ICP-MS法測(cè)定藍(lán)莓中的15種無(wú)機(jī)元素

吳建霞，張?chǎng)危f(wàn)林，梁小剛，劉琳琳，王莉

中國(guó)貴州茅臺(tái)酒廠（集團(tuán)）有限責(zé)任公司質(zhì)量處（仁懷 564501）

藍(lán)莓，起源于北美的杜鵑花科，越橘屬多年生小漿果植物，因果實(shí)呈藍(lán)色，故稱(chēng)為藍(lán)莓。其果肉細(xì)膩，酸甜適度，營(yíng)養(yǎng)成分十分豐富，具有極強(qiáng)的藥用價(jià)值及營(yíng)養(yǎng)保健功能，被國(guó)際糧農(nóng)組織列為人類(lèi)五大健康食品之一[1]。同時(shí)藍(lán)莓也富含與人體健康息息相關(guān)的各種無(wú)機(jī)元素，如Na、K、Ca、Mn、Zn等，這些無(wú)機(jī)元素對(duì)人機(jī)體調(diào)節(jié)、新陳代謝具有特殊作用[2-3]，無(wú)機(jī)元素的缺乏、過(guò)量、攝入不足或不平衡都會(huì)不同程度引起人體生理功能的異常，甚至發(fā)生疾病[4]。但由于環(huán)境污染、含有重金屬的農(nóng)藥化肥使用不合理，導(dǎo)致藍(lán)莓可能存在重金屬污染的問(wèn)題，通過(guò)食物鏈進(jìn)而影響人體健康[5]。近年來(lái)，藍(lán)莓常被當(dāng)作原料用于生產(chǎn)果汁和果酒。因此，建立一種檢測(cè)藍(lán)莓中多種無(wú)機(jī)元素的方法，可為藍(lán)莓及以藍(lán)莓為原料的產(chǎn)品提供品質(zhì)保障。

與其他傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室前處理方法相比較，微波消解具有樣品消解均勻、迅速，操作簡(jiǎn)便，提取效率高，安全性高，對(duì)人體危害小等特點(diǎn)[6-7]。電感耦合等離子體質(zhì)譜法具有檢測(cè)雙速度快、低檢出限、高靈敏度、線性范圍寬、多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)。已廣泛應(yīng)用于食品安全檢測(cè)[8-10]，所以試驗(yàn)采用微波消解與電感耦合等離子體質(zhì)譜法結(jié)合，對(duì)藍(lán)莓中Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Pb等15種元素進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)可為藍(lán)莓中無(wú)機(jī)元素的準(zhǔn)確高效檢測(cè)提供科學(xué)依據(jù)，也可為其他水果或以藍(lán)莓為原料的產(chǎn)品中無(wú)機(jī)元素檢測(cè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍(lán)莓樣品：網(wǎng)購(gòu)江蘇連云港、山東青島、四川成都、遼寧丹東4個(gè)產(chǎn)地藍(lán)莓（冷鏈運(yùn)輸），于-4 ℃冷藏待用。

硝酸（工藝超純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；過(guò)氧化氫（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；外標(biāo)溶液（Part#：5183-4688，美國(guó)安捷倫公司）。

調(diào)諧液Ce、Co、Li、Mg、Y（1 μg/mL：美國(guó)安捷倫公司）；在線內(nèi)標(biāo)液（美國(guó)安捷倫公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 7900安捷倫電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，美國(guó)安捷倫公司）；Mars6微波消解儀（CEM儀器有限公司）；3205勻漿機(jī)（BRAUN公司）；AR2140精密電子天平（梅特勒公司）；BHW-09C20趕酸儀（博通化學(xué)科技有限公司）；Aquaplore超純水系統(tǒng)（重慶頤洋科技發(fā)展有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

參考梯度稀釋的方法，用2% HNO3溶液將含待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋100倍配制成混標(biāo)中間液；其中高濃度元素質(zhì)量濃度10 000 μg/L、低濃度元素濃度100 μg/L的混標(biāo)母液。具體配制方法見(jiàn)表1。

表1 無(wú)機(jī)元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制濃度

在線內(nèi)標(biāo)液：用2% HNO3溶液將（Bi、Ge、In、Li6、Lu、Rh、Se、Tb）100 μg/mL稀釋至質(zhì)量濃度1 μg/mL，在測(cè)定過(guò)程中通過(guò)三通閥引入儀器。

