基于微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法同時測定飼料中22種元素含量的方法研究

鐘名琴，黃婷，陳彤，丁燕玲，何玉榆，譚磊

摘? 要：采用電感耦合等離子體發射光譜技術建立了飼料中釩、錫、銻、鈷、硒、鉬、鈦、鍶、鋰、鐵、銅、鋅、錳、鎳、鋁、鋇、硼、鈣、鎂、鈉、鉀、磷等元素的測定方法。樣品前處理采用HNO3-H2O2體系進行微波消解，在優化的條件下，所建立的方法靈敏度好，檢出限在0.011 4～13.7 mg/kg，優于或相當于相應的國家標準方法；線性范圍寬，相關系數均高于0.999；精密度好，相對標準偏差小于7.0％（n=6），加標回收率在65.00％～108.7％。運用所建立的方法對其他飼料產品的適用性進行驗證，測定結果令人滿意。試驗證明該方法簡單、快速、高效，可用于配合飼料、濃縮飼料、預混合飼料、飼料原料等基質中22種元素的同時快速測定，為飼料中多元素質量控制的理想分析法。

關鍵詞：電感耦合等離子體發射光譜法；微波消解；飼料；微量元素；同時測定

中圖分類號：S859.84 文獻標志碼：A 文章編號：1001-0769（2022）05-0058-09

飼料是現代畜牧業的物質基礎，是向動物提供營養、保證動物產品品質的必需投入品。飼料質量的安全不僅關乎著養殖業發展，而且關乎著畜禽產品質量的安全，與人民的身體健康息息相關[1]。微量元素在確保飼料質量方面占據了重要的位置，像是一把雙刃劍。如鎂、錳、鐵、銅、鋅、硒等元素是動物維持正常生理機能所必需的礦物質元素，適量使用能起到維持動物正常生理機能、幫助新陳代謝以及促進生長發育、繁殖、免疫等作用[2]，但是缺乏或者過量使用這些元素會影響動物的健康，使動物發生中毒[3-5]。日糧所含必需礦物元素的多少會影響動物的飼料利用率，還會由于各種元素的比例失調導致畜禽發生各種營養性疾病[6]。另外，礦物質元素造成的環境污染及它們在動物肝臟和腎臟等器官內累積可能會通過食物鏈危害消費者的健康。農業農村部對鐵、鋅、錳、碘、鈷、硒等微量元素和鈉、鈣、磷、鎂等常量元素在動物的配合飼料或全價混合日糧中的最高限量有明確的規定[7]。因此，對飼料中微量元素含量的檢測、監測和控制是非常必要的，對動物飼養、市場監管等具有重要意義。

目前，有關飼料中微量元素的檢測方法主要采用原子吸收光譜法[8-9]、原子熒光光譜法[10-11]、分光光度法[12-13]、滴定法[14]等，這些方法只能同時測定一種或幾種元素，即便是多種微量元素同時前處理，上機檢測時也需對各種微量元素逐項測定，操作步驟繁瑣、分析周期長，有些微量元素的檢出限也不夠理想，不能實現多種元素的同時測定[15]。另外，前處理方法多數采用干灰化法[16]、濕法消解[17]等開放式體系，消耗試劑多，受空氣暴露污染影響大，采用傳統的干灰化法時被測成分易受污染或損失。

本文利用電感耦合等離子體發射光譜儀（inductively coupled plasma-optical emission spectrometry，ICP-OES）所具有的抗干擾能力強、分析速度快、檢出限低、精密度和準確度高、線性范圍廣、適用于多種元素同時測定等特點，建立了一種微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法，可同時快速測定飼料中釩（vanadium，V）、錫（stannum，Sn）、銻（stibium、Sb）、鈷（cobalt、Co）、硒（selenium、Se）、鉬（molybdenum、Mo）、鈦（titanium、Ti）、鍶（strontium、Sr）、鋰（lithium、Li）、鐵（ferrum，Fe）、銅（copper，Cu）、鋅（zinc，Zn）、錳（manganese，Mn）、鎳（nickel，Ni）、鋁（aluminium，Al）、鋇（barium，Ba）、硼（boron，B）、鈣（calcium，Ca）、鎂（magnesium，Mg）、鈉（natrium，Na）、鉀（kalium，K）、磷（phosphorus，P）22種微量元素。采用密閉消解體系的微波消解技術，能大大縮短溶樣時間，消耗溶劑少，避免揮發損失和樣品污染，提高分析的準確度和精密度，還能極大程度地降低人工勞動強度，改善工作環境[18]。該方法操作簡便且高效，是一種方便、快速、可進行批量檢測的方法，能很好地滿足大批量樣品同時快速檢測多種微量元素的工作需求，為相關監管部門開展飼料質量安全評估、從源頭排除掌握風險因子提供可靠的技術支撐，促進畜禽飼養的綠色可持續發展。

