植物性食品中铝含量检测方案(等离子体质谱)

PerkinElmerFor the BetterPerkinElmer80 周年用户论文集 ICP-MS 法测定植物性食品中铝含量及其质量控制 蒙华毅，吴祖军，梁书怀 (广西壮族自治区疾病预防控制中心，南宁 530028) 摘要：采用微波消解法和密闭高压消解法同时对样品进行前处理，然后用电感耦合等离子体质谱法测定其中铝的含量。对两种方法的消解效果进行对比，结果表明： HNO3-H202-HF密闭高压消解体系可实现样品中铝的充分溶解，样品回收率为98.7%-105.1%，相对标准偏差为2.7%-4.2%。该方法消化彻底、操作安全简便，而且准确度高、精密度好，更适合大批量样品的处理。 关键词：微波消解法；密闭高压消解法；电感耦合等离子体质谱法；植物性食品；铝 Determination of Aluminum in Plant Food by InductivelyCoupled Plasma Mass Spectrometry and and Its Quality Control MENG Hua-yi， WU Zu-jun， LIANG Shu-huai(Guangxi Center for Disease Prevention and Control， Nanning 530028) Abstract： Two kinds of sealed high pressure digestion and microwave digestion were selected to digest sample.The concentration of aluminum in plant food was determined by inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS). The experimental results show that sealed high pressure digestion system (HNO3-H2O2-HF) allows thefull dissolution of aluminum in sample， by which the recovery of aluminum in sample is 98.7%-105.1%， and therelative standard deviation is 2.7% to 4.2%. The sealed high pressure digestion method has the advantages of easyand safe operation， good precision and high accuracy， which is more suitable for large quantities of sampleanalysis. Key words： Microwave digestion； Sealed high pressure digestion； ICP-MS； Plant food； Aluminum 食品安全是当前广受关注的社会热点问题，近年来频发的食物污染事件说明我国的食品还存在许多的安全隐患。而蔬菜瓜果等植物性食品作为人类膳食中必不可少的成分之一，是我们的主要营养来源，其质量直接关系到我们每一个人的生命健康。铝是一种高温、低毒元素，人体过量摄入后它可与细胞内的多种蛋白质、酶和三磷酸腺苷等结合，干扰细胞和器官的正常代谢，扰乱中枢神经，引发软骨病和老年痴呆症1-21。所以对食物中铝含量进行准确测定具有十分重要的意义。 目前，已报道用于食品中铝的测定方法主要有：分光光度法3-4]、原子吸收法⑤。分光光度法操作繁琐，干扰因素多，不适用于食品中痕量铝的测定；而使用原子吸收光谱法测定铝则需要很高的原子化温度，易造成石墨管的损坏，减少其使用寿命，而且铝在高温时容易与石墨管发生反应生成稳定的碳化物而难于原子化等困难，使得记忆效应大。这些方法均不能满足大批量样品的快速、准确的检测。 电感耦合等离子体质谱法是20世纪发展起来的一种快速的痕量分析技术，由于其兼具灵敏度和精密度高，，干扰少、检出限低，并且可实现多元素的同时分析等优点，所以备受分析工作者的青睐，现已在水、食品和香料方面得到广泛应用16-10]。