1.3.2 樣品處理方法

用勻漿機(jī)將藍(lán)莓鮮果制成果醬。稱(chēng)取約1.00 g果醬樣品（精確至0.001 g），加4 mL硝酸浸泡過(guò)夜，加入2.5 mL雙氧水，置于微波消解儀中，設(shè)定微波消解程序（功率1 200 W，經(jīng)15 min溫度升至120 ℃；經(jīng)5 min溫度升至165 ℃；經(jīng)5 min溫度升至185 ℃，持續(xù)20 min。對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行消解，待其充分消解后取出，置于趕酸儀中趕酸，直到剩余酸液小于1 mL時(shí)，冷卻，用2%硝酸溶液將消解液多次洗滌并轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，定容，搖勻備用。

1.3.3 儀器條件

對(duì)Agilent 7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，用1 μg/mL調(diào)諧溶液對(duì)儀器調(diào)諧，優(yōu)化工作參數(shù)，優(yōu)化后的工作參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 主要儀器工作條件

1.3.4 樣品檢測(cè)

儀器開(kāi)機(jī)穩(wěn)定后，用調(diào)諧液調(diào)諧達(dá)到測(cè)定要求，按表2所設(shè)的工作條件建立檢測(cè)方法，在線引入內(nèi)標(biāo)溶液，上機(jī)先后測(cè)定含有待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)混合液，空白溶液及樣品溶液。

1.4 計(jì)算公式

藍(lán)莓漿果中無(wú)機(jī)元素含量的計(jì)算見(jiàn)式（1）。

式中：X為漿果中無(wú)機(jī)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg/kg；C為檢測(cè)樣品中無(wú)機(jī)元素的質(zhì)量濃度，μg/L；V為樣品消解后的稀釋體積，mL；M為稱(chēng)取葡萄漿果的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 消解劑的選擇

消解的目的是為破壞待測(cè)物中的礦物質(zhì)、溶解性固體和有機(jī)質(zhì)，將其轉(zhuǎn)變成為易分離、溶解態(tài)的無(wú)機(jī)物。消解過(guò)程中，消解劑的選擇要避免與無(wú)機(jī)元素發(fā)生沉淀反應(yīng)，還要符合檢測(cè)方法及檢測(cè)設(shè)備的要求。常見(jiàn)的消解劑包括硝酸、鹽酸、硫酸、氫氟酸、高氯酸和雙氧水等。表3中，將不同消解劑的特性進(jìn)行對(duì)比。

藍(lán)莓作為成分較為復(fù)雜生物樣品，其富含花青素、維生素、纖維素、糖分等有機(jī)質(zhì)及礦物質(zhì)和微量元素。由表3可知，鹽酸、硫酸、氫氟酸、高氯酸等在有機(jī)物消解過(guò)程存在安全隱患、儀器干擾及消解能力有限等局限性，而硝酸能溶解大部分有機(jī)物及無(wú)機(jī)物，與雙氧水配合使用可大幅提高消解體系的氧化能力，達(dá)到更佳的消解效果。所以試驗(yàn)選擇硝酸＋雙氧水的消解體系對(duì)樣品進(jìn)行消解。經(jīng)多次試驗(yàn)對(duì)比，確定稱(chēng)取1.00 g樣品，加入4 mL硝酸，2.5 mL雙氧水可將樣品完全消解。

表3 不同消解劑性質(zhì)比較

2.2 ICP-MS的干擾及校正

在污染源控制良好的條件下，ICP-MS的干擾主要來(lái)自于質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾兩大類(lèi)。多原子和同量異位素是質(zhì)譜干擾的2個(gè)方面，藍(lán)莓樣品中的Cl、O、C等元素載氣Ar結(jié)合生成多原子離子，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏高，進(jìn)而影響測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性，碰撞/反應(yīng)池技術(shù)（KED）能有效地消除這種影響[11-12]。因此，選擇KED模式作為試驗(yàn)的測(cè)定模式；許多待測(cè)元素都具有多個(gè)同量異位素，在檢測(cè)中會(huì)干擾待測(cè)元素的測(cè)定，因此，要消除同量異位素干擾，只能盡可能選擇該元素的其他同位素來(lái)避免這種干擾。最終質(zhì)量數(shù)的選擇見(jiàn)表4。

