异丙醇基体改进剂用于微波消解-ICP-MS测定芹菜、圆白菜、鸡肉和猪肝中微量硒

李金蔓,张贵伟,陈树娣,邓宏玉

(深圳市计量质量检测研究院 食品检测所,广东深圳 518109)



异丙醇基体改进剂用于微波消解-ICP-MS测定芹菜、圆白菜、鸡肉和猪肝中微量硒

李金蔓,张贵伟,陈树娣,邓宏玉

(深圳市计量质量检测研究院 食品检测所,广东深圳 518109)

目的:采用异丙醇作为基体改进剂,建立微波消解-ICP-MS测定芹菜、圆白菜、鸡肉和猪肝中微量硒的方法。方法:样品经以6 mL硝酸+2 mL过氧化氢作为消解试剂进行微波消解,以2%异丙醇作为基体改进剂,锗元素进行内标校正,用ICP-MS的碰撞池技术测定硒元素含量。结果:该方法拟合系数为1.0000,检出限为0.3 μg/kg,定量限为1 μg/kg。通过有证标准物质对方法进行验证,结果均在证书值范围内。该方法线性好、检出限低、准确可靠,可用于食品中硒元素的准确测定。

异丙醇,硒,ICP-MS,微波消解,食品

硒作为人体和动物体必需的微量元素之一[1],其在身体中具有抗氧化作用而延迟人体衰老、预防和抵抗癌症、增强免疫系统抵抗能力等作用。通过对硒元素的深入研究,发现大骨节病、糖尿病、心血管疾病、肝病、甲状腺功能异常、癌症、生殖异常等疾病与体内缺硒息息相关[2-3]。随着人们的生活水平日益提高,对健康营养的饮食摄入越来越关注。市场上流通的富硒食品种类也日渐丰富多样,但其中也充斥着一些伪劣产品,因此对富硒食品的检测需求也越来越多。

目前硒元素的检测方法主要有分光光度法[4]、电化学法[5]、催化动力学法[6]、原子吸收光谱法[7]、原子荧光法[8]和ICP-MS法[9]等。本文重点对ICP-MS法测定食品中微量硒进行探讨,通过采用2%(v/v)异丙醇作为基体改进剂进行基体校正,准确测定食品中的痕量硒元素。不少文献研究表明含碳有机物会对硒元素响应信号产生增敏作用[10-12],采用一般的方法不能消除测定过程中的增敏作用,从而导致测定结果偏高。本文选用78Se进行测定,以2%(v/v)异丙醇作为基体改进剂消除增敏作用,锗作为内标校正元素,建立了微波消解前处理,ICP-MS碰撞池技术测定食品中微量硒元素的方法,微波消解法具有消耗试剂少、消解效率高、大大降低污染、样品消解彻底等优点;ICP-MS法干扰小、灵敏度高、检出限低、结果准确可靠,可用于食品中微量硒的测定。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

硒元素标准溶液、锗元素内标贮备液均为1000 mg/L 购于国家有色金属及电子材料分析测试中心;硝酸(优级纯) 购于德国默克公司;双氧水(优级纯) 购于上海凌峰化学试剂有限公司;实验用水均为超纯水(电阻率为18.2 MΩ·cm)。

芹菜国家标准物质(GBW10048(GSB-26)) 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所;鸡肉国家标准物质(GBW10018(GSB-9)) 中国计量科学研究院;圆白菜国家标准物质(GBW10014(GSB-5)) 地球物理地球化学勘查研究所;猪肝国家标准物质(GBW10051(GSB-29)) 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS) 美国安捷伦科技公司7700X;Mars 6 微波消解仪 美国CEM公司;Milli-Q超纯水系统 德国默克公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 每个样品称取平行样品0.5 g左右(精确至0.1 mg)于微波消解罐中,加硝酸6 mL,再加入过氧化氢2 mL,旋紧外盖置于微波消解仪中,参照表1条件进行微波消解。程序完成,冷却后取出,打开罐盖,在控温赶酸器上加热赶酸至剩余1～2 mL左右,冷却后转移至25.0 mL容量瓶或比色管中,用去离子水少量多次洗涤消化罐,合并洗液,用水定容至刻度,混匀备用。同时做试剂空白实验。

