馮灝，姚曉帆，胡家勇，程慧，彭青枝，周陶鴻

（1.湖北省食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗研究院，武漢430075；2.湖北省食品質(zhì)量安全檢測工程技術(shù)研究中心，武漢430075）

0 引 言

錳是人體必需的微量元素之一，錳元素參與機(jī)體三大營養(yǎng)物質(zhì)蛋白質(zhì)、脂類、碳水化合物的新陳代謝，是金屬酶的重要組成成分，同時也是許多酶的激活劑，在蛋白質(zhì)合成中起重要作用，并與中樞神經(jīng)、遺傳信息的傳遞等生理活動有密切關(guān)系[1-3]。錳是構(gòu)成人體骨骼的重要組成成分，其攝入不足會導(dǎo)致骨質(zhì)疏松、糖尿病、動脈粥樣硬化等疾病，主要表現(xiàn)為血清膽固醇水平下降、骨骼脫鈣等等癥狀；過量則會造成錳中毒，出現(xiàn)頭暈、頭痛、情緒不穩(wěn)等癥狀，嚴(yán)重時可發(fā)生重度精神病癥狀，包括高激惹性、暴力行為和幻覺，被稱為錳狂癥[4-5]。中國營養(yǎng)學(xué)會在《中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量（2013版）》中制定了錳的適宜攝入量，6個月以內(nèi)嬰兒錳的適宜攝入量為每天0.01 m g，6月～1歲為0.7 m g，1～4歲為1.5 m g，4～7歲為2.0 m g，7～11歲為3.0 m g，11～14歲為4.0 m g，14歲以上為4.5 m g。對于孕婦，相比同齡人每天要多攝入0.3～0.4m g。

市場上流通的奶粉有很多種類，有老人喝的，小孩喝的，中年人喝的，年輕人喝的，甚至還有那種專門為高考而研發(fā)的一種奶粉幫助孩子智力發(fā)育，增強(qiáng)體質(zhì)。而奶是一種錳含量較少的天然食品，因此添加微量錳元素的奶粉應(yīng)運而生，其中的微量元素含量越來越受到消費者及營養(yǎng)學(xué)家的關(guān)注。近年來，國內(nèi)外對食品中微量元素的檢測的方法主要有紫外分光光度法[6-8]、原子吸收光譜法[9-11]、原子熒光光譜法[12-14]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[15-18]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法[19-23]等。其中，電感耦合等離子體質(zhì)譜法由于其低檢測限、高靈敏度、高精密度、分析速度快以及多元素同時測定等良好的分析性能而得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

與此同時，樣品前處理是微量元素分析中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響分析結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。選擇合適的前處理方法，縮短樣品的前處理時間，是保證檢測質(zhì)量和提高檢測效率的一個重要方法。目前，傳統(tǒng)消解樣品主要用到3種方法：干式消解法、濕式消解法和微波消解法[24-25]。干式消解法是在一定溫度條件下，使樣品分解、灰化，留下的殘渣再用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙?，在通過不同的儀器上機(jī)檢測。但該法不適用于一些高溫易分解的元素且所需時間過長[26]。濕式消解法是在樣品中加入一些氧化性強(qiáng)酸，比如硝酸、高氯酸等，并同時加熱消煮，使有機(jī)物質(zhì)分解氧化，這種破壞食品中有機(jī)物質(zhì)的方法即為濕式消解法。但該法耗酸量大且容易受到外界污染，揮發(fā)損失較大[27]。微波消解通常是指利用微波加熱封閉容器中的消解液和試樣從而在高溫增壓條件下使各種樣品快速消解的濕法消解。微波消解技術(shù)具有高效快速、試劑用量少、環(huán)境污染小等優(yōu)點。微波消解加熱快、升溫高，消解能力強(qiáng)，大大縮短了樣品處理時間[28-29]。由于奶粉樣品使用普通消解方式容易乳化，極難消解完全，因此本文采用干灰化法和微波消解法對其進(jìn)行前處理。通過比較N ex ION 350X ICP-MS在測定錳含量時標(biāo)準(zhǔn)曲線法與標(biāo)準(zhǔn)加入法的區(qū)別，為奶粉中金屬元素的測定提供一定的參考。

1 實 驗

1.1 材料與試劑

錳單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW(E)080157）：中國計量科學(xué)研究院；水質(zhì)錳（202528）：環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，水質(zhì)錳（202529）：環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，奶粉質(zhì)控樣品（QC-IP-702）：中國檢驗檢疫科學(xué)研究院測試評價中心；硝酸HNO3默克級：德國Merck公司。

所有消解罐、坩堝等放置于30%HNO3浸泡24 h，實驗用水均為18.2 MΩ.cm（25℃）的超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

ME204電子天平,瑞士Mettler-To ledo儀器（上海）有限公司；超純水器,英國ELGA有限公司；微波消解儀,奧地利安東帕有限公司；KLS30/11馬弗爐,德國THERMCONCEPT公司；N ex ION 350X電感耦合等離子發(fā)射光譜質(zhì)譜聯(lián)用儀,美國PerkinElm er公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