非質(zhì)譜干擾主要源于樣品基體，通過(guò)稀釋樣品，內(nèi)標(biāo)校正等方法可減少樣品基體的干擾[13]。研究表明，總稀釋倍數(shù)控制在50～100倍時(shí)，內(nèi)標(biāo)校正能得到良好的分析結(jié)果。內(nèi)標(biāo)選取原則：內(nèi)標(biāo)元素在樣品中不存在，與目標(biāo)元素的質(zhì)量數(shù)盡量相近（＜50 amu），電離電位最好比較接近。因此，選用45Sc、72Ge、115In、209Bi作為內(nèi)標(biāo)，見(jiàn)表4。

表4 線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍及定量限

2.3 試驗(yàn)方法學(xué)考察

2.3.1 方法檢出限及定量限

系列標(biāo)準(zhǔn)溶液經(jīng)ICP-MS測(cè)定得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，連續(xù)對(duì)樣品空白溶液重復(fù)檢測(cè)11次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差值作為檢出限（LOD），以10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差值作為定量限（LOQ）。由表4可知15種元素在線性范圍內(nèi)呈相關(guān)性且相關(guān)系數(shù)R范圍0.999 2～1.000 0；低濃度檢出限在0.01～0.39，高濃度檢出限在0.24～ 38.56 μg/L；低質(zhì)量濃度定量限在0.02～1.31 μg/L，高質(zhì)量濃度定量限在0.80～128.53 μg/L。

2.3.2 方法精密度和回收率

根據(jù)各元素在藍(lán)莓中含量的差異，分別向藍(lán)莓樣品中分別加入高、中、低濃度的標(biāo)液，連續(xù)測(cè)定6次，計(jì)算各元素加標(biāo)回收率及精密度。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 方法的加標(biāo)回收及精密度（n=6）

由表5可知，15種元素的SRSD值分布在4.96%～ 12.38%，精密度良好，3個(gè)不同水平加標(biāo)回收率為89.5%～ 120.8%，回收率良好，符合GB/T 27404—2008的相關(guān)要求。

2.4 不同產(chǎn)地藍(lán)莓中無(wú)機(jī)元素的含量

采用上述檢測(cè)方法，對(duì)4個(gè)產(chǎn)地藍(lán)莓的無(wú)機(jī)元素含量進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)比。具體結(jié)果如表6。

由表6可知，盡管因藍(lán)莓樣品產(chǎn)地不同，其無(wú)機(jī)元素含量存在一定差異。但各地藍(lán)莓中均含有豐富的鉀、鈉、鈣、鎂、錳、鐵等礦物質(zhì)元素，同時(shí)也富含含有人體必需的銅、鋅、硒、鉻、鈷、鉬等微量元素。這些常微量的礦物質(zhì)元素不僅為人體正常發(fā)育所必需，而且對(duì)人體的其他生命活動(dòng)發(fā)揮著至關(guān)重要作用。同時(shí)，藍(lán)莓作為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚臓I(yíng)養(yǎng)佳品，重金屬指標(biāo)也是人們所關(guān)注的食品安全因素之一。由檢測(cè)結(jié)果可知，砷、鎘、鉛等元素的含量接近且較低，符合GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》。

表6 不同產(chǎn)地藍(lán)莓中無(wú)機(jī)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3 結(jié)論

采用微波消解與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)聯(lián)用測(cè)定藍(lán)莓中15種無(wú)機(jī)元素的含量，采用He氣碰撞模式及在線內(nèi)標(biāo)等方式校正儀器干擾。結(jié)果表明，該方法線性好，操作簡(jiǎn)便、快速。方法回收率在89.5%～ 120.8%，SRSD為4.96%～12.38%，表明該方法具有較好的準(zhǔn)確度和靈敏度，為藍(lán)莓中無(wú)機(jī)元素的準(zhǔn)確高效檢測(cè)提供科學(xué)依據(jù)，為應(yīng)用到其他漿果中無(wú)機(jī)元素檢測(cè)及品質(zhì)評(píng)價(jià)提供參考。

檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，不同產(chǎn)地的藍(lán)莓，部分無(wú)機(jī)元素含量存在明顯差異。該現(xiàn)象應(yīng)與種植環(huán)境和藍(lán)莓品種有關(guān)，該方法可為藍(lán)莓產(chǎn)地鑒別、品質(zhì)評(píng)價(jià)等應(yīng)用領(lǐng)域提供技術(shù)支持[14-18]。