電感耦合等離子質譜法測定母乳中10 種礦物元素

王亞玲，趙軍英，喬為倉，張明輝，劉 妍，陳歷俊

（北京三元食品股份有限公司，國家母嬰乳品健康工程技術研究中心，北京市乳品工程技術研究中心，母乳研究技術創新中心，北京 100163）

母乳是嬰兒最理想的天然食物[1-3]，可滿足嬰兒生長發育的實時需求[4]。母乳含有嬰兒生長所必需的各種營養素[5]，如高品質的蛋白質、易消化的乳脂肪、獨特的乳糖、豐富的礦物質和多種維生素。礦物質作為母乳中重要的營養素，對嬰兒的正常生理功能和生長發育有無可替代的作用。

母乳中的礦物質包括K、Ca、Na、Mg、P等常量元素，還包括Cu、Mn、Zn、Fe、Se等必需微量元素及Pb、Cr、Hg、As等其他元素[6]。目前母乳中礦物元素的測定方法主要有火焰原子吸收光譜（flame atomic absorption spectrometry，AAS）法[7-9]、火焰原子發射光譜（atomic emission spectrometry，AES）法[10]、原子熒光光譜（atomic fluorescence spectrometry，AFS）法[11-13]、紫外-可見分光光度（ultraviolet-visible spectrophotometry，UVVIS）法[14-15]、離子色譜（ion chromatography，ICP）法[16]、電感耦合等離子體-發射光譜（inductively coupled plasmaatomic emission spectrometry，ICP-AES）法[17-19]、電感耦合等離子體-質譜（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）法[20-22]等。其中，ICP-MS法是檢測母乳中礦物元素含量的最常用方法[23-25]，其具有樣品需求量少、分析速度快、準確度和靈敏度高、檢測限低、線性范圍寬等優點[6]，不僅可以檢測樣品中多種礦物元素含量，還克服了AAS、AES、AFS、UV-VIS法測定單個元素、分析速度慢的缺點，同時分析了以上方法不能檢測的元素，是強有力的元素分析技術[6]，已廣泛應用于乳品[26]、嬰幼兒配方食品[27]等。我國已將ICP-MS法列入GB 5009.268—2016《食品中多元素的測定》[28]，用于食品中多元素的測定。

目前國內外關于母乳中礦物元素的研究熱點多集中在研究單一元素，或一類含量水平相近的元素，缺少全面分析母乳中礦物質水平的研究[6]。因此，建立中國母乳數據庫，研究母乳中礦物質水平及影響因素需要快速、準確、靈敏的高通量檢測技術，其不僅解決了樣本量少、耗時長的問題[29]，還實現了大批量樣本的快速檢測。國內外已有研究人員將微波消解-電感耦合等離子體-質譜（microwave digestion-inductively coupled plasmamass spectrometry，MD-ICP-MS）法應用于高通量測定嬰幼兒配方奶粉[27,30]、乳品[26]、母乳[31]及其他食品[32-33]的礦物元素，如高亦軍等[30]采用MD-ICP-MS法同時檢測配方乳粉中14 種礦物元素的含量；陳歷俊等[26]應用ICPMS法高通量檢測原料乳及乳制品中15 種礦物元素的含量；Khan等[27]采用ICP-MS法同時測定嬰幼配方粉中Cr、Mo、Se含量；Astolfi等[31]應用高通量ICP-MS法測定人乳中34 種礦物元素含量；Wei Yihua等[32]采用MD-ICPMS法同時測定富硒大米中Se和其他礦物元素的含量；Chevallier等[33]采用MD-ICP-MS法同時測定食品樣品中31 種礦物元素含量等，而已有文獻中有關應用悶罐消解-電感耦合等離子體-質譜（sealed digestion-inductively coupled plasma-mass spectrometry，SD-ICP-MS）法高通量檢測母乳中礦物元素含量的研究報道相對較少。

與ICP-MS法檢測母乳相配套的常用前處理方法[28]主要有微波消解法和壓力罐消解法。微波消解法于高溫測定Se等易揮發元素的結果偏低。壓力罐消解法要求在全密封的罐內消解樣品，所以可測定易揮發、易損失元素，防止樣品損失，減少試劑消耗，因此壓力罐消解法是消解含有微量元素及痕量元素樣品的有效方法。

