微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定椴树蜂蜜中23种元素

金铃和,陈　辉,范春林,*,王明林,*

(1.山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安 271018;2.中国检验检疫科学研究院,北京 100123)



微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定椴树蜂蜜中23种元素

金铃和1,陈辉2,范春林2,*,王明林1,*

(1.山东农业大学食品科学与工程学院,山东泰安 271018;2.中国检验检疫科学研究院,北京 100123)

椴树蜂蜜是我国东北地区特色蜜种,为了解椴树蜂蜜中元素含量分布,本文建立了微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)同时测定椴树蜂蜜中B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb和U等23种元素的分析方法。结果表明,该方法加标回收率(n=6)在86.5%～109.8%之间,选择国家标准物质菠菜(GBW10015)和茶叶(GBW10016)验证方法的可靠性,待测元素测定值基本在标准值允许范围内,日内相对标准偏差(n=3)在0.3%～8.7%之间,日间相对标准偏差(n=5)在1.2%～10.4%之间。应用该方法测定了吉林省不同采样点的10个椴树蜂蜜,结果发现K的含量最高,As,Cd和Pb含量均符合蜂蜜中相关限量标准要求。根据测定结果,建立了吉林省椴树蜂蜜中元素指纹图谱,发现不同产地的10个椴树蜂蜜样品中元素分布具有共同特征,可为椴树蜂蜜蜜种鉴别提供判别依据。

椴树蜂蜜,电感耦合等离子体质谱(ICP-MS),多元素分析,微波消解

椴树蜂蜜主要以紫椴(Tilia amurensis)和糠椴(Tilia mandschurica)为蜜源植物,具有浓郁的芳香气味,易结晶,且晶体洁白细腻,又被称为雪蜜,是我国东北特有蜜种。与其它蜂蜜相比,椴树蜂蜜富含葡萄糖、果糖、维生素和氨基酸等营养成分,具有较高的营养价值,深受消费者喜爱,是我国主要出口蜜种之一。

近几年,国内外研究者针对椴树蜂蜜开展了大量相关研究。丛海迪等[1]测定了椴树蜂蜜中总酚酸和总黄酮含量,并研究了椴树蜂蜜对DPPH自由基的消除作用;裴高璞等[2]采用顶空固相微萃取-气质联用技术分析研究了油菜蜂蜜,洋槐蜂蜜和椴树蜂蜜中香气成分的差异,结果表明,椴树蜂蜜中具有特有的香气成分物质;国外科研人员也针对椴树蜂蜜进行了类似研究[3-6]。蜂蜜中含有大量对人体健康有益的微量元素[7],但有些元素含量过量时也会对人类身体健康产生一定影响[8],而铅和镉等重金属元素则会对人体健康构成更大威胁。因此,研究我国特色蜂蜜椴树蜂蜜中各种微量元素的含量是十分有必要的。但有关椴树蜂蜜中微量元素的研究相对较少,Ajtony等[9]利用石墨炉原子吸收光谱测定了洋槐蜂蜜、油菜蜂蜜和椴树蜂蜜中砷、镉、铬、铜和铅5种微量元素含量;孙建民等[10]采用原子吸收法测定了洋槐蜂蜜、东北黑蜂蜜和椴树蜂蜜中钾、钠、镁、铁、钙、铜、锌和锰8种元素的含量。

本文应用微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)建立了同时测定椴树蜂蜜中B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb和U等23种元素的分析方法。应用该方法测定了吉林省不同采样点10个椴树蜂蜜中上述23种元素,建立了吉林省椴树蜂蜜的元素指纹图谱。方法为评价椴树蜂蜜的品质研究提供数据支持和理论依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

