微波消解-電感耦合等離子體質譜法同時測定嬰幼兒配方奶粉中9 種元素

許文琪，趙華楠，劉華，王詩凝，李邦進，李光偉，許錦華

（國家加工食品質量監督檢驗中心（福州）福建省產品質量檢驗研究院，福州 350002）

0 引 言

嬰幼兒配方奶粉是嬰幼兒除母乳外攝取營養物質的主要來源之一[1]。是嬰幼兒健康成長的重要營養保障[2]。嬰幼兒配方奶粉中營養元素如鈣、鐵、鋅、錳、銅、鉀、碘等，是有利于嬰幼兒的身體及智力發育的重要物質[3]，攝入的礦物質元素過多或者過少，均會危害嬰幼兒身體健康[4-7]。因此，嬰兒配方奶粉中營養元素的檢測十分重要。

目前我國嬰幼兒配方奶粉中營養元素檢測的主要方法為原子吸收光譜法、電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）、電感耦合等離子體質譜法（ICPM S）[8-13]。由于奶粉中各營養元素的樣品前處理方法不一[14-15]，使用的分析儀器不同，檢測方法多樣[16-20]，導致嬰幼兒配方奶粉中各元素含量的檢驗周期較長。部分元素用同一種前處理方法和同一種分析儀器進行同時測定，則可大大縮短檢驗時間[19]，以滿足生產質量控制中快速、大批量檢測的需求。因此，奶粉中多元素的同時檢測成為奶粉分析檢測領域的重點研究對象。目前，檢驗嬰幼兒配方奶粉中鈣、鐵、鋅、錳、銅、鉀、碘等營養元素分為2 個標準，分別為GB 5009.267—2020《食品安全國家標準食品中碘的測定》第一法和GB 5009.268—2016《食品安全國家標準食品中多元素的測定》第二法[13,21]。其中，碘與鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅等其他元素的常規檢測不能同時進行，需要至少2次前處理，2 種儀器，耗時3 d 以上，這使得奶粉中營養元素的檢測效率明顯降低。因此，有必要建立嬰幼兒配方奶粉中多元素快速、準確、靈敏的分析方法。本研究建立了ICP-M S 同時檢測嬰幼兒配方奶粉中總碘、鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅9 種元素的新方法。本方法前處理簡單，檢測周期短，檢測效率高、靈敏度高、檢出限低、選擇性好，為嬰幼兒配方奶粉中的多元素快速檢測提供了簡單高效的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

硝酸（優級純），德國CNW 公司；氬氣（≥99.995%）、氦氣（≥99.995%）、25%四甲基氫氧化銨水溶液（分析純）、TM AH，過氧化氫溶液（分析純），國藥集團化學試劑有限公司；嬰配方奶粉質控樣，中國檢驗檢疫科學研究院測試評價中心；奶粉，市售。

碘的單標儲備液（1 000 μg/m L），鉀、鈉、鈣、鎂混合標準儲備液（100 μg/m L），銅、錳、鐵、鋅混合標準儲備液（1 000 μg/m L），鈧元素標準溶液（1 000 μg/m L），鍺元素標準溶液（1 000 μg/m L），銦元素標準溶液（1 000 μg/m L），錸元素標準溶液（1 000 μg/m L），鋰、釔、鈰、鉈、鈷混合溶液（1.0 ng/m L），均購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 主要儀器

BSA224S 電子天平，德國賽多利斯科學儀器有限公司；M ars.6 微波消解儀，美國CEM 公司；7700E 電感耦合等離子體質譜儀，美國安捷倫公司。

1.3 樣品制備

1.3.1 試劑配制

5% 硝酸溶液：硝酸和水按照V（硝酸）∶V（水）=5∶95 比例配置。

5% TM AH 溶液：取50 m L 25% TM AH 溶液，用水稀釋定容至250 m L。

配置液：取硝酸、25% TM AH 溶液和水按照V（硝酸）∶V（25% TM AH）∶V（水）=3∶10∶37 的比例制成配置液，用于配制標準溶液和稀釋樣品溶液。

1.3.2 樣品前處理

準確稱取0.2 g（精確至0.001 g）樣品，加入2 m L水、3 m L 硝酸、1 m L 過氧化氫置于聚四氟乙烯消解管內，旋緊罐蓋，經微波消解儀消解。冷卻靜置過夜，加入10 m L 25% TM AH，混合均勻，轉移至50 m L 比色管中，用水沖洗消解管內壁3 次，一并轉移至比色管中，定容、搖勻。同時做空白試驗。

1.3.3 標準溶液配置

吸取適量碘標準儲備液，用配置液逐級稀釋成0.100、0.500、1.0、5.00、10.0、20.0 μg/L 的碘標準使用液，吸取適量鉀、鈣、鈉、鎂混合標準儲備液，用5%硝酸溶液逐級稀釋成2.00、5.00、10.00、20.00、50.00 m g/L的鉀鈣鈉鎂混合標準使用液，吸取適量銅、錳、鐵、鋅標準儲備液，用配置液逐級稀釋成2.00、5.00、10.00、20.00、50.00、100.00、200.00、500.00、1 000.00 μg/L 的銅錳鐵鋅混合標準使用液。