表1 微波消解仪工作条件

Table 1 Parameters of microwave digestion

步骤功率(W)控制温度(℃)升温时间(min)恒温时间(min)116001205521600150553160018051041600200520

1.2.2 标准系列的配制 使用1000 mg/L的硒标准溶液以3%硝酸溶液配制成1 mg/L的硒标准储备液。吸取适量硒标准储备液,用3%硝酸溶液逐级稀释配制成以下标准系列:硒浓度为0.00,1.00,5.00,10.0,20.0,50.0 μg/L。内标溶液的配制:仪器定量测定采用锗元素作为内标的外部校正方式,吸取适量1000 mg/L的锗标准溶液,用3%硝酸溶液和异丙醇稀释至使用浓度为 1.0 mg/L,其中异丙醇含量为40%(由于仪器引入内标溶液管路孔径大约为样品液引入管路孔径的二十分之一,因此实际引入仪器的异丙醇浓度约为2%)。

1.2.3 仪器参数的优化 开启仪器预热稳定后,采用美国安捷伦科技公司提供的ICP-MS Stock Tuning Solution(Ce、Co、Li、Tl、Y)对仪器进行最佳化调谐,使仪器各项参数达到测定要求,控制仪器氧化物和双电荷产率达到仪器厂家要求。具体参数条件参考表2。

1.2.4 定量测定 仪器参数调谐完成后,编辑测定方法、数据处理方法,通过三通混合器在线引入内标,观察内标灵敏度及其稳定性,符合要求后,将标准系列、空白试剂、样品溶液分别导入仪器。绘制标准曲线、根据回归方程分别计算出样品中硒元素的浓度。

表2 仪器工作条件

Table 2 Parameters of ICP-MS

仪器参数仪器条件仪器参数仪器条件射频(RF)功率1550W雾化器石英同心雾化器等离子体气流量15L/min采样锥/截取锥镍锥载气流量105L/min采样深度8mm辅助气流量010L/min采集模式跳峰(Spectrum)氦气流量42mL/min积分时间1s雾化室温度2℃每峰测定点数3样品提升泵速率03r/s重复次数3样品分析泵速率01r/s分析模式[He]碰撞反应池

2 结果与分析

2.1 微波消解条件的确定

由于食品种类多样性,既有组成相对简单的饮料类,也有脂肪和蛋白质含量比较高的肉制品或者豆类及其制品,为了满足绝大部分食品的消解,选择比较难消解完全的富含纤维的蔬菜类及肉制品进行微波消解条件的优化。称样量为0.5 g左右,通过多次实验,称样量和时间不变,提高消解温度,样品消化效果变好,但存在消解罐爆罐的危险,同时降低消解罐的使用寿命;因此最高消解温度确定为200 ℃,含糖量较高或者反应比较剧烈的样品,先置于控温赶酸器中80 ℃预消解再进行微波消解,对于不同类型的食品适当改变最高消解温度消化时间。

2.2 消解试剂的确定

元素分析前处理类常用的试剂主要有盐酸,硫酸,硝酸,硝酸-过氧化氢,盐酸-硝酸,硝酸-硫酸,硝酸-高氯酸,硝酸-氢氟酸等。微波消解为密闭性消解,绝对不能使用能产生爆炸的高氯酸;而考虑到检测仪器为ICP-MS,采用盐酸容易产生质谱干扰,采用硫酸会增加仪器的损耗;故选用硝酸能够更好的降低样品溶液对检测仪器产生的干扰,并且据文献报道加入过氧化氢可以减少消解时间和提高消解效果[13]。因此通过固定消解试剂体积,改变硝酸-过氧化氢的比例对样品进行消解:称取相同质量的同一样品,加入不同比例的硝酸和过氧化氢进行消解,最终选择6 mL硝酸和2 mL过氧化氢条件消解。

