牛奶中主要元素分析检测方案(微波等离子体光谱仪(MPT、MIP))

作者 Courtney Tanabe加州大学戴维斯分校，美国加利福尼亚州 Fabio Silva 安捷伦科技(巴西)有限公司，巴西 Greg Gilleland 安捷伦科技公司，美国 Jenny Nelson 安捷伦科技公司，美国 使用 Agilent 4200 MP-AES 测定牛奶中的主要元素 应用简报 食品检测与农业 前言 牛奶是世界上最重要的食品之一，消费量还在不断增长，在最近几十年经历了迅猛的经济增长和城市化的发展中国家中尤其如此。 作为蛋白质、酶、脂肪、维生素和必需元素(也称为矿物质)等几种营养物质的重要来源，牛奶在人生命的各个阶段都具有重要作用。婴幼儿期的快速生长对牛奶提供的营养物质具有很高的需求。这一发育期需要不同元素的含量均衡，因为矿物质缺乏可能影响身体发育，而过度的矿物质摄入又可能增加渗透负荷，并在儿童的肾发育期间引起并发症。 Ca、K、Mg、Na 和P等必需元素在人类及其他动物的组织结构中具有多种生理功能，例如维持渗透/电解质平衡以及充当许多酶的辅因子。生命任何阶段缺乏这些必需元素，都会造成生理系统失调，因 此，必须监测这些元素以确保食品的营养价值。准确分析必需元素对于牛奶等消费量巨大的产品特别重要。 通常使用几种原子光谱技术对牛奶和乳制品中的元素进行定量分析，特别是火焰原子吸收光谱 (FAAS)和最近推出的微波等离子体原子发射光谱 (MP-AES)技术。 最近推出的微波等离子体原子发射光谱是入门级原子光谱技术的一次突破性变革。简革易用的 Agilent4200 MP-AES 相比 FAAS 具有更出色的性能和分析速度，且无需使用有害而昂贵的气体。这有助于提高安全性并降低分析成本。 本研究展示了 Agilent 4200 MP-AES 对经酸消解的新鲜牛奶和奶粉中 Ca、K、Mg、Na 和P的定量分析性能，通过分析有证标准物质 (CRM) 并采用 US EPA合同实验室计划的一些概念进行质量保证。 实验部分 仪器 本研究采用微波等离子体原子发射光谱仪 Agilent4200 MP-AES(安捷伦科技公司，加利福尼亚州圣克拉拉市)对消解的牛奶样品进行元素测定。使用UltraWAVE 单反应室微波消解系统(Milestone Inc.，Shelton CT) 进行酸消解。 标准品与试剂 利用分析纯浓硝酸 (HN0， 67%-69%)和盐酸(HCI32%-35%) 进行样品消解。所用的 18.2 MQ去离子水来自Milli-QTM水系统(Millipore， Darmstadt， Germany)。使用安捷伦(安捷伦科技公司，加利福尼亚州圣克拉拉市)和 Spex (SPEX CertiPrep， Metuchen， NJ)的校准标样配制校准和准确度验证标样。通过分析准确度验证标样和奶粉有证标准物质(CRM) NIST1549a(NIST， Gaithersburg， MD) 来实现方法验证。 微波样品消解 几种不同的奶粉和液态牛奶样品购自美国加利福尼亚州的一家超市，并在分析前用 MP-AES 进行消解(参见表4)。 为制备用于微波消解的牛奶样品，准确称取约0.25g各种奶粉、0.50g粉状 NIST 1549a CRM 和1g各种新鲜牛奶样品，并将其转移至15mL特氟龙消解罐中。向各个样品瓶中加入6mL硝酸和1mL盐酸，然后将样品瓶加盖。另外配制含6mL硝酸和1mL盐酸的空白溶液。按照这一流程对每种牛奶样品和空白溶液重复配制三次。同样，配制了七个 NIST1549a CRM 样品并将解消解，以便评估分析方法的准确度。 在每批次消解的14个样品中，至少两个样品瓶中有 NIST 1549a CRM。每批次中包括一个空白溶液。 按照下列步骤对样品进行微波消解：首先用工业级氮气对消解室加压至40-45 mTorr， 然后在20分钟将温度和压力分别逐渐提高至240°℃ 和 150 bar.将温度和压力值再保持15分钟(消解持续时间)以确保消解完全。 完成该程序后，用去离子水将每个消解的样品稀释至10mL的最终体积，然后用2%硝酸溶液再稀释10倍。 元素测定 Agilent 4200 MP-AES 相比 FAAS 在检测限、线性范围和样品通量方面提供了更优异的性能。4200 MP-AES利用磁耦合微波能量和氮气产生强劲而稳定的等离子体。