ICP-MS法、ICP-OES法與分光光度法測定特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品中的磷的比較

◎ 董劉敏，薛慶海，黃麗俊，孫 麗，華佳淼，鄒 鳳，沈海麗

（1.無錫市食品安全檢驗(yàn)檢測中心，江蘇 無錫 214000；2.淮安市食品藥品檢驗(yàn)所，江蘇 淮安 223300）

磷元素存在于人體所有細(xì)胞中，幾乎參與所有生理活動(dòng)及新陳代謝，其存在對人體意義非凡，可促進(jìn)人體新陳代謝，維持人體酸堿動(dòng)態(tài)平衡，是人體牙齒以及骨骼的重要組成元素。此外，磷也是乳汁與肌肉中的必需物質(zhì)。如果人體缺少磷元素，則可能出現(xiàn)骨骼酸痛、肌肉乏力以及食欲不振等癥狀，當(dāng)缺磷嚴(yán)重時(shí)，還可能患軟骨病以及佝僂病等[1]。對于易缺磷的特殊人群，除了正常的飲食攝取外，還需要補(bǔ)充添加有磷等微量元素的特殊營養(yǎng)配方食品。特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品是一種醫(yī)用食品，其主要應(yīng)用于消化吸收困難、術(shù)后恢復(fù)期等特殊患者。特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品按照營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)分類可分為3類，即特定全營養(yǎng)、全營養(yǎng)、非全營養(yǎng)[2]。

現(xiàn)如今，食品中磷元素的測定技術(shù)主要包含釩鉬黃分光光度法、鉬藍(lán)分光光度法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry，ICP-OES）[3]、毛 細(xì) 管 電 泳法[4]、原子吸收光譜法[5]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICPMS）[6-7]。本文在李庚、顧衛(wèi)東等[6-7]的研究基礎(chǔ)上利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品中磷含量，測定結(jié)果與傳統(tǒng)的鉬藍(lán)分光光度法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）進(jìn)行比較，選取3類特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品，采用上述3種檢測方法進(jìn)行結(jié)果比較，對于特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品具有重要意義，同時(shí)為檢測人員和生產(chǎn)企業(yè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

收集3款特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品：炎性腸病適用的特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品A；食物蛋白過敏嬰兒特殊醫(yī)學(xué)用途氨基酸配方食品B；苯丙酮尿癥適用特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品C。

UPS級硝酸（蘇州金瑞化學(xué)股份有限公司）；超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）；1 000 μg·mL-1磷元素標(biāo)準(zhǔn)溶液與10 μg·mL-1（Bi、Sc、Re、In、Ge、Re）內(nèi)標(biāo)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（國家有色金屬電子材料分析測試中心）。

1.2 儀器與設(shè)備

iCAPTQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，ThermoFish公司；PE Avio 200電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、UV-2600分光光度計(jì)，島津公司；Mili-Q IQ70超純水儀，法國密理博公司；CEM微波消解儀，美國培安公司；馬弗爐，ThermoFish公司；ME204E電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司；Brand多量程移液器，德國普蘭德公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

（1）ICP-MS和ICP-OES。ICP-MS和ICP-OES前處理方法相同，均采用微波消解。由于特殊食品的原料組成復(fù)雜，粒徑差異大，痕量成分混合均勻性較難保證，微波消解法稱樣量在0.5 g左右，取樣量相對比較小，為了保證樣品的均勻性，本研究對粉末樣品進(jìn)行復(fù)原操作后再進(jìn)行稱取。在泡過酸的干凈燒杯中稱取30 g粉末樣品，加入磁力攪拌轉(zhuǎn)子，在燒杯中倒入預(yù)先稱量的120 g（溫度為40～50 ℃）的超純水，把燒杯放在磁力攪拌器上，開啟攪拌器調(diào)整好轉(zhuǎn)速使樣品平穩(wěn)渦旋，至樣品完全溶解后稱樣[8]。

于微波消解罐中稱取前面復(fù)原混勻好的液體樣品2.5 g（精確至0.001 g）（即復(fù)原粉末干物質(zhì)為0.5 g）于55 mL的聚四氟乙烯消解管中，加入硝酸6 mL，放置在趕酸儀上敞口120 ℃加熱30 min后，取出放冷后加上內(nèi)蓋旋緊外蓋，按照表1中消解程序進(jìn)行消解，待消解完畢后取出，緩慢打開罐蓋泄壓，放在趕酸儀100 ℃加熱30 min后，取出冷卻至室溫，用超純水少量多次洗至50 mL聚四氟乙烯容量瓶中，定容至刻度，搖勻備測。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