稱取約0.5 g（精確至0.0001 g）實際樣品及質(zhì)控樣品于微波消解管中，加入硝酸8.5 m L，預(yù)消解后上微波消解儀消解，消解完畢后于趕酸板上155℃趕酸，用超純水轉(zhuǎn)移至25 m L容量瓶中，定容搖勻，按照上述步驟操作制備空白試樣，用ICP-MS標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法加標(biāo)后測定結(jié)果。

另稱取約1 g（精確至0.001 g）樣品于坩堝中，在電爐上微火炭化至無煙，置于525±25℃馬弗爐中灰化8 h成白色灰燼，冷卻至室溫后取出，用1%硝酸溶液轉(zhuǎn)移至25 m L容量瓶中，定容搖勻，按照上述步驟操作制備空白試樣，用ICP-MS標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定結(jié)果。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

將錳單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液用2%HNO3稀釋成1μg/m L的工作溶液，得到錳標(biāo)準(zhǔn)儲備液（濃度1μg/m L），分別精密量取上述鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備液置100 m L量瓶中，用2%硝酸溶液稀釋配制成濃度為 0、5、10、20、30、40μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

另將定容后的實際樣品溶液均分成4份，第一份樣品溶液不加標(biāo)待測，另外3份樣品溶液分別加入0.1、0.2、0.3 m L錳標(biāo)準(zhǔn)儲備液，將未加標(biāo)樣品作為標(biāo)準(zhǔn)零點處理到標(biāo)準(zhǔn)曲線中，其反向延長線對應(yīng)的濃度即為樣品溶液中錳的濃度。

1.3.3 儀器條件

微波消解儀消解程序見表1。ICP-MS儀器條件參數(shù)見表2。

表1 微波消解程序

表2 ICP-MS儀器條件參數(shù)

1.3.4 計算公式

標(biāo)準(zhǔn)曲線法錳含量分析結(jié)果計算公式：

式中：C-C0為被測樣品扣除試劑空白溶液的濃度，μg/L；V為被測樣品定容體積，m L；f為稀釋因子；m為試樣質(zhì)量，g；X為試樣的含量，m g/kg；標(biāo)準(zhǔn)加入法錳含量結(jié)果在儀器上即可得到。

錳含量加標(biāo)回收率結(jié)果計算公式：

式中：C0為加標(biāo)溶液中待測物的濃度，μg/L；V0為加標(biāo)體積，m L；C1為扣除空白后提取液中待測物的濃度，μg/L；V1為提取液體積，m L；f為稀釋因子；m為稱樣量，g；X為樣品中待測物含量，m g/kg；Y為加標(biāo)回收率，%。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線和相關(guān)系數(shù)

按照上述1.3.2中步驟標(biāo)準(zhǔn)溶液配制完成后，進(jìn)行ICP-MS測定。配制50μg/L的內(nèi)標(biāo)溶液，內(nèi)標(biāo)在樣品霧化之前通過蠕動泵在線加入。ICP-MS測定結(jié)果如表3所示，標(biāo)準(zhǔn)曲線法回歸方程為y=0.007x+0.000，相關(guān)系數(shù)為0.999973；標(biāo)準(zhǔn)加入法回歸方程為y=0.008x+0.157，相關(guān)系數(shù)為0.999514。兩種方法標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)系數(shù)均大于0.9995，通過水質(zhì) 錳202528、水質(zhì)錳202529標(biāo)準(zhǔn)溶液驗證標(biāo)準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性，兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液測試結(jié)果均為滿意。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 檢出限和定量限

根據(jù)國際理論（化學(xué)）與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會規(guī)定，測定11次平行試劑空白，計算濃度值的標(biāo)準(zhǔn)差，然后以標(biāo)準(zhǔn)差的3倍表示儀器檢出限，ICP-MS測定結(jié)果如表4所示，計算得到標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定Mn的檢出限為0.0010 m g/kg，標(biāo)準(zhǔn)加入法測定Mn的檢出限為0.0015 m g/kg；標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定Mn的定量限為0.0035 m g/kg，標(biāo)準(zhǔn)加入法測定Mn的定量限為0.0050 m g/kg。

表4 標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法檢出限、定量限

2.3 內(nèi)標(biāo)選擇

ICP-MS測定中的干擾大致可分為：物理干擾和質(zhì)譜干擾。本文選擇內(nèi)標(biāo)法校正樣品消除物理干擾，通過碰撞/反應(yīng)池模式去除質(zhì)譜干擾。本文選擇微波消解法和干式消解法處理后的兩組質(zhì)控和實際樣品進(jìn)行測定，以樣品類型為橫坐標(biāo)，以內(nèi)標(biāo)回收率為縱坐標(biāo)，本方法選擇實驗室常用于內(nèi)標(biāo)校正的72Ge、103R h標(biāo)準(zhǔn)溶液用作內(nèi)標(biāo)，結(jié)果如圖1所示，通過驗證質(zhì)控樣和實際樣品內(nèi)標(biāo)回收率可知：72Ge的內(nèi)標(biāo)回收率效果比103R h高，且103R h與待測金屬元素55Mn相差較大，校正結(jié)果受到影響，故本文最終選擇72Ge作為內(nèi)標(biāo)元素。

