雙四極桿電感耦合等離子體質譜(ICP-MS/MS)法測定嬰幼兒配方奶粉中的硒含量

袁 堃 陳家偉 趙娜娜 毛思浩 梁晶晶*

(1.浙江省食品藥品檢驗研究院 國家市場監管重點實驗室(功能食品質量與安全),杭州 310052;2.浙江省食品藥品檢驗研究院 浙江省市場監管保健食品質量安全重點實驗室,杭州 310052;3.浙江中醫藥大學 醫學技術與信息工程學院,杭州 310052)

硒(Se)是一種人體必不可少的微量營養元素,具有重要的生理功能,硒的安全范圍較小,硒缺乏會導致免疫力低下,可能引起克山病、心血管等疾病,但攝入過量的硒也會引起硒中毒,造成皮膚系統、神經系統以及牙齒等損傷[1]。嬰幼兒體重較輕,硒的危害更大,國家標準GB 10765—2021對嬰兒配方食品的硒元素含量限量做了明確要求,其限量范圍為3.0 μg/100kcal(或0.72 μg/100kJ)～8.6 μg/100kcal(2.06 μg/100kJ)[2],限量范圍較小,因此在嬰兒配方乳粉中實現硒含量的準確測定具有現實意義。

目前,硒元素的檢測方法主要有分光光度法[3]、原子熒光光譜法[4-5]、原子吸收光譜法[6-7]、電感耦合等離子體發射光譜法[8]、電感耦合等離子體質譜法[9]等。電感耦合等離子體質譜法具有準確度高、分析速度快、靈敏度高等優點,是多種元素分析的首選方法,但準確定量Se含量時存在響應信號低[10],Kr、Ar原子離子干擾以及稀土元素的雙電荷干擾[11]等問題,往往導致硒元素的檢測結果偏高。

硒的響應信號低是由于電離能高,含碳有機物如甲醇、乙醇、異丙醇、三乙胺、乙酸等對一些難電離元素的響應信號具有一定增敏作用[12-15],本實驗通過添加含碳有機物實現硒響應信號的增敏,同時對電感耦合等離子體質譜儀的不同分析模式的抗質譜能力進行分析比較,建立了以微波消解法為前處理方法,5%含量的正丁醇作為增敏劑,ICP-MS/MS O2反應模式準確測定嬰幼兒配方奶粉中硒含量的方法。

1 實驗部分

1.1 材料與試劑

硝酸、鹽酸均為TraceMetal(美國 Fisher Scientific公司),氫氧化鉀為優級純(美國Sigma-Aldrich公司),硼氫化鉀、鐵氰化鉀(分析純,(上海國藥集團化學試劑有限公司),甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇均為色譜純(德國Merck公司),硒元素標準溶液(100 μg/mL,中國計量科學研究院),鍺內標儲備溶液(10 μg/mL,美國Perkin Elmer公司),嬰幼兒配方乳粉中硒、錳定量分析質控樣品(硒特性值:211.4 μg/kg,硒特性值區間:177.4～245.4 μg/kg,中國檢驗檢疫科學研究院測試評價中心),實驗用水均為超純水。

1.2 儀器與設備

8900 Triple Quad電感耦合等離子體質譜儀(美國Agilent公司),MARS 6微波消解儀(美國CEM公司),PURELAB ? Chorus 1超純水儀(英國ELGA公司),AFS-9130全自動雙順序注射原子熒光光度計(北京吉天儀器有限公司)等。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品前處理

精密稱取充分混勻后的樣品0.5 g(精確至0.000 1 g),置于聚四氟乙烯微波消解罐中,加5 mL濃硝酸后放入電熱板中120 ℃預消解30 min。取出冷卻至室溫后,按微波消解程序(表1)進行消解。待消解結束后,將微波消解罐置于電熱板中趕酸至近干。冷卻后用5%HNO3轉移至20 mL容量瓶,并用5%HNO3溶液定容,搖勻。同時做隨行空白實驗。

