三重四極桿-電感耦合等離子體質譜法測定特殊醫學用途配方食品中的磷

董劉敏，薛慶海，黃麗俊，華佳淼，孫 麗，沈海麗，李紫薇，馮永巍

（1. 無錫市食品安全檢驗檢測中心，國家市場技術創新中心（特殊食品），江蘇無錫 214000；2. 淮安市食品藥品檢驗所，江蘇 淮安 223300）

磷元素是人體骨骼和牙齒的重要構成物質。人體分泌的乳汁、肌肉組織中，磷都是必需物質，同時人體DNA、RNA 的組成成分也包含磷元素，磷元素有助于保持機體酸堿的平衡，促進人體的新陳代謝。如果人體缺磷，可能會出現肌肉無力、骨骼疼痛、缺乏食欲等癥狀，嚴重者甚至會出現佝僂病及軟骨病。一般人體很少缺磷，但是對一些特殊人群，除了正常的飲食攝取外，還需要補充一些添加了包括磷在內的各種微量元素的特殊營養配方食品。

特殊醫學用途配方食品是一種醫用食品，主要應用于術后恢復期、消化吸收障礙或患有特定疾病的人群。按營養的角度一般將特殊醫學用途配方食品分為全營養、特定全營養、非全營養三大類[1]。

目前，食品中磷的檢測方法主要有鉬藍分光光度法、釩鉬黃分光光度法、電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）[2]、毛細管電泳法[3]、原子吸收光譜法[4]和電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）[5-6]。分光光度法操作步驟繁瑣，線性關系不好，傳統ICPMS 法在分析基質復雜的樣品時，難免會遇到質譜和非質譜的干擾[7]，影響準確度。目前，電感耦合等離子體串聯質譜儀（ICP-MS/MS） 利用質量轉移徹底消除干擾已有報道[8-11]，結合實際樣品建立三重四極桿-電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS/MS 法） 的2 種模式[He 氣碰撞（SQ-KED 模式） 和O2反應池模式（TQ-O2模式） ]進行探索特殊醫學用途配方食品中磷含量，該方法2 種模式去干擾強，靈敏度高，準確快速、簡便，都適合快速測定基質復雜的特殊醫學用途配方食品中磷含量，實驗室可以根據自身條件和樣品含量選擇合適的方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

Thermo Fish iCAPTQ 型電感耦合等離子體質譜儀，美國Thermo Fish 公司產品；Mili-Q IQ70 型超純水儀，法國默克密理博產品；Mars6 型微波消解儀，美國CEM 產品；ME204E 型電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司產品；Brand 型多量程移液器，德國Brand 公司產品。

1.2 試劑與材料

試劑：upS 級硝酸，蘇州金瑞化學股份有限公司提供；超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）；磷元素標準溶液[GSB 04-1741-2004（a）]及內標混合標準溶液（GNM-M061899-2013），國家有色金屬電子材料分析測試中心提供；高純氬氣、氦氣和氧氣（純度＞99.999），鑫錫儀科技有限公司提供。

材料：收集3 款特殊醫學用途配方食品：炎性腸病適用的特殊醫學用途配方食品A（粉末狀），購自當地藥店；食物蛋白過敏嬰兒特殊醫學用途氨基酸配方食品B（粉末狀）、苯丙酮尿癥適用特殊醫學用途配方食品C（粉末狀），紐迪西亞無錫有限公司提供。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品前處理

由于特殊食品的原料組成復雜，粒徑差異大，痕量成分混合均勻性較難保證[12]，又因為微波消解法稱樣量為0.3～0.5 g，取樣量比較小，所以為了保證樣品的均勻性，研究對粉末樣品進行復原操作后再進行稱取樣品。

粉末樣品：稱取30 g 樣品于干凈的燒杯中，放入磁力攪拌轉子，在燒杯中加入40～50 ℃的超純水120 g，把燒杯放在磁力攪拌器上，開啟攪拌器調整好轉速使樣品平穩渦旋，至樣品完全溶解后稱樣[13]。

于微波消解罐中稱取上述液體樣品約1.5～2.5 g（精確至0.001 g） 經過復原的粉末樣品（即干物質0.3～0.5 g） 于55 mL 的聚四氟乙烯消解管中，加入硝酸6 mL，放置在趕酸器上于120 ℃條件下預消解30 min，冷卻后旋緊罐蓋，按照微波消解儀操作步驟設定條件消解（見表1），消解完畢后取出，緩慢打開罐蓋泄壓，放在趕酸器100 ℃趕酸30 min 后，冷卻至室溫，用一級水轉移至50 mL 聚四氟乙烯容量瓶中，定容至刻度，搖勻備測。同時做空白試驗。