表1 消解程序表

（2）鉬藍(lán)分光光度法。本方法樣品前處理主要選用干灰化法。準(zhǔn)確稱取固體試樣約2 g（精確至0.001 g）于浸泡過25%的硝酸溶液的瓷坩堝中，在電爐上小火炭化至不冒煙，再于550 ℃下灰化，直至灰分呈白色為止。取出冷卻后，加鹽酸溶液（1+1），在水浴上蒸干。再加2 mL鹽酸溶液（1+1），用水分?jǐn)?shù)次將殘?jiān)耆慈?00 mL聚四氟乙烯容量瓶中，并用水稀釋至刻度搖勻。同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

（1）ICP-MS和ICP-OES 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制。準(zhǔn)確移取濃度為1 000 μg·mL-1磷元素0 mL、0.05 mL、0.10 mL、0.25 mL、0.50 mL、1.00 mL和2.50 mL于50 mL聚四氟乙烯容量瓶中，采用濃度為5%硝酸定容到刻度線，充分搖勻以備用。ICP-MS法和ICP-OES法磷標(biāo)準(zhǔn)系列工作曲線濃度為0 μg·mL-1、1 μg·mL-1、2 μg·mL-1、5 μg·mL-1、10 μg·mL-1、20 μg·mL-1、50 μg·mL-1。

（2）鉬藍(lán)分光光度法標(biāo)準(zhǔn)溶液配制。磷標(biāo)準(zhǔn)使用液（10.0 μg·mL-1）：準(zhǔn)確移取濃度為1 000 μg·mL-1磷元素1.00 mL于100 mL聚四氟乙烯容量瓶中，加水稀釋至刻度，充分搖勻備用。準(zhǔn)確移取磷標(biāo)準(zhǔn)使用液（10.0 μg·mL-1）0 mL、0.500 mL、1.000 mL、2.000 mL、3.000 mL、4.000 mL和5.000 mL，相當(dāng)于磷含量為0 μg、5.00 μg、10.00 μg、20.00 μg、30.00 μg、40.00 μg和50.00 μg，分別置于25 mL具塞試管中，依次加入2 mL鉬酸銨溶液（50 g·L-1）搖勻，靜置。加入1 mL亞硫酸鈉溶液（200 g·L-1）、1 mL對苯二酚溶液（5 g·L-1），搖勻。加水至刻度，混勻，靜置0.5 h后，用1 cm比色杯，在660 nm波長處，以零管作參比，測定其吸光度，以測出的吸光度對磷含量繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 儀器條件

（1）電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）。優(yōu)化后的儀器參數(shù)見表2，選擇31P同位素，在線加入濃度為200.0 μg·L-1的內(nèi)標(biāo)45Sc，在氦氣碰撞模式（SQ-KED）下，依次對標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品空白、樣品、加標(biāo)樣進(jìn)行測定，以磷的質(zhì)譜信號強(qiáng)度值磷的濃度為橫坐標(biāo)，CPS與內(nèi)標(biāo)計(jì)數(shù)值的比例值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算樣品中磷含量。

（2）電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）。儀器點(diǎn)火后穩(wěn)定后，先初始化，然后用1 mg·L-1的錳溶液進(jìn)行校準(zhǔn)儀器后，儀器參數(shù)見表3，選擇P 213.62這條譜線，采用軸向，分別測定標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白、樣品、加標(biāo)樣品，采用外標(biāo)法，以磷的濃度為橫坐標(biāo)，磷的光譜信號強(qiáng)度值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算磷的含量。

表2 氦氣碰撞模式（SQ-KED）模式電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）工作條件表

表3 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES）最佳工作條件表

（3）鉬藍(lán)分光光度法。試樣前處理選擇干灰化法，稱樣量約2 g，測定選擇對苯二酚、亞硫酸鈉還原法，測定時(shí)根據(jù)需要適當(dāng)稀釋，其他步驟按照GB 5009.87—2016中的方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白、樣品、加標(biāo)樣品測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 最優(yōu)微波消解條件選擇

特殊醫(yī)學(xué)配方食品基質(zhì)復(fù)雜，主要成分為碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪，其中碳水化合物中以淀粉糖為主[9-10]，為了避免消解過程中發(fā)生異常及保證磷元素的提取效果，本文以A樣為例，探討了消解溫度和時(shí)間對消解結(jié)果的影響。

