電感耦合等離子體發射光譜法測定奶牛飼料中多種微量元素的含量

寧月蓮，張 麗，劉麗君，李翠枝，胡文慧*，趙 靜

（內蒙古伊利實業集團股份有限公司，內蒙古 呼和浩特 010110）

微量元素是動物機體的重要結構和功能成分[1]，其含量雖然較低，但在動物生長發育、新陳代謝、疾病預防[2-4]和改善飼料利用率方面起到非常重要的作用。有些微量元素本身就是結構成分，如鐵是血紅蛋白和肌紅蛋白的組成成分[5]。大多數微量元素是體內重要酶的輔基或結構成分[6]，參與催化體內多種新陳代謝過程，缺乏這些微量元素會導致正常的新陳代謝受到影響[7-8]，進而導致動物的疾病和死亡[9]。鉻（Cr）是動物生長過程中的必需元素，但攝入過量會對組織器官產生毒性。Cr在動物體內以Cr3+和Cr6+形式存在，Cr3+可協助胰島素發揮作用，為糖和膽固醇代謝所必需，但Cr6+對動物有毒害作用，可沉淀核酸、核蛋白，干擾酶系統等[10-11]。富鋁飼料中的鋁抑制骨骼鈣化，可能是由于形成了磷酸鋁，降低了日糧中有效磷的利用率[12]。攝入過量鋁不一定造成骨鋁蓄積，但可出現骨病及其他鋁危害[13]。磷在動物的生長過程中具有十分重要的作用[14]，它是遺傳物質核酸的重要組分，也是能量傳遞關鍵物質三磷酸腺苷的重要成分，磷還是多種酶及生物膜磷脂的組分，是構成骨骼和牙齒的重要成分。銅[15]、鐵、錳、鋅[16-18]等微量元素攝入不足或過量均會對畜禽健康及生產性能造成影響，進而影響人體健康[19]，因此對各種奶牛預混合飼料和粗飼料中微量元素的含量進行準確測定和分析尤為重要。

隨著科技的進步，越來越多的科研工作者采用電感耦合等離子體發射光譜（inductively coupled plasma emission spectrometry，ICP-OES）法[20]進行多種元素的同時檢測，其具有檢出限低、準確度高、分析速度快等優點[21-23]，并在食品領域里廣泛應用?，F在關于奶牛預混合飼料和粗飼料中元素的檢測研究很少，現有GB/T 13885—2017《飼料中鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鈉和鋅含量的測定 原子吸收光譜法》[24]中只采用原子吸收光譜法對飼料中的微量元素進行測定，而未采用ICP-OES法，且分析的元素種類較少。本研究擬采用ICP-OES對奶牛預混合飼料和粗飼料中的12 種微量元素進行分析，除了對奶牛預混合飼料和粗飼料中常見的鉀（K）、鈣（Ca）、鈉（Na）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、鋅（Zn）、銅（Cu）、錳（Mn）幾種元素進行分析，還對奶牛預混合飼料和粗飼料中不常見的鍶（Sr）、磷（P）、鋁（Al）、鉻（Cr）4 種元素進行分析，增加了方法應用的實用性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

奶牛預混合飼料和粗飼料均來源于某飼料公司。

K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、P、Sr、Al、Cr標準儲備液（1 000 mg/L） 美國O2si公司；硝酸（純度67%～70%，痕量級） 加拿大CNW公司；實驗用水為超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm）。

1.2 儀器與設備

6300 ICP-OES儀 美國熱電公司；MARS 6微波消解儀 美國CEM公司；AL-204電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；BHW-09A24S趕酸儀 上海博通化學科技有限公司；Milli-Q超純水系統 美國密理博公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

準確稱取0.200 0 g樣品，放入微波消解罐內，加入10 mL硝酸，放置15～20 min后放入消解儀內，微波消解儀消解程序見表1。消解結束后冷卻至室溫，打開消解罐，用超純水轉移至50 mL容量瓶中，定容，混勻待測，同時做試劑空白，即在不加試樣的情況下，按同樣的儀器條件和分析方法對所用試劑進行分析。

