量。預反應后補加鹽酸，再微波消解的結果較為理想，適合測定食品中錫的含量。對于鹽酸不同的加入時間測定結果不同的原因推測。①不經過預反應，樣品本身的消解效果不理想。②預反應前加入鹽酸再和硝酸形成混合二元酸體系于120 ℃加熱進行預反應，由于0%～20%鹽酸的沸點在100～108 ℃，鹽酸與錫形成四氯化錫，其沸點為114 ℃，過高的溫度會導致四氯化錫的損失，從而導致錫含量結果偏低。因此，若采用此方式加入鹽酸應降低預反應溫度，同時微波消解后的試樣也應避免過高的趕酸溫度。有文章研究發現不同的趕酸方式對錫含量的測定結果有影響，于90 ℃趕酸最為適宜[16,19]。③預反應后補加鹽酸，再進行微波消解結果理想。但在操作過程中需要注意，待消解罐放冷至室溫后，再加鹽酸，否則，過熱的消解液溫度可能導致鹽酸的揮發，從而鹽酸濃度減低，消解效果下降，結果偏低。

在硝酸+硫酸體系中，兩個加入時間點的結果都較為理想且精密度良好，但在操作過程中，由于最后定容時消化液中硫酸含量較多，加入超純水定容時易出現沸騰的現象，存在一定危險，不建議使用。

本研究前處理方法最終采用微波消解法進行樣品前處理，其處理過程為稱取適量樣品于微波消解內罐中，加入5～7 mL硝酸，室溫下加蓋放置過夜，加入1 mL鹽酸并盡快旋緊罐蓋，按照微波消解儀標準操作步驟進行消解。冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內蓋，將消解罐放在趕酸器上，于90 ℃加熱30 min趕去棕色氣體，用水轉移并定容至50 mL，混勻備用。同時做空白試驗。

2.3 待測元素錫和內標元素的選擇

以西紅柿醬T07330QC為研究對象，試樣經消解后，由電感耦合等離子體質譜儀測定。以錫的特定質量數（質荷比，m/z）定性，采用外標法，以待測元素質譜信號與內標元素質譜信號的強度比與待測元素的濃度成正比進行定量分析，探討測定食品中錫元素含量的待測元素質量及內標元素的選擇。

錫自然條件下存在10種質量數，各質量數的豐度及干擾元素見表6。以錫的10種質量數為待測元素，分別用Sc、Ge、Y、Rh、Re、Bi這6種為內標元素進行結果校正，結果見表7。試驗結果表明，各組結果均在標示值117～159 mg·kg-1范圍內，試驗結果可接受。綜合考慮錫的豐度及其干擾元素，推薦優先使用自然豐度最大且無同位素干擾的118為待測元素質量數，其次為117、119及120。考慮內標元素對待測元素錫無干擾，質量數與待測元素接近，電離能與待測元素相近原則，優先選擇103Rh為內標元素，錫元素與內標元素的性質見表8。

表6 自然條件下各元素質量的豐度表（單位：%）

表7 待測元素和內標元素的測定結果表（n=7，mg·kg-1）

表8 錫元素與內標元素的性質表

（續表7）

2.4 標準曲線與方法檢出限

配制濃度為0.00 μg·L-1、1.00 μg·L-1、5.00 μg·L-1、10.00 μg·L-1、20.00 μg·L-1、50.00 μg·L-1、100.00 μg·L-1和200.00 μg·L-1的錫標準溶液系列，以118和120為待測元素，以72Ge、89Y、103Rh、185Re為內標元素，用ICP-MS測定11份樣品空白，計算樣品空白的標準偏差，以10倍標準偏差與標準曲線的斜率的比值為儀器的定量限，樣品以稱樣量0.5 g，定容體積50 mL計算，得到方法定量限，結果見表9。118Sn和120Sn以不同元素為內標在0.00～200.00 μg·L-1范圍內線性良好，方法定量限在0.059～0.080 mg·kg-1，相較于《食品安全國家標準 食品中錫的測定》（GB 5009.16—2014）第一法定量限2.5 mg·kg-1和第二法定量限20 mg·kg-1定量限低。