由于母乳樣品較難獲得且樣品量有限，實驗采用高壓悶罐消解法對母乳樣品進行前處理，利用ICP-MS法高通量測定母乳的K、Ca、Na、Mg、P、Cu、Mn、Zn、Fe、Se共10 種礦物元素的含量，在較寬的濃度范圍內，實現高通量、快速、準確分析母乳的多種礦物元素。實驗還統計了北京地區母乳中礦物元素的含量，以期對中國母乳數據庫的建立提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

母乳樣品采自首都醫科大學附屬北京地壇醫院和北京市通州區婦幼保健院[34]，共收集211 例樣本，所有樣品在采集后均貯存于－80 ℃超低溫冰箱。

濃硝酸、過氧化氫（均為優級純） 北京化學試劑研究所；K、Ca、Na、Mg、Cu、Mn、Zn、Fe、Rh單元素標準溶液（1 000 μg/mL），Se單元素標準溶液（100 μg/mL），奶粉成分分析標準物質（GBW10017），脫脂奶粉成分分析標準物質（GBW08509） 中國計量科學研究院；P單元素標準溶液（1 000 μg/mL） 國家有色金屬及電子材料分析測試中心；Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U調諧溶液（1 μg/L） 美國PerkinElmer公司；實驗用水均為超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm），所用器皿均在稀釋成質量分數20.0%的硝酸溶液（原質量分數69.0%）中浸泡24 h以上，并用超純水沖洗，烘干備用。

1.2 儀器與設備

NexION 350D ICP-MS儀 美國Perkin Elmer公司；恒溫電熱板 濟南精密科學儀器儀表有限公司；Milli-Q超純水機 美國Merck Millpore公司；電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；BP 210S電子天平德國Sartorius公司；密閉高壓消解罐（配有聚四氟乙烯消解內罐） 南京瑞尼克科技開發有限公司。

1.3 方法

1.3.1 儀器校正與參數

儀器開機預熱后，用質量濃度1 μg/L的Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U質譜調諧液調試儀器，使儀器的靈敏度、氧化物、雙電荷和分辨率等各項指標達到測定要求的參數如下：9Be＞2 000、115In＞40 000、238U＞30 000、220Bkgd（background）≥3、156CeO/140Ce≤2.5%、Ce++/140Ce＜3%，霧化器氣體流量、輔助氣體流量、等離子氣體流量分別為0.92、1.20、18.00 L/min，ICP射頻功率為1 600 W，模擬階段電壓、脈沖階段電壓分別為－1 800、1 100 V。

1.3.2 光譜校正液的配制

準確吸取0.1 mL Rh單元素標準溶液于10 mL容量瓶中，用質量分數2%的硝酸-高純水為介質定容至刻度，配制成質量濃度為10.0 μg/mL的混合內標儲備溶液；搖勻后，再次準確吸取1 mL質量濃度為10.0 μg/mL的混合內標儲備溶液于500 mL容量瓶中，用硝酸-高純水為介質定容至刻度，配制成質量濃度為20.0 ng/mL混合內標溶液，室溫儲存備用。

1.3.3 樣品前處理

準確稱取母乳樣品1.00 g于消解內罐中，加入4 mL濃硝酸和2 mL過氧化氫溶液，蓋好內蓋，旋緊不銹鋼外套，置于恒溫干燥箱中，于150～170 ℃保持4～5 h，冷卻至室溫后，緩慢旋松不銹鋼外套，將樣品從消解內罐取出，在控溫電熱板上于100 ℃趕酸至液體剩余約0.5 mL，將消解液轉移至定容離心管中，用超純水洗滌消解罐3～4 次，合并洗液，定容至25 mL，搖勻、過濾后待測。同時，以同樣的方法制備空白對照組樣品、奶粉成分分析標準物質和脫脂奶粉成分分析標準物質消解液。

1.4 數據處理及統計學方法

采用Microsoft Excel 2013進行實驗數據處理，對奶粉成分分析標準物質、脫脂奶粉成分分析標準物質的10 種元素運用單因素方差分析后，運用同種分析方法統計不同泌乳階段母乳礦物元素的含量，結果以±s表示，以此判斷母乳中不同礦物元素含量隨泌乳時間的變化趨勢。