使用氮气替代昂贵的有害气体有助于提高安全性，还能够降低运行成本。氮等离子体处于5000K左右的温度下，避免了 FAAS 中常见的化学干扰，例如难难性 CaPO 的形成。这意味着可以将FAAS 中通常需要的针对特定元素的样品前处理简化为适合所有元素的单一样品前处理步骤。更强大的激发源还能够实现磷的测定，而这种测定无法在FAAS上实现。 仪器对雾化器气体采用质量流量控制，并采用炬管安装定位设计自动连接所有气体。MP Expert 软件可自动优化方法参数，该软件还具有自动背景校正功能。 在4200 系列 MP-AES 中分析消解牛奶样品的方法条件列于表1中。 表1.用于测定消解牛奶中 Ca、K、Mg、Na、P的 MP-AES 4200 运行条件一般条件 背景校正 自动 雾化器 Micromist 雾化室 双通道玻璃旋流 泵速 10 rpm 读取时间 2s 重复次数 3 稳定时间 20 s 观测位置 0 元素条件 元素 波长(nm) 雾化器流速(L/min) Ca 422.673 0.4 K 766.491 0.8 Mg 285.213 0.4 Na 588.995 0.4 P 214.915 0.35 Y(内标) 371.029 0.4 结果与讨论 工作浓度范围和方法检测限 所有元素的校准浓度范围在5-100 ppm 之间，所有波长下获得的相关系数均高于0.999。方法检测限(MDL)根据10次连续空白读数的3倍标准偏差(3o) 表 3. NIST 1549a CRM、ICB/CCB 和 ICV/CCV 样品的汇总结果和回收率 Ca K Mg Na P CRM 标准值(mg/kg) 8810±240 11920±430 892±62 3176±58 7600±500 CRM 实测浓度(n=7)±SD(mg/kg) 9031±195 11683±566 928±15 3373±108 7360±96 CRM 回收率(%) 102.5 98.0 104.1 106.2 96.8 ICB/CCB (n=4) 平均值±SD(mg/kg) 0.020±0.001 0.780±0.155 0.004±0.001 0.411±0.212 前言牛奶是世界上最重要的食品之一，消费量还在不断增长，在最近几十年经历了迅猛的经济增长和城市化的发展中国家中尤其如此。作为蛋白质、酶、脂肪、维生素和必需元素（也称为矿物质）等几种营养物质的重要来源，牛奶在人生命的各个阶段都具有重要作用。婴幼儿期的快速生长对牛奶提供的营养物质具有很高的需求。这一发育期需要不同元素的含量均衡，因为矿物质缺乏可能影响身体发育，而过度的矿物质摄入又可能增加渗透负荷，并在儿童的肾发育期间引起并发症。Ca、K、Mg、Na 和 P 等必需元素在人类及其他动物的组织结构中具有多种生理功能，例如维持渗透/电解质平衡以及充当许多酶的辅因子。生命任何阶段缺乏这些必需元素，都会造成生理系统失调，因此，必须监测这些元素以确保食品的营养价值。准确分析必需元素对于牛奶等消费量巨大的产品特别重要。通常使用几种原子光谱技术对牛奶和乳制品中的元素进行定量分析，特别是火焰原子吸收光谱 (FAAS)和最近推出的微波等离子体原子发射光谱 (MP-AES)技术。最近推出的微波等离子体原子发射光谱是入门级原子光谱技术的一次突破性变革。简便易用的 Agilent 4200 MP-AES 相比 FAAS 具有更出色的性能和分析速度，且无需使用有害而昂贵的气体。这有助于提高安全性并降低分析成本。本研究展示了 Agilent 4200 MP-AES 对经酸消解的新鲜牛奶和奶粉中 Ca、K、Mg、Na 和 P 的定量分析性能，通过分析有证标准物质 (CRM) 并采用 US EPA 合同实验室计划的一些概念进行质量保证。结论在 4200 MP-AES 上开发出一种测定消解牛奶样品中主要元素的准确而稳定的方法。结果发现获得的检测限远低于牛奶分析所需的限值，并且 CRM 和 ICV/CCV 均获得了优异的回收率，分别处于 110%-90% 和 105%-95% 之间。如果您在寻找取代 FAAS 并希望扩展实验室分析能力，那么 4200 MP-AES 就是您的理想仪器选择。MP-AES 的公认优势包括运行成本更低、效率更高（ 通过多个易于使用的功能和简化的样品前处理实现）、安全性更高且分析性能更强大（如检测限更出色、线性动态范围更宽）。