1? 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1儀器與設備

Agilent 5110電感耦合等離子體發射光譜儀由美國Aglient公司生產，梅特勒XS105DU天平 （感量為0.1 mg）購自瑞士梅特勒-托利多公司，CEM MARS 6微波消解儀（配有聚四氟乙烯消解內罐）制造商為美國CEM公司，BHW-09C可調式控溫電熱板由上海博通化學科技有限公司提供，Milli-Q Integral 3型超純水儀購自美國millpore公司。

聚四氟乙烯消解內罐和所有使用的玻璃器皿在使用前需用硝酸溶液浸泡過夜，用自來水反復沖洗后，用一級水沖洗干凈并晾干。

1.1.2試劑與材料

除非另有說明，本方法所用試劑均為優級純，水為按GB/T 6682-2016《分析實驗室用水規格和試驗方法》規定的一級水。

硝酸（HNO3）為優級純或更高純度；30％過氧化氫（H2O2），氬氣（Ar）為含量≥99.995％的氬氣或液氬。

硝酸溶液：取50 mL硝酸，緩慢加入950 mL一級水中，混勻。

微量元素貯備液 （1 000 mg/L）：釩、錫、銻、鈷、硒、鉬、鈦、鍶、鋰、鐵、銅、鋅、錳、鎳、鋁、鋇、硼、鈣、鎂、鈉、鉀、磷，采用經國家認證并授予標準物質證書的單元素或多元素標準貯備液。

0.45 μm水相針式濾膜（聚醚砜）。

1.2 樣品制備

對于固體產品：用四分法縮減至250 g左右，研磨樣品直至能全部通過1 mm的篩，混勻，將不少于100 g的試樣量裝入密閉廣口容器，立即密封。

對于液體或半液體產品：用機械攪拌器或均質器，將樣品充分混合后裝入清潔干燥的樣品容器（最好是玻璃或塑料材質）中，密封保存。

保存試樣，應使樣品的變化量最小，干燥條件下避光保存、備用。

1.3 混合標準工作液的配制

精確吸取適量單元素標準貯備液或多元素混合標準貯備液，依據樣品溶液中元素質量濃度水平，用硝酸溶液逐級稀釋配成混合標準系列工作溶液。

1.4 試樣消解

稱取飼料樣品0.2～0.5 g （精確至0.001 g）于聚四氟乙烯消解內罐中，加入5～7 mL硝酸，加蓋放置過夜后，加入2 mL 30％H2O2，旋緊罐蓋，按照微波消解儀標準操作步驟進行消解（消解參考條件見表1）。冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內蓋，將消解罐于可調式控溫電熱板上150 ℃趕酸30 min后取下冷卻，將消解液移入50.00 mL容量瓶中，并用少量水多次潤洗，洗液合并于容量瓶中，定容至刻度，混勻備用（視樣液澄清情況考慮是否需經0.45 μm水相針式濾膜過濾），同時做試劑空白。

1.5 ICP-OES參考條件

優化儀器操作條件，使待測元素的靈敏度等指標達到分析要求。編輯測定方法，選擇各待測元素合適分析譜線。

儀器操作參考條件如下：

◇觀測方式：軸向觀測方式。若儀器具有雙向觀測方式，高濃度元素如鈣、鎂、鉀、鈉、磷等采用徑向觀測方式，其余采用軸向觀測方式。

◇功率：1 150 W。

◇等離子氣流量：15 L/min。

◇輔助氣流量：0.5 L/min。

◇霧化氣氣體流量：0.60 L/min。

◇分析泵速：50 r/min。

各元素推薦使用的分析譜線波長見表2。

1.6 標準曲線的制作

將標準系列工作溶液注入電感耦合等離子體發射光譜儀中，測定待測元素分析譜線的強度信號響應值，以待測元素的濃度為橫坐標，分析譜線強度響應值為縱坐標，繪制標準曲線。回歸曲線的線性相關系數應≥0.995。各元素供參考的質量濃度范圍見表3。