1.3.4 內標溶液配制

分別移取鈧、鍺、銦、錸元素標準溶液各100 μL，用5%硝酸定容至100 m L，配得1.00 m g/L 混合內標使用液。在線加入1.00 m g/L 混合內標使用液。

1.4 儀器條件

以1.0 ng/m L 鋰、釔、鈰、鉈、鈷混合調諧液對ICP-M S 進行優化調整。最佳儀器工作條件如下：射頻功率1 550 W，等離子氣流速15 L/min，載氣流速1.0 L/min，輔助氣流速1.0 L/min，氦氣流量4~5 m L/min，霧化器為高鹽/同心霧化器，溫度2 ℃；檢測模式：He碰撞池模式；檢測元素質量數：39K，43Ca，23N a，24M g，63Cu，55M n，56Fe，66Zn，127I；內標：45Sc，72Ge，115In，185R e。

2 結果與討論

2.1 前處理條件優化

國家標準中對碘元素檢測的前處理為使用四甲基氫氧化銨于（85±5）℃提取3 h，而奶粉內含有豐富的蛋白質、維生素等復雜成分，雜質會干擾目標化合物的定量，會出現提取率低，對截取錐造成污染等問題，從而影響檢測結果的準確性。目前已有研究通過采用鹽析法、沉淀蛋白法以達到去除雜質的目的，但其試劑為乙酸鋅和亞鐵氰化鉀，使用ICP-M S 檢測時會引入大量的鋅、鐵離子，易對儀器造成污染，且前處理步驟較為復雜費時[22-23]。有文獻報道單純提取碘的方法不能斷開碘與甲狀腺蛋白的結合和去除脂肪，由此造成含脂肪奶粉中碘含量的檢測結果偏低[24]。因此，本研究通過采用微波消解技術，并加入過氧化氫來改善雜質干擾、提取率低等問題。

2.1.1 消解時間的選擇

考慮微波消解時間不夠導致消解不充分對檢測結果產生的影響，需要對微波消解時間進行優化。將奶粉質控樣品分成4 組，設置不同的消解時間（10、15、20、25 min），比較不同時間的消解效果。結果表明，不同的消解時間下，樣品溶液澄清度和顏色有很大差異。消解時間低于20 min 的樣品溶液，顏色偏黃且有明顯的微粒殘留。而消解時間在20～25 min 時，奶粉樣品完全溶解，溶液清澈透明，沒有明顯微粒殘留，20 min和25 min 的測定結果沒有顯著差別。為提高檢測效率，本試驗消解時間以20 min 為最佳。

2.1.2 消解溫度的選擇

微波消解溫度設置過低會導致消解不充分，過高可能造成碘元素損失。因此，需要對消解溫度進行優化。本研究選用奶粉質控樣，按照步驟1.3.2 處理樣品，步驟1.4 條件檢測，測試不同消解溫度對各元素的影響。設置60、80、100、160、180、200 ℃6 個不同的消解溫度。結果表明：奶粉樣品在60、80、100 ℃的溫度下會有微粒殘留，消解不完全。在160 ℃至180 ℃的溫度下消解完全，各元素含量隨溫度的升高而增大。但在200 ℃的時候，碘含量卻開始有降低的趨勢，結果見圖1 所示。所以，綜合考慮各元素消解情況，本次實驗微波消解溫度設置為180 ℃為最佳。

圖1 消解溫度對奶粉質控樣中碘含量測定的影響

2.1.3 TM AH 濃度的選擇

奶粉中廣泛存在的元素在酸性條件下較為穩定，而碘在酸性溶液中容易生成碘化氫，極易造成碘含量的損失。丁玉龍等[25]通過加入氨水或氫氧化鈉調節提取溶液的酸度使碘與其他元素共存于弱堿性溶液中，但由于碘的記憶效應較大，極易對儀器造成堵塞和損耗。而TM AH 提取可在很大程度上消除ICP-M S 法測定碘的記憶效應[26]。因此，本研究選用奶粉質控樣，采用聚四氟乙烯消解罐消解，TM AH 溶液作為提取液，測試不同濃度TM AH 溶液對各元素含量測定的影響。設置5 個不同濃度（分別加入0、5、10、15、20 m L的25%TM AH）的提取溶液，按照步驟1.3.2 處理樣品后，步驟1.4 條件檢測，結果如圖2 所示。結果表明，加入0~10 m L 25% TM AH 溶液，隨著25% TM AH 溶液加入體積的增加，碘的含量也隨之增加，而加入10 m L以上25%TM AH 溶液時，碘含量幾乎沒有變化。而對鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅8 個元素而言，加入0~20 m L 25%TM AH 溶液時，隨著25% TM AH 溶液加入體積的增加，含量幾乎無影響。由于TM AH 溶液有毒且有較強的腐蝕性，綜合考慮，本實驗選擇加入10 m L 25%TM AH 溶液時為最佳。