2.4 消解方法比較

為了驗證兩種消解方法對測定奶粉中錳元素的影響，本文采用微波消解法和干式消解法兩種消解方法對奶粉質(zhì)控樣品（QC-IP-702）進(jìn)行前處理，ICP-MS測定，微波消解法進(jìn)行六平行試驗，干式消解法進(jìn)行四平行試驗驗證兩種方法的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，檢測結(jié)果見表5。

結(jié)果表明，微波消解法和干式消解法測定奶粉質(zhì)控樣（QC-IP-702）結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)且RSD無明顯區(qū)別，說明這兩種前處理方法準(zhǔn)確性高。為了驗證兩種前處理方法的穩(wěn)定性，將同一樣品進(jìn)行平行試驗，以測定得到的結(jié)果為考察指標(biāo)，計算得出微波消解法RSD為0.9%，干式消解法RSD為1.0%，無明顯區(qū)別。同時考慮到干式消解法操作繁瑣，稱樣量大，工作周期長，對環(huán)境和實驗室人員造成的污染重，且內(nèi)標(biāo)回收率較低，故選擇微波消解法對樣品進(jìn)行處理。

圖1 ICP-MS測定內(nèi)標(biāo)的比較選擇

表5 微波消解法和干式消解法比較

2.5 檢測方法比較

為了驗證兩種檢測方法對測定奶粉中錳元素的準(zhǔn)確性，本文采用微波消解法進(jìn)行前處理，標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法對奶粉質(zhì)控樣品進(jìn)行ICP-MS測定，標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行六平行試驗，標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行四平行試驗，檢測結(jié)果見表6。

表6 標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法對比

結(jié)果表明，微波消解法和干式消解法測定奶粉質(zhì)控樣結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，計算得到標(biāo)準(zhǔn)曲線法RSD為1.3%，標(biāo)準(zhǔn)加入法為RSD為0.5%，說明本研究建立的兩種方法均可，方法準(zhǔn)確度較高，標(biāo)準(zhǔn)加入法測定穩(wěn)定性更好。

2.6 方法的準(zhǔn)確度和精密度

方法的準(zhǔn)確度采用回收率表示。為了提高方法的準(zhǔn)確性，本研究選取對實際奶粉樣品進(jìn)行高中低三水平加標(biāo)測定，濃度水平分別為2μg、4μg和8μg。精密度則采用相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）表示。

2.6.1 實際奶粉樣品回收率的測定

采用微波消解法對實際奶粉樣品進(jìn)行高中低三水平加標(biāo)回收測定。分別計算加標(biāo)回收率和RSD。檢測結(jié)果見表7。

表7 標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法三水平加標(biāo)回收率

結(jié)果顯示，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行測定時，加標(biāo)回收結(jié)果較好，低水平加標(biāo)回收率為104%，中水平加標(biāo)回收率為103%，高水平加標(biāo)回收率為103%；采用標(biāo)準(zhǔn)加入法測定結(jié)果回收率較好，低水平加標(biāo)回收率為95%，中水平加標(biāo)回收率為98%，高水平加標(biāo)回收率為101%。加標(biāo)回收率均在參考值范圍內(nèi)，說明本研究建立的兩種方法均可，方法準(zhǔn)確度高。

2.6.2 精密度試驗

將同一樣品連續(xù)測定6次，以測定得到的結(jié)果為考察指標(biāo)，分別計算RSD，計算結(jié)果如表8所示。

結(jié)果顯示，標(biāo)準(zhǔn)曲線法的RSD為0.9%；標(biāo)準(zhǔn)加入校正法的RSD為1.0%，兩種方法RSD均小于5%且無明顯區(qū)別，說明兩種方法精密度高。

表8 標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法精密度

3 結(jié) 論

本文建立了采用微波消解法和干式消解法兩種前處理方法，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法和標(biāo)準(zhǔn)曲線法兩種檢測方法測定奶粉中的錳，兩種方法均操作簡便快速，靈敏度高。通過選擇72Ge作為55Mn測定的內(nèi)標(biāo)元素，對奶粉標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)（QC-IP-702）進(jìn)行測定，得出兩種前處理方法測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，方法準(zhǔn)確度高。考慮到干式消解法操作繁瑣，工作周期長，污染大、內(nèi)標(biāo)回收率低等特點，選擇微波消解法對樣品進(jìn)行處理。

微波消解法和干式消解法測定奶粉質(zhì)控樣結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，且均具有準(zhǔn)確性高和精密度好的優(yōu)點，標(biāo)準(zhǔn)加入法測定樣品穩(wěn)定性更好。當(dāng)樣品數(shù)量較多時，優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，標(biāo)準(zhǔn)曲線法適用于樣品和標(biāo)準(zhǔn)曲線基體大致相同的情況，檢測速度快；當(dāng)樣品基質(zhì)較復(fù)雜時，優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，標(biāo)準(zhǔn)加入法能有效避免樣品基質(zhì)的干擾，且實驗誤差較小，穩(wěn)定性更高。