表1 微波消解條件Table 1 Microwave digestion conditions

1.3.2 標準系列的配制

用5%HNO3將硒標準溶液儲備溶液(100 mg/L)逐級稀釋成鋁標準溶液,使標準工作溶液濃度分別為0、0.5、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 μg/L,現用現配。

1.3.3 儀器參數

RF功率1 550 W,等離子體氣流速15.0 L/min,輔助氣流速1.0 L/min,霧化器流速1.0 L/min,O2反應分析模式,掃描次數3次,跳峰掃描模式,駐留時間0.1 ms,蠕動泵轉速0.1 r/s,采集質量數78Se、94SeO、75Ge(內標元素),積分時間0.3 s。

1.3.4 測定

采用在線引入內標的方式,內標用5%HNO3稀釋至含Ge(10 μg/L),另外使內標溶液中含5%正丁醇,待儀器達到最佳條件后,依次引入標準工作溶液、試劑空白和樣品溶液。

2 結果與分析

2.1 同位素選擇

硒元素呈現多價態,常見的同位素有74Se、76Se、77Se、78Se、80Se 以及82Se,一般都具有較高的電離能,在氬氣中較難電離,電離程度低導致相應信號低,并且存在較為嚴重的Kr、Ar 原子離子、稀土雙電荷(159Tb+、160Gd++、160Dy++等)的干擾。80Se天然豐度占比最大,但受到40Ar40Ar+的干擾最大,且各種雙電荷離子對檢測也具有較大的干擾,不適合測定;74Se、76Se、77Se、82Se天然豐度占比小,信號響應較低不適合在氦氣碰撞模式下測定,故本實驗選擇了干擾相對較小的且天然豐度占比第二的78Se作為檢測對象。

2.2 增敏劑種類的選擇

實驗采用氦氣碰撞模式,內標溶液中分別加入含量為10%的甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇進行硒的測定,同時做無增敏劑對照實驗,通過對標準溶液的測定建立線性方程,對21份空白溶液進行測定,計算SD值,方法定量限LOQ=10SD/k(斜率)計算定量限,同時考察標準溶液(10.0 μg/L)的強度計數(cps)值。具體測定結果見表2,在不添加增敏劑的條件下,線性較差,強度值響應值低,定量限無法滿足GB5009.93—2017《食品安全國家標準 食品中硒的測定》第三法中定量限1 μg/100g的要求。加入增敏劑甲醇、乙醇、異丙醇后,定量限均小于1 μg/100g,滿足測定要求且標準溶液(10.0 μg/L)的強度值均有大幅提升。其中以加入異丙醇后強度增幅最大,其次為正丁醇,由于加入正丁醇后的定量限最低,且強度值與異丙醇相差不大,故本實驗選擇增敏劑為正丁醇。

表2 不同增敏劑對硒檢測結果的影響Table 2 Effects of different sensitizers on selenium detection results

2.3 正丁醇含量的優化

通過改變正丁醇不同的添加比例進行實驗,分別通過定量限、標準溶液(10.0 μg/L)響應強度值考察了內標溶液含0%、1%、3%、5%、8%、10%正丁醇對硒檢測結果的影響。結果如圖1所示,方法定量限隨著正丁醇含量的不斷增加而下降,當正丁醇含量大于3%時均能滿足定量限10 μg/kg的要求。標準溶液(10.0 μg/L)信號強度值在正丁醇含量為0～5%時,其信號強度隨著正丁醇含量的增加而增強,當正丁醇含量>5%時,信號強度有衰減趨勢,由于當有機物含量增加時容易在噴射管、截取錐、采樣錐等位置形成積碳影響儀器的測定,故實驗選擇的正丁醇含量為5%。

圖1 不同含量正丁醇對硒響應值和定量限的影響Figure 1 Effects of different contents of n-butanol on selenium response value and LOQ.

