快速濕法消解—電感耦合等離子體發射光譜法測定嬰幼兒配方乳粉中9種礦物元素

陳 惠 郭星辛 彭佳莉 陶利萍 吳海智

(湖南省產商品質量檢驗研究院， 湖南 長沙 410000)

嬰幼兒乳粉通常被用來作為母乳的第一替代品[1-2]，因為其科學合理的配方能夠滿足嬰兒日常營養需求，確保嬰兒健康成長[3-6]。每個階段的配方奶粉中既包括鈉、鉀、鈣、鎂、磷等常量元素，也包括鐵、鋅、銅、錳等微量元素[7]，配方中這些元素含量和配比對乳粉營養的均衡和嬰兒的生長發育過程起著至關重要的作用[8-9]。目前，主要采用GB 5009.268—2016《食品國家安全標準 食品中多元素的測定》中電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-OES)測定嬰幼兒配方乳粉中的營養元素，該方法中的樣品前處理方法有微波消解法、壓力罐消解法和濕式消解法。3種方法均通過加酸將樣品中的有機物徹底氧化，得到澄清透明的消解液后再上機檢測。3種方法耗時長，設備成本高，尤其是用酸量大(均達到了5 mL及以上)，由此產生的廢酸、廢水對環境的影響程度也相應增大。研究擬采用快速濕法消解嬰幼兒配方乳粉，使礦物元素溶出，利用ICP-OES技術檢測礦物元素，以期為嬰幼兒乳粉中礦物元素檢測前處理分析提供技術支撐。

1 材料和方法

1.1 儀器與試劑

石墨消解儀：GM2000型，北京萊伯泰科儀器股份有限公司；

電感耦合等離子體發射光譜儀：ICPE9820型，日本島津公司；

硝酸：優級純，蘇州晶瑞化學股份有限公司；

鉀、鈣、鈉、鎂、銅、鋅、錳、鐵、磷單元素標準溶液：1 000 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；

嬰幼兒配方乳粉標準品：T18101QC，英國弗帕斯有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品前處理 稱取0.5 g左右的樣品于50 mL聚丙烯平底定量瓶中，加入2 mL濃硝酸，蓋上瓶蓋并擰松半圈，放入石墨消解儀進行消解，消解完成后，冷卻，用超純水定容至50 mL，混勻備用。試劑空白試驗按樣品前處理步驟同步處理。

1.2.2 檢測方法 按GB 5009.268—2016中ICP-OES法對嬰兒配方乳粉樣品和嬰兒乳粉標準物質中的9種礦物元素的含量進行測定，測定條件：功率1 200 W；等離子氣流量10.00 L/min；輔助氣體流量0.60 L/min；載氣流量0.70 L/min。其分析譜線和觀測方式見表1。

表1 待測元素分析譜線和觀測方式Table 1 Spectral lines of elements to be tested and observation method

1.2.3 標準工作曲線 標準系列溶液采用(5+95)的硝酸溶液逐級稀釋配置，將鈉、鉀、鈣、磷、鎂、鐵、鋅、銅、錳配置成所需質量濃度的混標，各元素質量濃度標準系列見表2。

表2 標準工作曲線中各元素質量濃度Table 2 Concentration of each element in different standard curve mg/L

1.2.4 消解條件的確定

(1) 消解溫度：稱取3份六平行等量的嬰幼兒配方乳粉標準物質(T18101QC)于50 mL的聚丙烯塑料平底定量瓶中，加入2 mL濃硝酸，由于聚丙烯材質特性，溫度超過120 ℃，定量瓶易變軟變形，所以消解溫度設置為80，100，120 ℃，消解完成后，直接用超純水定容到50 mL。混勻后上機測試。

(2) 消解時間：稱取4份六平行0.5 g左右的嬰幼兒配方乳粉標準物質(T18101QC)于50 mL的聚丙烯塑料平底定量瓶中，加入2 mL濃硝酸，在120 ℃的溫度下分別消解30，60，90，120 min，消解完成后，直接用超純水定容到50 mL。混勻后上機測試。

1.2.5 樣品溶液對儀器穩定性的影響 儀器開機，點燃等離子體，穩定30 min后測定標準工作曲線，然后將120 ℃ 下消解90 min的標準物質消解液導入儀器中，每間隔6 min測量1次，共測量10次，用10次間隔測量值得到的相對標準偏差表示儀器長期穩定性。