表9 不同質量數和內標元素的標準曲線和定量限表

2.5 介質酸度對結果的影響

我國標準《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中規定采用鍍錫薄板容器包裝的食品（飲料類、嬰幼兒配方食品、嬰幼兒輔助食品除外）、飲料類及嬰幼兒配方食品、嬰幼兒輔助食品中錫的限量指標，分別為250 mg·kg-1、150 mg·kg-1和50 mg·kg-1。以稱樣量為0.5 g，定容體積為50 mL計算，超限量樣品的上機測試濃度為500～2 500 μg·L-1，因此超限量樣品采用ICP-MS測定時需要經過一定稀釋過程。

配制濃度為10 μg·L-1和100 μg·L-1的標準溶液10 mL，分別按不同的加入量加入硝酸及鹽酸，測定其濃度，計算實測值與理論值的比率，以探討不同的介質酸對結果的影響，結果見表10～表11。

表10 10 μg·L-1標準溶液不同酸介質的回收率結果表（單位：%）

表11 100 μg·L-1標準溶液不同酸介質的回收率結果表（單位：%）

結果表明，試驗中的硝酸-鹽酸的不同介質酸度對結果無明顯影響，均可使用。當硝酸-鹽酸-水的體積百分比為5∶1∶94時，結果理想，且參考歐盟標準BS EN 15765：2009，故當試樣溶液中錫含量超出標準曲線范圍，采用體積百分比為5∶1∶94的硝酸-鹽酸-水混合溶液進行樣液稀釋，即酸濃度為5%硝酸+1%鹽酸。

2.6 方法準確度、精密度和儀器比對

對柑橘葉、典型飲食、果汁等不同基質的標準參考物質及盲樣樣品進行7次平行測定，計算平均值和精密度，考察方法的準確度和精密度，結果見表12。采用不同型號的ICP-MS對4種參考物質進行測定，考察不同儀器型號的測定結果是否存在差異，結果見表13。

表12 7800不同樣品的測定結果表（n=7，單位：mg·kg-1，mg·L-1）

表13 儀器比對結果表（單位：mg·kg-1，mg·L-1）

試驗結果表明，精密度試驗中所有標準參考物質的測定結果均在標示值范圍內，且所有樣品的精密度均＜5%，滿足《實驗室質量控制規范 食品理化檢測》（GB/T 27404—2008）對于精密度的要求。采用SPSS軟件，對3種不同儀器型號的測定結果進行單因素方差分析檢驗，結果為F=0.012，P=0.998＞0.05，表明結果無統計學意義，不同儀器型號的測定結果無顯著性差異。

2.7 加標回收試驗

以柚子、午餐肉和海魚罐頭為樣品進行低中高3水平的加標回收試驗，結果如表14所示，加標回收率在98.4%～115.6%，滿足《實驗室質量控制規范食品理化檢測》（GB/T 27404—2008）對于回收率的要求。

表14 加標回收試驗結果表（n=3）

2.8 方法比對

按照現行的《食品安全國家標準 食品中錫的測定》（GB 5009.16—2014）中氫化物原子熒光光譜法和苯芴酮比色法兩種方法的要求，以及文獻研究的ICP-OES法[19]和本研究建立的ICP-MS法對果汁T07321QC和蔬菜泥T07323QC標準參考物質及奶粉樣品中的錫含量進行測定，結果見表15。

表15 方法比對結果表（n=7）

采用SPSS軟件，對4種檢測方法的測定結果進行單因素方差分析檢驗，結果為F=0.009，P=0.999＞0.05，表明結果無統計學意義，4種檢測方法的測定結果無顯著性差異。

3 結論

本文建立了微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定食品中錫含量的方法。采用加入5～7 mL硝酸，室溫下加蓋放置過夜，加入1 mL鹽酸并盡快旋緊罐蓋，對樣品進行微波消解前處理，于90 ℃趕酸，定容后待測。ICP-MS以118Sn為待測元素，103Rh為內標元素對食品中錫含量進行測定。本方法線性范圍為0～200 μg·L-1，相關系數大于0.999，方法檢出限為0.073 mg·kg-1，多種基質樣品的結果相對標準偏差＜5%，加標回收率在98.4%～115.6%。本方法操作簡便，線性良好，靈敏度高，結果準確，適用于食品中錫含量的測定，建議納入國家標準測定方法中作為日常檢驗食品中錫的分析方法。