選取A樣，在盡量保持樣品質(zhì)量（干樣0.5 g）一致的情況下分別考察了180 ℃消解15 min、185 ℃消解25 min、190 ℃消解30 min、200 ℃消解20 min、200 ℃消解25 min 5種條件下的消解效果，檢測結(jié)果如圖1所示。在190 ℃保持30 min的條件下，磷含量測定值最大，加之考慮結(jié)果的準(zhǔn)確性和維護(hù)儀器的使用壽命，故采用190 ℃保持30 min為本次的最佳消解條件。

圖1 不同消解溫度和時(shí)間對消解結(jié)果的影響圖

2.2 3種檢測方法的線性關(guān)系、檢出限及定量限

3種檢測方法的線性關(guān)系、檢出限及定量限見表4。

表4 3種檢測方法的線性關(guān)系、檢出限及定量限表

2.3 3種檢測方法的加標(biāo)回收率及精密度試驗(yàn)

（1）ICP-MS法加標(biāo)回收率及精密度試驗(yàn)。稱取3款不同濃度水平的特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品樣A、B、C各12份，其中6份添加約標(biāo)簽值一半含量值，按照1.3.1方法（1）處理樣品，進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)（采用重量法加標(biāo)），回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD如表5所示。對3款不同水平含量的樣品進(jìn)行加標(biāo)和精密度試驗(yàn)，加標(biāo)回收率為95.1%～101.8%，精密度RSD為1.6%～2.3%，符合《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》（GB/T 27404—2008）[11]中的要求：被測組分含量＞100 mg·kg-1（10 mg/100 g），加標(biāo)回收率95%～105%，含量在100～1 000 mg/100 g，精密度RSD＜2.7%，含量大于1 000 mg/100 g，精密度RSD＜2.0%。

（2）ICP-OES法加標(biāo)回收率及精密度試驗(yàn)。取上述消解好的樣液B及加標(biāo)樣液進(jìn)行上機(jī)ICP-OES測量，回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD如表6。

表5 ICP-MS法加標(biāo)回收率及精密度表（n=6）

表6 ICP-OES法加標(biāo)回收率及精密度表（n=6）

（3）鉬藍(lán)分光光度法加標(biāo)回收率及精密度。按照1.3.1中（2）的處理方法精確稱取特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品B樣12份，其中6份添加約標(biāo)簽值一半含量值進(jìn)行加標(biāo)（采用重量法加標(biāo)），測定6個(gè)平行樣品，6個(gè)加標(biāo)樣品。其中5份符合要求，符合要求的回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD如表7所示。

表7 鉬藍(lán)分光光度法加標(biāo)回收率及精密度表（n=5）

2.4 樣品測定結(jié)果

測定結(jié)果比較見表8。由表8可以看出3種檢測方法的測定結(jié)果不存明顯差異，與標(biāo)簽值相符。

表8 3種特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品中磷元素測定結(jié)果表（單位：mg/100 g）

3 結(jié)論

通過選擇對比微波消解條件，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS法）測定基質(zhì)復(fù)雜的特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品中磷含量，通過各種指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證均符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 27404—2008要求，同時(shí)又采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-OES法）和鉬藍(lán)分光光度法測定同一款B樣品，ICP-OES回收率為95.3%～104.6%，鉬藍(lán)分光光度法回收率為95.2%～104.5%，雖然3種方法的測定結(jié)果存在差異，但相差較小，且與標(biāo)簽值相符，均能滿足實(shí)驗(yàn)室要求。干灰化-鉬藍(lán)分光光度法操作簡單，維護(hù)費(fèi)用低，取樣量相對較大，對特醫(yī)樣品均勻性要求不高，但是線性相對比較難做好，而且一次只能測一種元素，不能滿足多種元素的同時(shí)測定；ICP-MS和ICP-OES的不足之處是儀器價(jià)格和使用成本費(fèi)都比較高，且微波消解法取樣量小，對樣特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品均勻性要求比較高，但是可以同時(shí)測定多種元素，具有操作簡便、高效的特點(diǎn)。希望為實(shí)驗(yàn)室檢測提供一些參考，建議有經(jīng)濟(jì)實(shí)力大型實(shí)驗(yàn)室可以選擇ICP-MS或ICP-OES。