2.3 消除质谱干扰和非质谱干扰

质谱干扰主要有同量异位素、多原子、双电荷离子等干扰[14],消除质谱干扰可采用碰撞反应技术和干扰校正方程。硒元素的同位素有74Se、76Se、77Se、78Se、80Se、82Se,通过综合考虑硒元素的丰度灵敏度,78Se、80Se、82Se可选作待测质量数。但80Se存在大量的40Ar40Ar的干扰,单纯采用He气碰撞技术不能很好控制其对目标硒元素的干扰;82Se的灵敏度过低,测定过程中精密度较差,因此选择78Se进行优化测定。在碰撞池技术下的同位素78Se,通过优化仪器参数,调谐控制78Se响应小于100 CPS即可消除多原子离子的质谱干扰。原理是仪器设置能量选择数值,多原子离子因碰撞动能绝大部分降低,且低于所设置的能量值被阻挡进入质量选择器,而78Se+则大部分能顺利进入质量选择器中被检测。碰撞池技术最终消除多原子离子的质谱干扰,使检测结果更准确。

表3 无基体改进剂和异丙醇基体改进剂ICP-MS法测得标准物质中硒元素结果

Table 3 The selenium concentrations in national standard material by micorowave digestion-ICP-MS without matrix modifier

标准物质名称证书编号证书标示值(mg/kg)实验方法实验平均结果(mg/kg)n=4实验方法实验平均结果(mg/kg)n=4芹菜GBW10048(GSB-26)0118±0017鸡肉GBW10018(GSB-9)049±006圆白菜GBW10014(GSB-5)020±003猪肝GBW10051(GSB-29)154±029微波消解-无基体改进剂ICP-MS法014406260287208微波消解-2%异丙醇基体改进剂ICP-MS法010605130214159

非质谱干扰包括基体干扰和仪器稳定性,可选用内标元素进行外部校正非质谱干扰;或者加入基体改进剂,使待测样品基体匹配从而消除干扰。本实验采用2%异丙醇作为基体改进剂、锗内标校正进行定量测定能很好地消除实验过程中的非质谱干扰。

表4 精密度实验结果

Table 4 The result of precision test

标准物质名称证书值(mg/kg)实验次数测定结果(mg/kg)平均值(mg/kg)相对标准偏差(RSD)/%圆白菜GBW10014(GSB-5)020±003123456018802050211019302070198020043

2.4 异丙醇基体改进剂比例的确定

对于食品中微量元素硒含量的测定,微波消解完成后,无基体改进剂直接进样,采用锗内标元素外部校正所得结果比国家标准物质标准值偏高,结果见表3。 有文献报道,测定硒元素结果偏高主要是样品消解不完全,其中的含碳有机物对硒元素起到增敏作用[10-12],因此要解决标准溶液与样品消解溶液基体匹配问题才能准确测定食品中硒元素的含量。改变微波消解条件并不能消除此干扰,而通过实验发现标准加入法虽然能使基体相匹配,但是由于该方法每个样品均需要做标准加入法不适合大批量不同类型样品的测定。最后通过实验,在实验测定的过程中在线引入一定比例的异丙醇能够很好解决基体匹配的问题。

针对异丙醇最佳添加比例的选择,通过改变异丙醇不同添加比例进行实验,考察了0%～4%比例的异丙醇对硒响应值影响,见图1。综合考虑灵敏度、稳定性等问题,异丙醇最佳比例为2%。

图1 不同比例异丙醇对硒响应值影响Fig.1 The influence of different proportion isopropanolto selenium response values