10个椴树蜂蜜样品均于2014年8月,在吉林省安图县10个不同养蜂现场的蜂农处采集,保证了蜂蜜来源的真实性。

标准储备液:Agilent,Part # 5183-4688,混合标准溶液(5% HNO3介质),内含K,Ca,As,Cu,Pb等元素;P单元素标准溶液(介质为H2O);B,Ga,Rb和Sr单元素标准溶液(国家标准物质研究中心),Ga,Rb和Sr为一组,临用前配制成混标。内标溶液:100 mg·L-1含Sc,Ge,In等元素的混合标准储备液(Agilent,Part # 5188-6525),用5% HNO3稀释为1 mg·L-1;调谐液:10 μg·L-1含Ce,Co,Li,Tl,Y元素的混合标准溶液(Agilent,Part# 5184-3566)稀释为1 μg·L-1,介质为5%HNO3。标准物质:国家标准参考物质菠菜(GBW10015)和茶叶(GBW10016)。

MOS级浓硝酸(HNO3)和双氧水(H2O2)均购自北京化学试剂厂;超纯水(18.2 MΩ)由Milli-Q超纯水系统(美国Millipore公司)制得,用于稀释配制所有标准溶液和样品溶液。

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)美国Agilent 7700x型;微波消解系统美国CEM公司MARS 6型。

1.2实验方法

1.2.1样品消解取10～15 g蜂蜜样品于15 mL离心管中,在45 ℃的水浴中超声处理30 min,直到蜂蜜样品呈清澈液态。准确称取1 g(精确到0.001 g)蜂蜜样品于酸煮洗净的中压消解罐中,加入5 mL HNO3和3 mL H2O2,旋紧顶盖放入微波消解仪内,按照表1所列的消解程序进行微波消解。消解完毕后,待样品冷却至室温,打开消解罐,将消解液转移至50 mL离心管中,并用10 mL去离子水洗涤消解罐及盖子3次,合并洗液至离心管中,定容至刻度,混匀,待测分析。每次消解过程中均同时制备空白试样和标准物质试样。

表1　微波消解程序

1.2.2仪器分析条件用调谐液调试仪器,工作参数由仪器全自动调谐优化给出,使仪器的灵敏度和分辨率达到最佳状态,满足仪器的测定要求,具体仪器参数见表2。

表2　ICP-MS工作参数

注:内标加入方式为在线内标加入。

1.2.3标准溶液的配制用含5%硝酸(v/v)溶液和超纯水分别稀释标准储备液,配制成一系列浓度的标准工作溶液。

2　结果与讨论

2.1方法学考察

2.1.1线性关系ICP-MS的动态线性范围广,可达到4～5个数量级。本实验在优化的仪器条件下采集系列待测元素标准溶液,由仪器自动绘制标准曲线和确定线性相关系数,表3中结果表明,各元素在相应的线性范围内,相关系数R在0.9990～1.0000之间,线性关系良好。

2.1.2方法检出限和定量限按照IUPAC规定,10个独立样品空白溶液中各元素测量值标准偏差的3倍所对应的浓度为检出限,10倍的标准偏差相应的浓度为定量限,由表3结果得出,该方法的检出限范围为0.02 μg·kg-1～0.3 mg·kg-1,定量限在0.1 μg·kg-1～1.0 mg·kg-1之间。

表3　分析方法相关参数测定结果

续表

注:*单位为mg·kg-1;未标*单位为 μg·kg-1;LOQ 为定量限。

2.1.3加标回收率实验本文采用加标回收率实验对方法的准确度进行评价。准确称取椴树蜂蜜样品,分别添加低、中、高三个水平的元素标准溶液,置于微波消解罐中,按照上述方法进行样品处理,平行测定6次,回收率范围为86.5%～109.8%(见表3),表明该方法测定椴树蜂蜜中的23种元素具有较高的准确性。

2.1.4标准物质分析按照建立的实验方法测定了国家标准物质菠菜(GBW10015)和茶叶(GBW10016)中23种待测元素含量,通过对比给定值与测定值的差异,对方法进行考察,测定值基本在标准值允许范围内,测定结果列于表4。