圖2 25%TMAH 加入量對奶粉質控樣中碘含量測定的影響

綜上，本實驗選擇微波消解溫度為180 ℃，消解時間20 min，加入10 m L 25% TM AH 溶液作為提取液為最佳的前處理實驗條件。

2.2 ICP-M S 條件的優化

奶粉基質比較復雜，各種元素含量不同，在儀器上的干擾不同。電感耦合等離子體質譜的干擾主要有質譜干擾和非質譜干擾，因此對儀器進行狀態調諧優化，采用氬氣保護消除質譜型干擾，同時在線加入內標元素消除基體干擾和信號漂移的影響，可克服非質譜型干擾，可以極大改善分析精度。為了使檢測結果準確可靠，測定過程中采用在線內標法。考慮到單個內標有時候不能完全準確地反應基體效應的影響，尤其是對空間電荷效應的校正，當質量數有所差距時，可能產生不準確校正。因此本實驗采用虛擬內標校正的方法，即將4 個內標元素的校正因子經過特定的擬合方式推算出一個虛擬的內標因子（VIS），這樣的校正方式可以提高定量的準確性。

2.3 標準曲線、相關系數及檢出限、定量限

在1.3.2 消解條件下，1.4 儀器工作條件下進行檢測。以元素的質量濃度作為橫坐標，元素與內標元素反應信號的比值為縱坐標，并繪出碘、鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅標準曲線，通過元素濃度x 和所得信號度CPS 比率y 進行回歸分析，得到回歸方程和相關系數；連續測定11 次空白溶液，根據測定值的3 倍標準偏差計算得到儀器檢出限。當試樣取樣量為0.2 g，定容體積為50 m L 時，計算方法的檢出限及定量限（按照儀器檢出限乘以稀釋倍數計算得出方法檢出限，3倍檢出限即為定量限），如表1 所示。

表1 各元素線性方程、相關系數及檢出限

2.4 方法回收率和精密度

在1.3.2 消解條件下，1.4 儀器工作條件下進行檢測。對奶粉樣品進行3 個不同濃度，6 平行水平加標回收試驗，計算RSD，結果如表2 所示。奶粉中各元素的加標回收率在85.7%～107%之間，表明該法能準確測定奶粉中的總碘、鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅9 種元素含量。相對標準偏差在0.06%～4.69%之間，表明該方法具有良好精密度。

表2 各元素加標回收試驗結果（n=6）

2.5 方法準確性驗證

在1.3.2 消解條件下，對嬰兒配方奶粉標準物質QC-IP-701 進行處理，在1.4 儀器工作條件下進行測定，對本方法的準確性進行評價。結果如表3 所示，9種元素測試值在均在證書值的范圍內，表明所建立的方法是準確可靠的。

表3 標準物質檢測結果

2.6 實際樣品的測定

選取市售的7 款嬰幼兒配方奶粉，在1.3.2 消解條件下，對樣品進行處理，在1.4 儀器工作條件下進行測定。同時，取相同樣品按照GB 5009.267—2020《食品安全國家標準食品中碘的測定》第一法和GB 5009.268—2016《食品安全國家標準食品中多元素的測定》第二法進行測定，與本實驗建立的方法進行比較，表4-表12 為7 款嬰幼兒配方奶粉樣品（n=6）中各元素含量測定的方法比較結果，且對所得結果采用G raphpad Instat 3.0 統計軟件分析，對樣本進行配對t-檢驗。

表4 鈉元素含量測定（mg/100 g）

表5 鎂元素含量測定（mg/100 g）

表6 鉀元素含量測定（mg/100 g）

表7 鈣元素含量測定（mg/100 g）

表8 銅元素含量測定（μg/100 g）

表9 錳元素含量測定（μg/100 g）

表10 鐵元素含量測定（mg/100 g）

表11 鋅元素含量測定（mg/100 g）

表12 碘元素含量測定（μg/100 g）

結果表明，本方法與食品安全國家標準方法比較，結果顯示相對誤差均小于10%，且對樣本進行配對t-檢驗，分析得9 種元素的P值均大于0.05，由此得出，本實驗方法與國標方法的檢測結果無統計學差異，表明本方法可適用于嬰幼兒奶粉中多元素含量的同時測定。

3 結 論

建立了微波消解-ICP-M S 法同時測定嬰幼兒配方奶粉中的總碘、鉀、鈣、鈉、鎂、銅、錳、鐵、鋅9 種元素的新方法。比較本方法與國標方法分別對市售的7款嬰幼兒配方奶粉中9 種元素進行的測定的結果，相對誤差均小于10%，且對樣本進行配對t-檢驗，分析得9 種元素的P值均大于0.05，本方法與國標方法的檢測結果無統計學差異，表明本方法可適用于嬰幼兒奶粉中多元素含量的同時測定。本方法極大縮短了檢測時間，提高了檢測效率，且具有較高的回收率和重現性，更為方便準確，并解決了雜質干擾以及提取率低等問題，為奶粉中多種元素的同時測定提供了一種新思路。