2? 結果與討論

2.1 標準曲線

按方法條件設置儀器參數，待儀器穩定后供電感耦合等離子體發射光譜儀測定，以濃度為橫坐標，響應值為縱坐標，繪制標準工作曲線。如表3所示，V、Sn、Sb、Co、Se、Mo、Ti、Sr、Li的標準溶液系列質量濃度分別為0.00 mg/L、0.05 mg/L、0.20 mg/L、0.50 mg/L、0.80 mg/L和1.00 mg/L；Fe、Cu、Zn、Mn、Ni、Al、Ba、B的標準溶液系列質量濃度分別為0.00 mg/L、0.25 mg/L、1.00 mg/L、2.50 mg/L、4.00 mg/L和5.00 mg/L；Ca、Mg、Na、K、P的標準溶液系列質量濃度分別為0.00 mg/L、2.50 mg/L、10.0 mg/L、25.0 mg/L、40.0 mg/L和50.0 mg/L。從表4可以看出，各元素的標準工作溶液線性范圍寬，在對應濃度范圍內線性良好，標準曲線相關系數均在0.999以上，能很好地滿足實際飼料產品中22種元素含量覆蓋濃度范圍寬的分析需求。

2.2 方法檢出限確定

在優化確定的實驗條件下，取樣品的試劑空白溶液，進行20次平行測定。根據各樣品檢測值計算出20次平行測定結果響應值的標準偏差Sb，按公式（k×Sb×V）/（b×m） （k為置信因子，一般檢出限取3、定量限取10；V為定容體積，mL；b為方法校準曲線的斜率；m為試樣質量，g）計算所建立方法的檢出限（limit of detection，LOD）和定量限（limit of quantification，LOQ）。如表5所示，測得22種元素的方法檢出限均低于14 mg/kg，方法定量限均低于46 mg/kg，靈敏度優于或相當于相應國家標準方法規定的檢出限或定量限值。

2.3 方法回收率和精密度驗證

試樣的加標濃度取決于飼料本底中各元素含量的高低，過高的本底值會影響加標回收的結果。選取具有代表性的預混合飼料作為測試對象，進行3個不同濃度水平的加標回收試驗，同一濃度水平做6次平行試驗，分別進行不同濃度的加標回收試驗，以考察方法的正確度和精密度。按上述1.4方法進行處理，處理好的樣液供電感耦合等離子體發射光譜儀測定。樣品中22種元素的添加濃度、平均回收率和相對標準偏差結果詳見表6。

根據表6中回收率和相對標準偏差結果可發現，該方法的重復性好、準確度高，預混合飼料中釩、錫、銻、鈷、硒、鉬、鈦、鍶、鋰、鐵、銅、鋅、錳、鎳、鋁、鋇、硼、鈣、鎂、鈉、鉀、磷不同濃度水平的加標回收試驗的回收率基本在80％以上，分別為99.50％～104.2％、65.00％～102.8％、87.50％～101.8％、98.00％～102.5％、85.00％～100.5％、95.00％～104.4％、97.75％～102.5％、92.50％～100.6％、82.50％～98.25％、83.47％～93.73％、88.78％～100.0％、81.25％～96.25％、88.15％～98.75％、88.75％～100.0％、89.45％～105.0％、88.10％～98.75％、81.25％～91.25％、81.00％～108.7％、99.55％～107.7％、83.62％～98.00％、93.00％～103.3％、92.72％～107.0％；相對標準偏差均小于7.0％。

2.4 方法驗證

鑒于不同飼料產品的基質存在差異，分別對其他典型的飼料產品，如配合飼料、濃縮飼料、飼料原料等，結合各元素本底值情況分別選擇合適濃度點進行加標回收試驗，以考察方法在不同飼料產品基質間的適用性。應用本文建立的方法分別對配合飼料、濃縮飼料和飼料原料中22種元素進行雙平行加標回收試驗，結果見表7。從表7的數據可知，本文所述方法對各種飼料產品中22種元素測定結果回收率范圍為73.9％～123％，相對偏差均小于6.9％，能滿足對大量不同基質類別的飼料產品中多種元素同時快速測定的要求。

3? 結論

本方法采用密閉消解體系的微波消解-電感耦合等離子發射光譜法對飼料中釩、錫、銻、鈷、硒、鉬、鈦、鍶、鋰、鐵、銅、鋅、錳、鎳、鋁、鋇、硼、鈣、鎂、鈉、鉀和磷22種元素進行測定。方法步驟簡化、分析速度快、檢出限低、線性范圍寬，靈敏度、精密度及準確度高，綠色節約，受干擾或損耗少。經試驗證明，該方法能適用于配合飼料、濃縮飼料、預混合飼料、飼料原料等不同飼料產品中多種元素的同時測定，為飼料的批量檢測提供強有力的技術支撐，對飼料產品的質量安全監管及畜禽飼養業的健康綠色發展具有重要的指導意義。

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