2.1.5重复性和重现性实验同一标准物质每天平行测定3次,通过计算测定结果的相对标准偏差(RSD)对方法的重复性进行评价;连续测定5天,根据测定结果的相对标准偏差评价方法的重现性。表4中结果显示,重复性RSD在0.3%～8.7%之间,重现性RSD范围为1.2%～10.4%,表明本实验建立的方法是准确、可靠的。

表4　标准物质和精密度测定结果

注:Cd的标准物质为GBW10016,其它元素均为GBW10015;*:单位为mg·kg-1;未标*:单位为μg·kg-1;-:未给出标准值;mean:平均值;U:扩展不确定度;SD:标准偏差。

表5　吉林省椴树蜂蜜样品中23种元素测定结果

注:上述结果均以 mean±SD 表示;*:单位为mg·kg-1;未标*:单位为μg·kg-1;LOQ:定量限。

2.2实际样品测定

应用本文建立的多元素分析方法,对吉林省10个采样点采集的椴树蜂蜜进行了测定(结果见表5)。椴树蜂蜜中浓度较高的是B,K,Ca,Na,Mg,P,Fe和Rb等8种元素,除Fe(0.8 mg·kg-1)外,其他7种元素的平均含量均高于1 mg·kg-1。K的含量最高,所有样品中平均含量为1398.4 mg·kg-1,除了6号和8号椴树蜂蜜中K的含量较低,分别为1022.5和925.2 mg·kg-1外,其他样品中K的含量在1271.5～1669.9 mg·kg-1之间,这与文献[10]报道的椴树蜂蜜中富含钾元素的结论一致。其次是Ca和P元素,平均含量分别为52.4和20.2 mg·kg-1,Ca在不同样品中含量差异较小,P在样品中含量分布与K元素类似,其中8号椴树蜂蜜中P含量最低,为9.3 mg·kg-1,其余样品P的平均浓度均高于10 mg·kg-1,且含量较为接近。Mg,Na,Rb和B等四种元素在椴树蜂蜜中含量较低,其在所有样品中的平均浓度分别为9.5,3.3,2.3和1.2 mg·kg-1。蜂蜜中Fe相比其他7种元素含量最低,多数样品中Fe的含量低于1 mg·kg-1。

椴树蜂蜜中Mn,Zn,Sr,Ba,Cu和Ga等6种微量元素的平均浓度范围在62.9～484.6 μg·kg-1之间。Mn的平均含量最高,不同样品中Mn含量差异较大,除3号样品中Mn测定结果为718.9 μg·kg-1外,其他样品中Mn含量在319.6～599.5 μg·kg-1之间。Sr和Ba两种元素在椴树蜂蜜中平均含量较为接近,分别为294.1和292.7 μg·kg-1。Zn的含量略低,除了两个样品中Zn的含量为92.5 μg·kg-1和96.2 μg·kg-1,其余蜂蜜样品中Zn含量均高于100 μg·kg-1。不同样品中Cu和Ga的含量分布较为均匀,其浓度范围分别为33.6～80.6 μg·kg-1和41.8～86.5 μg·kg-1。

其余9种元素在椴树蜂蜜中的平均含量低于10 μg·kg-1,包括对人体危害较大的元素(Cr,As,Cd和Pb),放射性元素(U)及其他微量元素(V,Ni,Co和Mo)。Pb的含量相对较高,其平均浓度为4.5 μg·kg-1,其次是Ni,Cr,As和V,分别为4.1,3.7,1.4和1.2 μg·kg-1,而Mo,Co和Cd三者的含量均低于1 μg·kg-1。本次测定的10个椴树蜂蜜样品中的As,Cd和Pb均符合GB 2762-2012《食品中污染物限量》[11]蜂蜜中Pb≤1 mg·kg-1及NY/T 752-2012《绿色食品 蜂产品》标准[12]规定的Pb≤200 μg·kg-1,As≤200 μg·kg-1和Cd≤100 μg·kg-1的要求,且所有样品中均未检出放射性元素U,这表明本文测定的椴树蜂蜜品质相对较高。

