電感耦合等離子體質譜法測定復配水分保持劑中的18種雜質元素

呂亞寧,胡艷云,韓　芳,宋　偉,趙　琳

(1.安徽出入境檢驗檢疫局技術中心,安徽合肥 230022;2.食品安全分析與檢測安徽省重點實驗室,安徽合肥 230022)

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電感耦合等離子體質譜法測定復配水分保持劑中的18種雜質元素

呂亞寧1,2,胡艷云1,2,韓芳1,2,宋偉1,2,趙琳1

(1.安徽出入境檢驗檢疫局技術中心,安徽合肥 230022;2.食品安全分析與檢測安徽省重點實驗室,安徽合肥 230022)

建立了電感耦合等離子體質譜法測定復配水分保持劑中Cu、Se和Mn等18種雜質元素的檢測方法。復配水分保持劑的主要成分為磷酸鹽,質譜分析時基體干擾較嚴重,但經微波消解后,采用以CH4作為反應氣的動態反應池模式能較好地消除質譜基體干擾。方法檢出限在0.002～0.084 μg/g之間,回收率可達82.3%～104.8%。該法在復配水分保持劑多元素同時測定中可獲得良好的靈敏度和準確度。

動態反應池,電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS),復配水分保持劑

復配水分保持劑是指用于肉禽、乳制品和淀粉類食品加工中增強其水分的穩定性和高持水性的復配型添加劑,其主要成分為磷酸鹽類,包括焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉等,另添加氯化鈉、淀粉等其他輔料加工而成。相較于單一成分的水分保持劑,復配型水分保持劑具有協同效應增強、降低添加劑用量、減少生產投資、節約資源等優勢[1-3],因此被廣泛應用于米面制品、速凍食品、肉制品、飲料等加工領域。但由于磷酸鹽等原料在生產、包裝及運輸環節過程中會接觸到不銹鋼等金屬容器,存在引入金屬污染物的風險,因此復配水分保持劑的食用安全問題越來越受到關注[4]。

水分保持劑等添加劑中的雜質元素的分析目前主要有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發射光譜法和電感耦合等離子體質譜法等。其中電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)可同時檢測多種元素且具有檢測限低、線性動態范圍寬等特點,應用前景良好[5-8],但復配水分保持劑中的高濃度金屬鹽離子在ICP-MS的常規分析中會形成嚴重的干擾,制約了其在元素測定時的應用。目前配置動態反應池模式(DRC)的ICP-MS能通過反應氣的碰撞反應來抑制多原子離子的質譜干擾,改善信噪比,使方法更準確[9-11]。在反應氣的選擇上,通常有甲烷、氧氣、氨氣等,由于甲烷作反應氣安全性好,化學活性強,能夠有效消除多原子離子干擾[10-12],因此本文利用以甲烷為反應氣的動態反應池模式,結合微波消解法,建立了復配水分保持劑中雜質元素的測定方法,實驗證明,該法能夠獲得良好的靈敏度、檢出限和準確度。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

Cu、Se、Mn、Fe、Cr、Mg、Cd、As、Sn、Ni、Pb、Co、Zn、Ga、Sb、V、Sr、Hg、Au單一元素標準溶液(1000 μg/mL)、內標溶液:Ge、In、Bi標準溶液(1000 μg/mL)國家標準物質研究中心;HNO3優級純;H2O2分析純;實驗用水為超純水;所有器皿均用20% HNO3浸泡6～8 h后,超純水沖洗3次,備用。

DRC-e電感耦合等離子體質譜儀美國PE公司;Multiwave 3000微波消解系統安東帕公司。

1.2實驗方法

1.2.1樣品處理干灰化法:準確稱取2.00 g復配水分保持劑樣品于坩堝中,放入高溫爐,逐漸升溫到550 ℃,灰化5 h,取出,加少量HNO3,置于電熱板上蒸干,再移至高溫爐中,灰化2 h。取出后置于電熱板上加熱蒸干。最后加入少量20%的HNO3溶解殘渣,將試液轉移至燒杯中,用水少量多次洗滌坩堝,合并溶液后經濾紙過濾沉淀后并入50 mL容量瓶中,定容,即為待測樣液。

微波消解法:準確稱取0.50 g樣品于消解內罐中,加入4 mL HNO3和2 mL H2O2,20 μL 1000 μg/mL的Au溶液,旋緊上蓋,置于微波消解儀中,按設計好的消解程序進行微波消解。爬坡升溫程序為:0～700 W升溫10 min,700～1200 W升溫10 min。消解40 min完畢后,取出消解罐,打開罐蓋,將消解液轉移至25 mL容量瓶中,用超純水少量多次洗罐,定容后即為待測樣液。同時做試劑空白和回收實驗。