2 結果與分析

2.1 標準曲線和檢出限

以待測元素的質量濃度為橫坐標,響應值為縱坐標,得標準曲線、線性方程及相關系數。由表3可知,9種元素的質量濃度與響應值的線形關系均良好,相關系數均>0.999 9,滿足定量分析的要求。方法檢出限為樣品試劑空白測定11次響應值的3倍標準偏差，各元素檢出限見表3。

表3 標準曲線和方法檢出限Table 3 Standard curves and detection limits (n=11)

2.2 消解條件優化

2.2.1 消解溫度 由表4可知，3種溫度條件下均能取得不錯的消解效果。樣品消解的目的是將其含有的金屬從基體中分離出來，形成可溶性的鹽類。硝酸是一種氧化性酸，濃度越高，氧化性越強，消解溫度越高，氧化性也會越強，可以將大多數金屬溶解成為可溶性的硝酸鹽類[10]。然而嬰兒配方乳粉中的9種礦物元素存在形式一般為氯化鈉、氯化鉀、硫酸亞鐵、硫酸銅、硫酸錳、碳酸鈣、硫酸鎂、硫酸鋅、磷酸氫鈣等，這些鹽類均能較好地溶于水或者酸。因此，在較低的消解溫度下，也能獲取準確的檢測數據。但為了減少樣品中的有機質對儀器進樣系統帶來的污染，建議首選溫度為120 ℃。

表4 不同消解溫度下9種元素的含量Table 4 Contents of nine elements at different digestion temperatures(n=6) mg/kg

2.2.2 消解時間 通過對比不同消解時間下嬰幼兒配方乳粉標準品(T18101QC)中9種礦物元素的含量(表5)可知，90 min后消解效果較為穩定。消解30 min或60 min后定容，平底定量管底部還有少量的較為明顯的未被消解的乳粉固體，這些固體可能會導致被測元素存在微量的包裹現象，加上溶液黏度偏大，對儀器霧化過程、霧化粒徑、氣溶膠的傳輸及溶劑的蒸發均有影響[11]，從而導致了數據的不穩定。

表5 不同消解時間下9種元素的含量Table 5 Contents of nine elements at different digestion temperatures (n=6) mg/kg

從表6可以看出，盡管樣品中的有機質未能消解透徹，有可能對儀器采樣錐錐口造成碳的沉積但并未影響數據的穩定性，相對標準偏差均能控制在5%以內。

表6 消解液對儀器穩定性的影響Table 6 Influence of digestion solution on instrument stability (n=10)

2.3 方法的準確度

由表7可知，9種元素的測定值均在特性值范圍內，其偏差在3%以內，表明低溫消解過程均能將這些元素溶出，精密度和準確度均較高，符合分析要求。

表7 標準樣品的特性值與測定值Table 7 Characteristic values and measured values of the reference materials in infant formula milk powder (n=6)

2.4 嬰兒配方乳粉樣品的測定及加標回收率

選取市售某品牌嬰幼兒配方乳粉樣品,用上述試驗所得的消解條件進行前處理，對待測元素進行加標回收試驗。由表8可知，加標回收率為95.0%～102.0%，完全符合GB/T 27404—2008《實驗室質量控制規范食品理化檢測》附錄F.1規定的要求。

表8 樣品加標回收率Table 8 Spiked recovery rates of elements in a sample (n=6)

3 結論

建立了一種嬰幼兒配方乳粉中礦物元素溶出前處理方法——快速濕法消解。嬰幼兒配方乳粉標準物質(T18101QC)及樣品加標回收試驗表明，在消解溫度120 ℃、消解時間90 min條件下進行濕法消解完全能夠將乳粉中的9種礦物元素溶出，其準確度和回收率均滿足分析要求。該方法的優點在于：① 加酸量少，同樣的稱樣量與微波消解相比，加酸量約減少了60%；與濕法消解相比，加酸量減少80%或以上。② 消解試劑種類單一，僅需加入濃硝酸即可。與微波消解、濕法消解相比，無需加入雙氧水、高氯酸等。③ 操作簡便。與微波消解、濕法消解相比，該前處理方法消解過程中無需補加酸，消解完成后無需水浴加熱趕酸或超聲脫氣，無需轉移定容。④ 設備成本低。該方法的前處理設備為石墨消解儀，且無需消解罐，其設備成本約為微波消解儀的20%或更低。綜上，研究建立的快速濕法消解是一種較為高效快速的前處理方法。

后續可進一步研究快速濕法消解對于食品中元素檢測的普適性，為以后制定食品中元素檢測標準方法提供參考。