食物中的铝元素由于部分以硅酸盐形式存在，普通的消解方法往往较难使其彻底解离，并且容易引入污染，所以试样前处理使用的消解方法与消化程度对测定结果的准确性及重现性影响非常大，为了能找到一种适合于植物性食品中铝测定的前处理方法，实验以国家一级标准物质为样品，采用不同的消解方法对样品进行前处理，然后使用电感耦合等离子体质谱法测定出样品中铝含量，比较不同的消解前处理方法对测定结果的影响，得出用电感耦合等离子体质谱法测定青菜中铝的最佳样品前处理方法，为青菜中铝的测定提供科学的依据。 2实验部分 2.1仪器与试剂 NexION 300D 电感耦合等离子体质谱仪(美国 PerkinElmer 公司)；密闭高压消解器、配有聚四氟乙烯消解内罐(南京瑞尼克科技开发有限公司)； MARS X PRESS 微波消解仪(美国CEM公司)； Milli-Q Academic 超纯水系统(美国Millipore公司)。 HNO3(优级纯)； HF(优级纯)； H202(优级纯)；质谱调谐液(1.0ug/L)： Li、Be、Mg、In和U；铝标准溶液 1000ug/mL(GSB 041713)。(Sc)标准溶液： 1000ug/mL(GSB 041750)。 国家有证标准物质大米(GBW10010)、玉米(GBW10012)、圆白菜(GBW10014)、菠菜(GBW10015) 和蒜粉(GBW10022)：中国地球物理地球化学勘察研究所。超纯水：：电阻率18.2MQ·cm. 实验用水均为超纯水，所用器皿均为塑料制品，使用前用 20%(v/v)的硝酸清洗，并用二次去离子水冲洗干净备用；为了确保结果的准确性和可靠性，聚四氟乙烯消解内罐和微波消解内罐则先放在20%的硝酸溶液中浸泡24小时后，用水冲洗干净后再加入4.0mL硝酸加盖蒸煮半小时以上，并用二次水冲洗干净晾干备用，所有实验均在室温(25℃)下完成。 2.2样品的前处理方法 2.2.1密闭高压消解法 称取样品约 0.25 g 左右于100mL 密闭式聚四氟乙烯消解内罐中，加入7.0mL硝酸在60~90℃下预消解2h后(或放置过夜)，再加入2.0mLH2O2和0.2mLHF后盖好内盖，旋紧不锈钢外套，放入恒温干燥箱中，140~170℃保持4~6h，在箱内自然冷却至室温，缓慢旋松不锈钢外套，将消解内罐取出，放在控温电热板上140~160℃赶酸，待溶液约剩1.0mL时，用水洗涤消解罐3~5次，洗液合并于50mL 塑料容量瓶中，用水定容至刻度，混匀备用。同时做试剂空白试验和质控样。 2.2.2微波消解法 称取样品约0.25g左右于 50mL密闭式聚四氟乙烯的微波消解罐中，加入7.0mL硝酸在智能控温电加热器中预消解3h后，再加入 2.0mLH2O2 和 0.2mLHF在设定的微波消解条件进行消解。消解完毕后，冷至室温。打开消解罐，用少量水冲洗上盖内壁，合并至罐中。置消解罐中于140~160℃智能控温电加热器中赶酸，待溶液约剩1.0mL时，用水洗涤消解罐3~5次，洗液合并于 50mL塑料容量瓶中，用水定容至刻度，混匀备用。同时做试剂空白试验和质控样。微波消解程序见表1。 表1微波消解程序 Tab.1 Procedure of microwave digestion 步骤 最大功率/W 升温时间/min T/℃ 保持时间/min 1 1600 5 60 10 2 1600 8 80 10 3 1600 10 120 10 4 1600 10 180 10 2.3 ICP-MS的工作参数 仪器开机预热 20min 钟后，用质谱调谐液对仪器进行最优化选择，使仪器的灵敏度、氧化物、双电荷和分辨率等各项指标达到测定要求。具体参数如下： 射频功率：：1100W；采样深度：2.5mm；雾化器流量：0.98 L/min； 等离子体气流量：15L/min；辅助气流量：1.2L/min； 雾室温度：2℃；获取点数：30；扫描方式：跳峰；重复测定次数：3；Be>3000 cps； Mg>20000 cps； In>50000 cps； U>40000 cps； CeO/Ce<2.5%；Ce++/Ce<3.0%。 