2 結果與分析

2.1 光譜干擾的校正

分析母乳待測元素過程中，可能受到樣品基體組分及其相關的多原子離子、氬相關多原子離子的干擾，為解決這些光譜干擾，實驗采用動態反應池（dynamic reaction cell，DRC）法解決以上類型的光譜干擾，利用反應氣如O2或NH3選擇性去除多原子離子，降低較高質量信號的可能干擾。此外，分析信號會由于基體干擾而隨時間發生漂移，為了降低信號漂移造成的誤差，改善分析精度，實驗采用質量濃度20 ng/mL的Rh單元素標準溶液作為在線內標液監測和校正基體效應以減少非質譜干擾。實驗優化的背景等效濃度（background equivalent concentration，BEC）、檢出限（limit of detection，LOD）、反應池四極桿參數（reaction parameter quadrupole，RPQ）等數據如表1所示。

表1 質譜主要干擾及DRC參數Table 1 Major mass spectral interferences and DRC parameters

2.2 標準曲線及LOD

根據母乳中不同元素的含量，選擇合適的質量濃度范圍繪制元素標準曲線方程，如表2所示，10 種元素的線性回歸方程相關系數（R2）均大于0.999 0。按照1.3.2節的方法對母乳樣品、奶粉生物成分分析標準物質及脫脂奶粉成分分析標準物質平行稱量5 次進行消解處理后測定不同元素的含量，計算測定方法的相對標準偏差（relative standard deviation，RSD），結果表明，RSD均小于5.0%，因此實驗方法的精密度良好。通過測量11 次樣品的空白組所得標準偏差的3 倍計算各元素LOD，結果顯示LOD在0.8～13.0 μg/L范圍內。

表2 ICP-MS法檢測10 種元素的線性方程、相關系數及LODTable 2 Linear calibration equations, correlation coefficients and detection limits of ICP-MS for 10 elements

2.3 測定結果及方法準確度

為了確定該方法的準確性，實驗對奶粉成分分析標準物質和脫脂奶粉成分分析標準物質進行驗證，結果如表3所示，所有元素測定的結果均在2 個標準物質標示值范圍內，其能滿足常量元素和痕量元素的分析要求。

表3 奶粉成分分析標準物質和脫脂奶粉成分分析標準物質的10 種元素測定結果（n=5）Table 3 Measured and actual contents of 10 elements in milk powder certified reference material and skimmed milk powder certified reference material (n= 5)

2.4 加標回收率實驗結果

消解前，在母乳樣品中加入不同質量濃度10 種元素的標準溶液，每個樣品分別添加3 個不同水平的混合標準溶液，每個質量濃度做3 個平行樣，分別測定11 次，并計算出10 種元素含量的RSD，結果見表4。實驗的加標回收率在80.00%～118.19%，RSD均小于10.0%，因此實驗方法準確、可靠。

表4 樣品的加標回收率及精密度（n=11）Table 4 Average recoveries and precision for 10 elements in spiked samples (n= 11)

續表4

2.5 母乳中礦物元素的含量分析

實驗測定了我國北京地區的初乳、過渡乳、成熟乳中常量元素和微量元素的含量，共檢測了211 例母乳樣本的10 種礦物元素，其中初乳、過渡乳、成熟乳分別為22、32、157 例。如表5所示，人乳中總礦物元素的水平與泌乳階段有關，隨泌乳期的延長，母乳中礦物元素的含量逐漸減小。

表5 不同泌乳階段母乳礦物元素的含量Table 5 Contents of 10 elements in breast milk at different lactation stages

3 結 論

實驗建立了SD-ICP-MS法測定母乳的礦物元素，并分別測定了不同泌乳階段母乳中10 種礦物元素的含量。實驗采用器皿密閉性好、待測元素不易損失、試劑用量少、消化徹底等優點的高壓密閉消解法對母乳樣品進行前處理，因此有效避免了其他復雜的前處理步驟可能帶來交叉污染和待測元素損失的風險，同時大幅提升了實驗通量和效率。實驗通過在線加入內標液和DRC法消除實驗中復雜多原子離子帶來的質譜干擾以及其他可能出現的干擾，選用Rh為內標元素對基體效應和信號漂移進行校正。由于樣品的測量時間為3～5 min，因此本實驗可準確、快速測定批量母乳的多種元素。實驗不僅統計了北京地區母乳中礦物元素的含量，還為建立中國母乳數據庫提供了支持。