1.2.2儀器工作參數ICP-MS的工作參數,射頻功率:1100 W;載氣(Ar2)流量:0.90 L/min;樣品提升率:1.00 mL/min;輔助氣流量:1.20 L/min;冷卻氣流量:15. 00 L/min。

2　結果與討論

2.1樣品前處理方法的選擇

食品添加劑的消解方法通常使用干灰化法或微波消解法,其中干灰化法能利用高溫消解大量樣品,增強樣品代表性,無試劑污染,空白低,但過程中易損失低沸點元素;微波消解法消解效率高,能保證回收率,但對試劑的純度要求較高。本文利用兩種消解方式對復配水分保持劑中各元素進行測定,圖1列出兩種消解方式下的回收率情況。在干灰化法條件下,Hg、Pb、Cd、Sn、Se等元素的損失較嚴重。其中Pb、Cd等回收率低的原因主要是,在“灰助劑”HNO3的作用下,樣品基體中高濃度氯離子易與Pb、Cd等形成揮發性的PbCl2、CdCl2,在高溫下揮發損失;另Sn與HNO3生成的錫酸易與石英坩堝反應,也會導致損失[13]。而Hg和Se均為低沸點元素,超過500 ℃的高溫下極易揮發損失。微波消解法處理時,為避免在急劇高溫條件下簡單磷酸鹽容易縮聚成復雜磷酸鹽,影響消解效率,本實驗選擇了較緩的爬坡升溫程序,所得消解溶液澄清透明,表明試樣消解徹底,且由圖1可知各元素的回收率也較穩定。

圖1　18種元素在不同前處理方式下的回收率Fig.1　The recovery of 18 elementsin different pretreatment methods

2.2ICP-MS分析中質譜的干擾與校正

汞元素具有較強的吸附性,當汞的質量濃度大于10 μg/L時,記憶效應更為明顯。根據文獻[10],本實驗采用加入含2% Au內標的方法能夠減小這一效應,同時用該溶液淋洗進樣系統,根據表3中,Hg的回收率和精密來看,此法能較好消除汞的記憶效應。

表1　元素質量數、內標及反應池條件

2.3方法的評價

按上述實驗方法對線性范圍、檢出限和精密度進行了考察,樣品空白溶液重復測定6次,計算標準偏差,其測定結果標準偏差3倍所對應的濃度值作為檢出限,各待測元素的檢出限如表2所示。各待測元素的檢出限,線性相關系數均不低于0.9995,各待測元素線性關系良好。

表2　各元素線性范圍、線性相關系數和檢出限

為驗證方法的實用性,利用建立的方法對復配水分保持劑中的18種雜質元素分別進行6次平行測定和加標回收實驗,結果見表3,回收率在82.3%～104.8%之間,RSD小于3.56%。

表3　樣品分析情況

3　結論

對比了微波消解法和干灰化法處理復配水分保持劑樣品,并用DRC-ICP-MS法測定其中的Cu、Mn、Cr、As、Ni、Co、Ga、V、Se、Fe、Mg、Cd、Sn、Pb、Zn、Sb、Sr、Hg等18種雜質元素的情況,微波消解法取得了滿意的結果。采用CH4作為反應氣的動態反應池模式可以有效地消除高背景樣品中多原子離子的質譜干擾,以多內標元素校正了分析信號漂移和基體效應。本法具有操作方便、樣品處理簡單、分析時間短、方法準確、靈敏度高、重現性好等優點,為復配水分保持劑中雜質元素的檢測提供了方便、可靠、快捷的方法。

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Determination of eighteen impurity elements in blended water retention agent by inductively coupled plasma-mass spectrometry

LV Ya-ning1,2,HU Yan-yun1,2,HAN Fang1,2,SONG Wei1,2,ZHAO Lin1

(1.Anhui Entry and Exit Inspection and Quarantine Bureau,Hefei 230022,China;2.Anhui Province Key Lab of Analysis and Detection for Food Safety,Hefei 230022,China)

An analytical method for the determination of 18 trace elements(Cu、Se、and Mn)in blended water retention agent was established using inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS). The main component of blended water retention agent is phosphate,which leads to serious mass matrix interference. To eliminate the spectral interferences,the dynamic reaction cell(DRC)mode was used with methane as reactant gas after microwave digestion. The limits of detection were 0.002～0.084 μg/g,with standard recoveries of these elements were in the range of 82.3%～104.8%. This method was sensitive and accurate for the simultaneous determination of multiple elements.

dynamic reaction cell;inductively coupled plasma-mass(ICP-MS);blended water retention agent

2016-01-15

呂亞寧(1985-)，女，碩士，工程師，研究方向：食品安全分析與檢測，E-mail：yaninglv@163.com。

安徽省自科學基金面上項目 (1408085MKL96, 1408085MKL97);國家質檢總局科研課題(2014IK134)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)16-0076-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.006