微波消解程序見表1。

1.3.2 儀器操作參考工作條件

當儀器點火穩定后，使用調諧溶液對儀器進行調諧，校正后的儀器參數見表2，選擇31P 同位素，以45Sc（200 μg/L） 為在線內標，在碰撞（SQ-KED）模式下和加氧模式（TQ-O2） 分別測定標準、空白、樣品、加標樣，以磷的質譜信號強度值CPS 與內標計數值的比例值為縱坐標，磷的標準溶液濃度為橫坐標繪制標準曲線，計算樣品中磷含量。

電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS/MS） 工作條件見表2。

表2 電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS/MS） 工作條件

2 結果與分析

2.1 樣品前處理方法的選擇

目前，常用的消化方式有濕法消解、干法消解、微波消解、壓力消解。濕法消解試劑用量大，雜質干擾多，空白值偏高；干法消解完全是敞開式消解，灰化時容易著火，造成損失，使待測元素檢測結果偏低；壓力消解和微波消解是全封閉的消解系統，試劑用量少、消解時間短、安全環保，可減少待測元素的損失[14-15]。因此，試驗選擇微波消解。

特殊醫學用途配方食品基質復雜，主要成分為碳水化合物、蛋白質和脂肪，其中碳水化合物中以淀粉糖為主[16-17]，為了避免消解過程中發生危險及保證消解效果，試驗也探究了微波消解的消解溫度和時間對消解結果的影響。

選取A 樣（標簽明示值為230 mg/100 g），在盡量保持樣品質量（干樣0.5 g） 一致的情況下分別考查了180 ℃，15 min；185 ℃，25 min；190 ℃，30 min；200 ℃，20 min；200 ℃，25 min 的消解條件，180 ℃，15 min 和185 ℃，25 min 消解條件的溶液不夠澄清，稍帶渾濁。

微波消解條件見圖1。

圖1 微波消解條件

由圖1 可知，在190 ℃下保持30 min，磷含量沒有隨著最大消解溫度的增高而增加，且溶液澄清，為了考慮結果的準確性和維護微波消解儀的使用壽命，故采用190 ℃保持30 min 為試驗的消解條件。

2.2 干擾及消除

干擾通常分為質譜干擾和非質譜干擾。質譜干擾主要包括同量異位素重疊、多原子離子、雙電荷等離子及背景質譜干擾；質譜干擾的抑制采用碰撞池、反應池、動能歧視和干擾方程來實現[18]。非質譜干擾主要包括質譜內沉積物和樣品基體。質譜內沉積物可以通過適當的清潔而降低；非質譜干擾源于樣品基體效應，最有效的方法是稀釋樣品和內標法[19]。

磷元素（m/z=31） 可能受到的干擾有多原子干擾（14N16O1H+，1HSi+，12C19F+），和雙電荷干擾（63Cu++，62Ni++）；磷元素（m/z=47） 可能受到的干擾有離子干擾（47Ti+）[20]。

試驗選擇碰撞和反應模式，原理是SQ-KED 模式中，第一重四極桿中選擇所有質荷比為31 的離子，第二級反應池CRC 中充滿氦氣，由于與氦氣發生碰撞，根據橫截面的不同，多原子離子比分析物離子碰撞次數多，多原子失去更多能量，形成低能離子，不能進入第三級四極桿（Q3），目標離子才能進入。TQ-O2模式中，而第一重四極桿中選擇所有質荷比為31 的離子，第二級反應池CRC 中氧氣，目標離子P 與Q2反應，實現質量數轉移，變成質荷比為47 的[31PO16]+的產物，在第三重四極桿中，Q3單獨分析目標離子反應產物[31PO16]+，將干擾去除。

2.3 內標的選擇

2.3.1 內標種類選擇

選擇內標首要考慮是樣品中不含有該元素，而非質量數或第一電離能與待測元素接[21]。按照1.3.1前處理微波消解條件，將消解好的樣A 溶液用2 種模式進行測定6 次，SQ-KED 模式下以100 μg/L45Sc，72Ge，103Rh，115In，209Bi 為內標校正，TQ-O2模式下只有Sc 和Ge 內標可選，所以TQ-O2模式以100 μg/L Sc和Ge 作為內標校正。