2.3椴树蜂蜜中元素指纹图谱的建立

本文初步建立了吉林省椴树蜂蜜中的元素指纹图谱,发现采自不同地点的椴树蜂蜜样品中元素分布具有相似性。根据椴树蜂蜜中23种元素的测定结果,筛选出B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr和Ba等14种元素,以元素名称为横坐标,对应含量为纵坐标绘制图谱[13]。为了方便绘图和比较椴树蜂蜜中元素分布特征,将元素测定结果同时扩大或缩小一定的倍数,处理至同一数量级水平(K缩小100倍,Fe、Mn、Cu和Sr扩大10倍,Zn扩大50倍,Ga扩大100倍,Rb扩大5倍,Ba扩大20倍),并将10个椴树蜂蜜样品的图谱绘制在一起。如图1所示,不同样品中元素含量存在一定差异,但是不同采样点椴树蜂蜜元素分布具有相似的特征峰型,由此可作为椴树蜂蜜与其他蜂蜜鉴别的参考依据。

图1　吉林省椴树蜂蜜样品元素指纹图谱Fig.1　Comparative element fingerprint of 10 linden honey samples from Jilin province

3　结论

本文采用微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)建立了同时测定椴树蜂蜜中的B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb和U等23种元素的分析方法。该方法具有简便快捷,准确率和灵敏度高的优点。运用该方法测定了吉林省不同采样点的10个椴树蜂蜜样品,结果表明,椴树蜂蜜具有较好的营养价值和较高的食用安全性,富含人体所需的K,Ca,Na,Mg,P等常量元素,而Pb,Cd,As等有害元素含量均处于较低水平,并符合相关限量要求。筛选其中14种元素建立了吉林省椴树蜂蜜的元素指纹图谱,结果发现,不同采样点椴树蜂蜜的元素指纹图谱具有一定的共性。本文建立的多种元素分析方法以及椴树蜂蜜中元素指纹图谱为椴树蜂蜜的进一步研究提供了理论依据。

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Simultaneous determination of 23 elements in linden honey by microwave digestion-inductively coupled plasma mass spectrometry method

JIN Ling-he1,CHEN Hui2,FAN Chun-lin2,*,WANG Ming-lin1,*

(1.College of Food Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Taian 271018,China;2.Chinese Academy of Inspection and Quarantine,Beijing 100123,China)

The determination of 23 elements including B,Na,Mg,P,K,Ca,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,As,Rb,Sr,Mo,Cd,Ba,Pb and U in linden honey,which is characteristic of honey in northeast China,was studied by inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS)using microwave digestion for sample preparation. The recoveries for spiked honey samples were in the range of 86.5%～109.8%. The method was validated by analyzing the National Standard Reference Material of Spinach(GBW10015)and Tea(GBW10016),which obtained the relative standard deviation values of repeatability(n=3)and reproducibility(n=5)were 0.3%～8.7% and 1.2%～10.4%,respectively. Ten linden honey samples collected in different sites from Jilin province were studied by this method. Among the 23 elements,K was abundant in linden honey,and As,Cd and Pb were lower than relevant limit requirements. Furthermore,the element fingerprint of linden honey from Jilin province was established,which showed that various samples presented common features and could provide a basis for the identification of linden honey.

linden honey;ICP-MS;multi-element analysis;microwave digestion

2015-04-13

金铃和(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：食品质量与安全，E-mail:jinlinghe22@163.com。

范春林(1964-)，男，本科，研究员，研究方向：食品安全，E-mail:caiqfcl@163.com。

王明林(1963-)，男，博士，教授，研究方向：食品质量与安全，E-mail:mlwang@sdau.edu.cn。

中国检验检疫科学研究院基本科研业务项目(2015JK012)。

TS201.7

A

1002-0306(2016)01-0000-00

10.13386/j.issn1002-0306.2016.01.000