2.4 不同儀器分析模式的比較

Se同位素都存在多種質譜干擾,為了消除稀土元素的雙電荷干擾以及Kr、Ar 原子離子帶來的干擾,進一步對比研究了電感耦合等離子體質譜儀不同的分析模式。依據各種模式下質控樣的測定值與特性值的接近程度來選擇測定的最佳模式。以5%正丁醇為增敏劑,分別采取單桿無碰撞氣的標準模式(no gas模式)、單桿氦氣碰撞模式(He模式)、串聯氦氣碰撞模式(HeHe模式)、串聯氧氣反應模式(O2模式),同時氦氣碰撞模式還考察不同碰撞氣流速對測定結果的影響,以儀器自帶的校準方程校準,通過建立標線對奶粉中硒的質控樣進行測定,每組樣品取3份,結果見表3。嬰幼兒配方乳粉質控樣中硒的特性值為211.4 μg/kg,特性值區間為177.4～245.4 μg/kg,結果顯示,改變氦氣碰撞流速對測定結果無顯著性差異,ICP-MS/MS O2模式的質控樣測定值相比于其他模式低,更接近特性值。ICP-MS/MS加氧模式相比其他分析更能消除模式質譜干擾,因此實驗選擇ICP-MS/MS加氧模式。

表3 三種分析模式質控樣測定值對比Table 3 Comparison of determination values of quality control samples in three analytical modes

2.5 線性關系、檢出限和定量限考察

在優化的測試條件下,按照實驗方法配制的標準溶液進行測定,經過實驗發現,該方法在0.50～10.00 μg/L線性較好,適合于定量分析。該方法的線性方程為y=0.000314x+0.0000119,相關系數為0.999 8,對21份空白溶液進行測定,計算SD值,通過方程檢出限LOD=3SD/k(斜率),定量限LOQ=10SD/k,計算檢出限和定量限,得到檢出限為1 μg/kg,定量限為3 μg/kg。

2.6 加標回收實驗

選取某一品牌2段嬰幼兒奶粉為樣品,稱取6 份樣品進行重復性實驗,實驗結果見表4。另外再稱取9 份樣品分別加入100、200、300 μg進行3個水平加標回收實驗,每個水平重復3次,具體加標量見表5,按樣品前處理過程進行前處理,做隨行空白,樣品上機測定。該方法的RSD為1.7%,加標回收率為94.3%～100%。

表4 精密度實驗結果Table 4 The precision test results

表5 加回收實驗結果Table 5 The recovery results

2.7 實際樣品測定方法比較

根據本實驗方法,對實際嬰幼兒配方食品樣品進行硒含量的測定,此外,本次實驗還與GB 5009.93—2017中原子熒光光譜(AFS)法的測定值進行了比較,并運用了兩獨立樣本t檢驗對兩種方法的檢測結果進行比較,不同類型的奶粉測得的結果如表6所示,t檢驗得到的P值均>0.05,故兩組數據在統計學上無顯著性差異,即采用本實驗方法對實際樣品硒含量進行測定的結果與原子熒光光譜法進行的硒含量測定結果無明顯差異。

3 結論

本實驗通過對添加正丁醇實現硒元素信號響應的增敏,ICP-MS/MS氧氣模式消除Kr、Ar 原子離子、稀土雙電荷等質譜干擾,建立了一種能準確測量嬰幼兒配方食品中硒含量的電感耦合等離子體質譜法。研究結果表明,氦氣碰撞模式和ICP-MS/MS氧氣模式均可在一定程度上消除質譜干擾,相較于單級桿的ICP-MS,ICP-MS/MS氧氣模式檢測硒含量更加準確,檢出限更低,精密度更高。用t檢驗統計學方法證明方法與GB 5009.93—2017中原子熒光光譜法檢測結果一致,相比于原子熒光光譜法,該方法操作簡單,更適合大批量樣品的檢測。