3结果与讨论 3.1实验器皿的选择及空白本底值的控制 为了避免外界带来污染，确保结果的准确性，本实验从标准溶液的配制到样品的检测，所用的器皿均为塑料制品(实验用玻璃器器大都是铝硅酸盐玻璃，在酸性环境中易溶出)，所用设备如研磨仪、匀浆机、粉碎机等不能含有铝制品。此外，空白本底值的大小同样会影响结果的准确性，所以消解内罐最好使用硝酸蒸煮 0.5h 或作全程试剂空白运转的方式对消解器皿进行彻底清洗，确保本实验的空白值控制在 20ug/L 以内，并且标准偏差小于2.0pg/L。 3.2 酸的种类和用量的选择 样品预处理实验中用于分解样品的试剂通常有： HNO3、HNO3+H2O2、HNO3+HF或者 HNO3+HC1O4，试验采用密闭高压消解法比较了这几种消解试剂组合对实验结果得影响，结果如表2所示。硝酸是样品前处理中最常用的酸，同时也是电感耦合等离子体质谱法分析中常用的酸介质，但是单一使用硝酸来处理样品，其产生的大量氮氧化物会干扰实验的 测定，如果使用 HNO3+HClO4来消解样品则容易引入氯离子影响测定，且容易发生爆炸；过氧化氢是一种强氧化剂，与硝酸共用不但能够增强消解能力将有机物完全破坏而且消解完成后易于分解除去；而氢氟酸可以把植物性食品中的铝硅酸盐完全分解，!，让其以氟化硅形式挥发掉，所以实验选用 HNO3+H2O2+HF作为消解试剂。同时为了使样品消解彻底、实验空白值低，减小 HF对采样锥和截取锥的腐蚀等，实验选择7.0mLHNO3+2.0 mLH2O2+0.2mLHF。 表2不同消解试剂对实验结果的影响 Tab.2 The effect of different digestion reagents on the results 标准物质 标示值 HNO： HNO3+H2O2 HNO3+HF HNO3+H2O2+HF GBW10010(大米) 390±40 162 168 209 336 GBW10012(玉米) 320=30 133 131 193 266 3.3 硝酸浓度对测定结果的影响 当铝标准使用液的浓度为 0.1mg/L时，考察了硝酸浓度对测定信号相对强度的影响，如图1所示。实验结果表明：当硝酸浓度在0.5%~10%范围内时，随着硝酸酸度的增加，实验的测定结果基本上没有变化，同时为了减少酸对采样锥和截取锥的腐蚀和尽可能地降低试剂空白值，本法选择硝酸浓度为2%。 13 Fig.1 Effect of the concentration of nitric acid on determination 3.4质谱干扰及消除 以 Sc 作内标使用 ICP-MS 检测Al时，除了存在非质谱干扰外，还存在复杂的质谱干扰(如 BO， CN， BeO， CaH等)。对于这些同量异位素、多原子、双电荷离子等质谱干扰，使用普通模式(standard模式)，采用数学校正方程来校正往往不可靠，为此本实验采用最优化仪器条件(降低氧化物和双电荷的产生)和碰撞反应池(He模式下对可能出现的各类干扰能有效地消除)等方法来消除。本实验在反应池中使用到的氦气具有通用性，1，它能消除基体中的多原子干扰，比普通模式中的数学校正法更加可靠，应用性更为广泛。 非质谱干扰主要由等离子体离子化温度、雾化效应、在采样锥接口和离子透镜处的空间电荷效应等因素引起，其结果可以导致检测信号的抑制或增强，从而影响检测结果的准确性，克服基体效应最有效的方法是稀释样品、内标校正。实验通过在线加入“5Sc内标溶液来监测信号变化情况，并用内标法进行定量，有效地克服了仪器的漂移，保证了测量的准确性。 3.5 线性方程、相关系数及检出限 用2%(v/v)硝酸溶液将铝标准溶液(1000pg/mL)逐级稀释成0，0.05，0.10，0.20，0.50，，1.00，2.00， 4.00mg/L的标准使用液。在优化的仪器工作条件下，在线加入1.0pg/mLSc 内标使用液(用1000ug/mLSc标准溶液逐级稀释得到)。以Al的质谱信号强度(cps)与Sc 的质谱信号强度(cps)的比值为纵坐标，Al浓度为横坐标绘制标准曲线，Al浓度在0.05~4.0mg/L 范围内与 A1 的质谱信号强度(cps)和 Sc 的质谱信号强度(cps)的比值存在良好的线性关系。线性回归方程为： y=1.735c+0.012， c为Al的浓度，单位为mg/L， 相关系数r=0.999 9。检出限按 2% HNO3溶液平行测定11次所得标准偏差的3倍计算得 13.61ug/L。 