KED-SQ 模式下不同內標的平均回收率及精密度RSD（n=6） 見圖2，TQ-O2模式下2 種內標的平均回收率及精密度RSD（n=6） 見表3。

圖2 KED-SQ 模式下不同內標的平均回收率及精密度RSD（n=6）

表3 TQ-O2 模式下2 種內標的平均回收率及精密度RSD（n=6）

由圖2 可知，SQ-KED 模式下5 種內標的回收率都在80%～120%，但是45Sc 和103Rh 的回收率更接近100%，是最優選擇，又因為用45Sc 做內標時，樣品的RSD 相對較小，故試驗SQ-KED 模式選擇45Sc作為內標；由表2 可知，TQ-O2模式中72Ge.16O 內標回收率更接近100%，45SC.16O 和72Ge.16O 作為內標校正下，RSD 相差不大，故選擇TQ-O2模式選擇72Ge.16O作為內標即選擇72Ge 作為內標。

2.3.2 內標質量濃度的選擇

GB 5009.268—2016 中內標質量濃度選擇參考范圍為25～100 μg/L，可以適當提高質量濃度[22]。

同樣按照1.3.1 的處理方法將消解好的樣A 溶液在2 種模式下進行測定6 次，SQ-KED 模式下分別以10，20，50，100，200，500，1 000 μg/L 的45Sc為內標校正；TQ-O2模式下以10，20，50，100，200，500，1 000 μg/L 的72Ge 為內標進行平均回收率和樣品精密度RSD 試驗。

SQ-KED 模式下內標Sc 不同質量濃度內標平均回收率和樣品精密度RSD（n=6） 見圖3，TQ-O2模式下內標Ge 不同質量濃度內標平均回收率和樣品精密度RSD（n=6） 見圖4。

圖3 SQ-KED 模式下內標Sc 不同質量濃度內標平均回收率和樣品精密度RSD（n=6）

圖4 TQ-O2 模式下內標Ge 不同質量濃度內標平均回收率和樣品精密度RSD（n=6）

由圖3 和圖4 可知，不同的內標質量濃度回收率都在80%～120%，RSD 也都滿足要求，隨著內標質量濃度增加，內標回收率都接近100%。100，200，500，1 000 μg/L 質量濃度的回收率和RSD 相差不明顯，考慮到高質量濃度內標長期使用，會造成儀器管路污染，同時為了方便，故2 種模式均采用200 μg/L的Sc 作為試驗的內標。

2.4 線性關系

線性方程及相關系數見表4。

表4 線性方程及相關系數

2.5 方法檢出限和定量限

分別在2 種模式下，通過連續測定樣品空白20 次，根據檢出限的計算方法LOD=3 sd/b 和LOQ=10 sd/b（b 為工作曲線斜率），以磷元素與內標Sc 響應信號值的比值的3 倍和10 倍標準偏差除以工作曲線斜率，以0.5 g 取樣量，定容至50 mL 的稀釋倍率，計算出方法檢出限和定量限。

2 種模式下的檢出限和定量限見表5。

表5 2 種模式下的檢出限和定量限

2.6 加標回收率及精密度試驗

稱取特殊醫學用途配方食品樣A，B，C 各12 份平行樣品，其中6 份添加約標簽值50%含量值，按照1.3.1 方法處理樣品，進行加標回收試驗（采用重量法加標），分別在2 種模式下檢測回收率及精密度。

SQ-KED 模式加標回收及精密度（n=6） 見表6，TQ-O2模式加標回收及精密度（n=6） 見表7。

表6 SQ-KED 模式加標回收及精密度（n=6）

表7 TQ-O2 模式加標回收及精密度（n=6）

2.7 測定結果與標簽明示值比較

測定結果與標簽明示值比較見表8。

表8 測定結果與標簽明示值比較

通過選取不同含量的3 款特殊醫學用途配方食品進行檢測，含量范圍為230～1 103 mg/100 g，檢測結果均與產品標簽明示值相符合。

3 結論

通過三重四極桿- 電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS/MS 法） 2 種模式（氦氣碰撞模式SQ-KED和加氧模式TQ-O2） 測定特殊醫學用途配方食品中磷含量，擇優選擇200 μg/L 的Sc 作為SQ-KED 模式的內標；200 μg/L72Ge 為TQ-O2模式下的內標。2 種模式下（SQ-KED 和TQ-O2） 條件下的檢出限、定量限、回收率、精密度均標準符合GB/T 27404—2008《實驗室質量控制規范 食品理化檢測》[23]中的要求：被測組分含量＞100 mg/kg，加標回收率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＜2.0%。同時，用2 種模式檢測了3 批特殊醫學用途配方食品中磷含量，都在標簽明示值±5%，2 種模式下結果無顯著統計學差異（p＞0.05），實驗室可以根據自身條件和需要選擇合適測定模式。