采用2%的异丙醇作为基体改进剂,采用锗元素进行内标校正对几种国家标准物质进行测定,结果均在标准物质证书值范围内。加入异丙醇作为基体改进剂后,标准溶液和样品溶液基体相匹配,解决了无基体改进剂标准溶液响应值低而导致样品测定结果偏高的问题,见表3。

2.5 方法线性拟合系数及检出限

依据1.2.1条称取最大称样量1 g进行样品处理,定容至25 mL,按照1.2.2条配制标准溶液进行测定,连续测定空白试样20次。计算响应值的标准偏差,根据检出限计算方法:LOD=3×SD/b和LOQ=10×SD/b(其中SD为标准偏差,b为工作曲线斜率),以仪器响应值的3倍和10倍标准偏差除以工作曲线斜率,再以1.0 g取样量定容至25 mL,计算出本方法的检出限和定量限,线性方程:y=1038.03X+18.15,拟合系数:1.0000,检出限:0.30 μg/kg,定量限:1.0 μg/kg。

2.6 精密度和回收率实验

选取圆白菜标准物质进行精密度实验:称取6个平行样,按照本方法消解测定,根据结果计算相对标准偏差,圆白菜的精密度实验测定结果相对标准偏差(RSD)为4.3%,结果见表4。选取硒含量比较低的圆白菜、硒含量比较高的猪肝标准物质分别加入3个梯度浓度的标准溶液进行加标回收实验,按照本方法消解测定,圆白菜的加标回收率为89.0%～103.0%,猪肝的加标回收率为95.0%～104.0%,证明该方法可行,结果见表5。

表5 加标回收实验结果

Table 5 The result of recovery test

标准物质名称证书值(mg/kg)加标量(mg/kg)测定结果(mg/kg)回收率(%)圆白菜GBW10014(GSB-5)0200100028989002000406103005000686972猪肝GBW10051(GSB-29)15405002061040100249950200352990

3 结论

本实验建立用微波消解-ICP-MS法测定食品中微量硒元素,加入2%的异丙醇作为基体改进剂,采用锗元素进行内标校正、碰撞池技术进行测定。本方法操作简单快捷、试剂使用量少、干扰消除彻底、准确度高,加入异丙醇提高仪器灵敏度。通过分析国家有证标准物质,所得实验结果均在证书值范围内,圆白菜的精密度RSD为4.3%,圆白菜和猪肝的加标回收率为89.0%～104.0%,该方法可应用于食品中硒元素的准确测定。

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Determination of Selenium in celery,cabbage,chicken and liver with Isopropanol as matrix modifier by micorowave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry

LI Jin-man,ZHANG Gui-wei,CHEN Shu-di,DENG Hong-yu

(Food Institute,Shenzhen Academy of Metrology and Quality Inspection,Shenzhen 518109,China)

Objective:WithIsopropanolasmatrixmodifier,thedeterminationofseleniumincelery,cabbage,chickenandliverbymicrowavedigestion-ICP-MSwasestablished.Method:6mLnitricacidand2mLhydrogenperoxidewereaddedtosamplesfordigestionbymicorowave,SeleniumcontentinsampleswasdeterminedbyICP-MScollisioncelltechnology,with2%isopropanolasamatrixmodifier,withgermaniumasinternalcalibration.Results:Thefittingcoefficientofthemethodwas1.0000,thedetectionlimitwas0.3μg/kg,thelimitofquantificationwas1μg/kg.Seleniumcontentincertifiedreferencematerialsweredeterminedbythismethod,theresultswereintherangeofthecertificatevalue.Thismethodhadgoodlinearity,lowdetectionlimit,accurateandreliable,canbeusedforaccuratedeterminationofseleniuminfood.

Isopropanol;Selenium;ICP-MS;microwavedigestion;food

2016-03-03

李金蔓(1981-)，女，硕士，工程师，主要从事食品质量体系管理研究，E-mail:fangfang881013@126.com。

深圳市科技研发资金技术攻关项目资助课题(JSGG20140519114050315)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)19-0307-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.19.051