3.6方法的加标回收率 为了检验两种前处理方法处理样品的准确性，分别采用密闭高压消解法和微波消解法对一份空心菜进行处理，消解前分别添加三个不同浓度的标准溶液，待消解完成后测定并计算其回收率及精密度，结果如表3所示。 表3元素的回收率及精密度 Tab.3 Recoveries and precision determination of element 消解方法 测定值/(mg/L) 加标量/(mg/L) 测定总量/(mg/L) 回收率% RSD/% 0.1 0.92 103.8 2.7 高压法 0.79 0.5 1.28 98.7 4.2 1.0 1.82 105.1 3.3 0.1 0.73 91.3 5.5 微波法 0.69 0.5 1.21 102.9 3.7 1.0 1.58 84.06 1.8 3.7方法的准确度和精密度 为了进一步验证两种不同的消解方法的准确度和精密度，实验分别采用微波消解法和密闭高压消解法对国家标准物质平行处理3次，每份消化液测定3次，取其平均值作为测定结果并计算其相对标准偏差，结果如表4所示。 从表4中可以看出，采用密闭高压消解法处理样品得到的结果明显优于微波消解法，并且密闭高压消解法的相对标准偏差要小于微波消解法。这可能是由于标准物质中的铝，部分以硅酸盐形式存在，而普通的微波消解法由于压力小于密闭消解法，所以很难将其中的铝全部溶出。 表4样品的测定结果/(mg/kg) Tab.4 Determination results of samples/(mg/kg) 标准物质 标示值 微波消解法 RSD% 密闭高压消解法 RSD% GBW10010(大米) 390=40 270 4.6 336.6 4.3 GBW10012(玉米) 320+30 215 6.1 266.9 2.7 GBW10014(圆白菜) 166+22 94 3.7 108.3 1.8 GBW10015(菠菜) 610=60 419 7.2 587.7 5.2 GBW10022(蒜粉) 210+20 176 3.8 181.1 2.8 注：测定时溶液浓度超过标准曲线的样品要进行适量稀释。 4结论 实验对比了微波消解法和密闭高压消解法对电感耦合等离子体质谱法测定植物性食品中铝的影响，结果表明，近年来新发展起来的微波消解法操操简单，方便快捷，，1带来的污染小，但是其最大的问题是存在样品处理效率不高，难以同时处理大批量的样品，而且仪器价格昂贵，不适合日常大批量样品的检测。采用密闭高压消解技术对样品进行前处理，可有效地避免其它复杂前处理可能带来的污染和损失，样品的回收率较高，并且适合大批量样品处理。方法具有操作简捷、空白值低、安全和准确性高等优点，适用于植物性食品中铝的快速测定。 ( .参考文献 ) ( [1] 杨文友，张玉萍，王汝毅，等.铝害与动植物源性食品安全[].中国国境卫生检疫杂志，2007， 30(5)：319- 327. ) ( 2] 张加玲，刘桂英.铝对人体的危害、铝的来源及测定方法研究进展[J].临床医药实践，2005，14(1)：3-6. ) ( [3] 马兰 ， 赵馨，周爽，等.面制食品中铝的分光光度检测方法研究[J].卫生研究，2012，41(3)： 462-466. ) ( 4 程晓宏，谢超，叶青华.催化动力学分光光度法测定水中痕量铝[J].环境与职业医学，2012，29(7)：462- 463. ) ( [5] 蔡刚，李祥，祥海龙.石墨炉原子吸收法测定食品中的铝[J].中国卫生检验杂志，2010， 20(11)：2744- 2745. ) ( [6] 应波，刘丽萍，刘建荣，等.微波消解 ICP-MS 测定粮食、蔬菜中8种元素[J].卫生研究，2007，36(4)：495- 497. ) ( [7] 陆美斌，王步军，李静梅，等.电感耦合等离子体质谱法测定谷物中重金属含量的方法研究[J].光谱学与 光谱分析，2012，32(8)：2234-2237. ) ( [8] 解 楠，葛 宇，徐红斌，等.微波消解-电感耦合等离子体质谱测定香辛料中铅砷镉铬铜锰锌和镍[J]. 食品科学，2011，32(2)：195-197. 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