表 1 微波消解儀消解程序Table 1 Microwave digestion procedure

1.3.2 儀器工作條件

射頻功率1 150 W，霧化器流速0.65 L/min，輔助氣流速0.5 L/min，蠕動泵轉速50 r/min。

1.3.3 混合標準工作液配制

將K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、P、Sr、Al、Cr單元素標準儲備液配制成混合標準溶液中間液，逐級稀釋得到各元素組成及質量濃度不同的混合標準工作液。各混合標準工作液元素組成及各元素系列質量濃度如表2所示。

表 2 混合標準工作液元素組成及各元素質量濃度Table 2 Composition and concentration of mixed standard working solutions

1.4 結果計算

采用上述儀器工作條件進行測定，測定結果按下式計算。

式中：X為試樣中被測元素的含量/（mg/kg）；ρ為樣液中被測元素的質量濃度/（μg/mL）；ρ0為空白溶液中被測元素的質量濃度/（μg/mL）；V為試樣定容的總體積/mL；n為試樣溶液稀釋倍數；m為試樣的質量/g。

2 結果與分析

2.1 分析譜線波長的選擇

根據飼料樣品溶液的特點以及ICP-OES所檢測元素譜線的靈敏度，選擇靈敏度高、干擾小、重復性好、線性好的譜線作為分析譜線。本研究選擇的待測元素分析譜線波長分別為：K 766.490 nm、Ca 315.887 nm、Na 589.592 nm、Mg 279.553 nm、Fe 239.562/259.940 nm、Zn 206.200/213.856 nm、Cu 324.754 nm、Mn 257.610/259.373 nm、P 213.618 nm、Sr 407.771/421.552 nm、Al 396.152 nm、Cr 267.716 nm。

2.2 方法學參數測定結果

2.2.1 標準曲線與方法檢出限

表 3 各元素的標準曲線、相關系數和檢出限Table 3 Calibration curves, correlation coefficients and detection limits of 12 trace elements

2.2.2 預混合飼料和粗飼料中各元素的測定結果和精密度

由表4～5可知：預混合飼料和粗飼料中的K、Ca、Na、Mg、P 5 種元素的含量均較高；粗飼料中，除Fe、Sr、Cr、Al 4 種元素含量高于預混合飼料，其他8 種元素的含量均低于預混合飼料。

表 4 預混合飼料中各元素的檢測結果Table 4 Summary of analytical results obtained for the determination of 12 trace elements in premixed feed

表 5 粗飼料中各元素的檢測結果Table 5 Summary of analytical results obtained for the determination of 12 trace elements in crude feed

2.2.3 方法的準確度

表 6 粗飼料樣品的加標回收率測定結果Table 6 Recoveries of spiked crude feed samples

續表6

表 7 預混合飼料樣品的加標回收率測定結果Table 7 Recoveries of spiked pre-mixed feed samples

為確認方法的準確性，對粗飼料和預混合飼料樣品進行加標回收率實驗。由于預混合飼料樣品中K、Ca、Na、Mg本底含量較高，加標回收測定結果誤差較大，因此采用有值樣品進行準確度評價。由表6～7可知：粗飼料和預混合飼料樣品回收率測定結果為90.0%～106.9%；同時加標樣品連續測定6 次的結果變異系數為0.76%～6.14%，滿足GB/T 27404—2008《實驗室質量控制規范 食品理化檢測》的要求。

為進一步確定方法的準確度，以參加過中國檢驗檢疫科學研究院測試評價中心能力驗證平臺ACAS-PT470（2017）《飼料中鈣、銅、鐵、鎂含量的測定能力驗證》和ACAS-PT471（2017）《飼料中錳、鉀、鈉、鋅含量的測定能力驗證》的樣品作為實驗對象，進行準確度實驗。以評定報告中|Z|≤2.0為滿意結果作為評定依據。

表 8 2 批能力驗證樣品的檢測結果和樣品指定值Table 8 Method validation using two batches of samples in comparison with specified values

由表8可知，采用本方法分析飼料中微量元素的結果準確度比較高。

3 結 論

采用微波消解技術對奶牛預混合飼料和粗飼料樣品進行前處理，采用ICP-OES對多種元素進行同時測定。結果表明：樣品6 次平行測定結果的變異系數為0.69%～8.70%，加標回收率為90.0%～106.9%；方法的檢出限低、靈敏度高、準確性好，可以實現多種元素的同時測定；在常檢元素的基礎上拓展了Sr、Al、Cr 3 種元素的含量分析，使元素檢測項目擴大到12 項，大大提高了工作效率。