电感耦合等离子体质谱法测定复配水分保持剂中的18种杂质元素

吕亚宁,胡艳云,韩　芳,宋　伟,赵　琳

(1.安徽出入境检验检疫局技术中心,安徽合肥 230022;2.食品安全分析与检测安徽省重点实验室,安徽合肥 230022)



电感耦合等离子体质谱法测定复配水分保持剂中的18种杂质元素

吕亚宁1,2,胡艳云1,2,韩芳1,2,宋伟1,2,赵琳1

(1.安徽出入境检验检疫局技术中心,安徽合肥 230022;2.食品安全分析与检测安徽省重点实验室,安徽合肥 230022)

建立了电感耦合等离子体质谱法测定复配水分保持剂中Cu、Se和Mn等18种杂质元素的检测方法。复配水分保持剂的主要成分为磷酸盐,质谱分析时基体干扰较严重,但经微波消解后,采用以CH4作为反应气的动态反应池模式能较好地消除质谱基体干扰。方法检出限在0.002～0.084 μg/g之间,回收率可达82.3%～104.8%。该法在复配水分保持剂多元素同时测定中可获得良好的灵敏度和准确度。

动态反应池,电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS),复配水分保持剂

复配水分保持剂是指用于肉禽、乳制品和淀粉类食品加工中增强其水分的稳定性和高持水性的复配型添加剂,其主要成分为磷酸盐类,包括焦磷酸钠、三聚磷酸钠等,另添加氯化钠、淀粉等其他辅料加工而成。相较于单一成分的水分保持剂,复配型水分保持剂具有协同效应增强、降低添加剂用量、减少生产投资、节约资源等优势[1-3],因此被广泛应用于米面制品、速冻食品、肉制品、饮料等加工领域。但由于磷酸盐等原料在生产、包装及运输环节过程中会接触到不锈钢等金属容器,存在引入金属污染物的风险,因此复配水分保持剂的食用安全问题越来越受到关注[4]。

水分保持剂等添加剂中的杂质元素的分析目前主要有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法等。其中电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)可同时检测多种元素且具有检测限低、线性动态范围宽等特点,应用前景良好[5-8],但复配水分保持剂中的高浓度金属盐离子在ICP-MS的常规分析中会形成严重的干扰,制约了其在元素测定时的应用。目前配置动态反应池模式(DRC)的ICP-MS能通过反应气的碰撞反应来抑制多原子离子的质谱干扰,改善信噪比,使方法更准确[9-11]。在反应气的选择上,通常有甲烷、氧气、氨气等,由于甲烷作反应气安全性好,化学活性强,能够有效消除多原子离子干扰[10-12],因此本文利用以甲烷为反应气的动态反应池模式,结合微波消解法,建立了复配水分保持剂中杂质元素的测定方法,实验证明,该法能够获得良好的灵敏度、检出限和准确度。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

Cu、Se、Mn、Fe、Cr、Mg、Cd、As、Sn、Ni、Pb、Co、Zn、Ga、Sb、V、Sr、Hg、Au单一元素标准溶液(1000 μg/mL)、内标溶液:Ge、In、Bi标准溶液(1000 μg/mL)国家标准物质研究中心;HNO3优级纯;H2O2分析纯;实验用水为超纯水;所有器皿均用20% HNO3浸泡6～8 h后,超纯水冲洗3次,备用。

DRC-e电感耦合等离子体质谱仪美国PE公司;Multiwave 3000微波消解系统安东帕公司。

1.2实验方法

1.2.1样品处理干灰化法:准确称取2.00 g复配水分保持剂样品于坩埚中,放入高温炉,逐渐升温到550 ℃,灰化5 h,取出,加少量HNO3,置于电热板上蒸干,再移至高温炉中,灰化2 h。取出后置于电热板上加热蒸干。最后加入少量20%的HNO3溶解残渣,将试液转移至烧杯中,用水少量多次洗涤坩埚,合并溶液后经滤纸过滤沉淀后并入50 mL容量瓶中,定容,即为待测样液。

微波消解法:准确称取0.50 g样品于消解内罐中,加入4 mL HNO3和2 mL H2O2,20 μL 1000 μg/mL的Au溶液,旋紧上盖,置于微波消解仪中,按设计好的消解程序进行微波消解。爬坡升温程序为:0～700 W升温10 min,700～1200 W升温10 min。消解40 min完毕后,取出消解罐,打开罐盖,将消解液转移至25 mL容量瓶中,用超纯水少量多次洗罐,定容后即为待测样液。同时做试剂空白和回收实验。

1.2.2仪器工作参数ICP-MS的工作参数,射频功率:1100 W;载气(Ar2)流量:0.90 L/min;样品提升率:1.00 mL/min;辅助气流量:1.20 L/min;冷却气流量:15. 00 L/min。

2　结果与讨论

2.1样品前处理方法的选择

食品添加剂的消解方法通常使用干灰化法或微波消解法,其中干灰化法能利用高温消解大量样品,增强样品代表性,无试剂污染,空白低,但过程中易损失低沸点元素;微波消解法消解效率高,能保证回收率,但对试剂的纯度要求较高。本文利用两种消解方式对复配水分保持剂中各元素进行测定,图1列出两种消解方式下的回收率情况。在干灰化法条件下,Hg、Pb、Cd、Sn、Se等元素的损失较严重。其中Pb、Cd等回收率低的原因主要是,在“灰助剂”HNO3的作用下,样品基体中高浓度氯离子易与Pb、Cd等形成挥发性的PbCl2、CdCl2,在高温下挥发损失;另Sn与HNO3生成的锡酸易与石英坩埚反应,也会导致损失[13]。而Hg和Se均为低沸点元素,超过500 ℃的高温下极易挥发损失。微波消解法处理时,为避免在急剧高温条件下简单磷酸盐容易缩聚成复杂磷酸盐,影响消解效率,本实验选择了较缓的爬坡升温程序,所得消解溶液澄清透明,表明试样消解彻底,且由图1可知各元素的回收率也较稳定。

图1　18种元素在不同前处理方式下的回收率Fig.1　The recovery of 18 elementsin different pretreatment methods

2.2ICP-MS分析中质谱的干扰与校正

汞元素具有较强的吸附性,当汞的质量浓度大于10 μg/L时,记忆效应更为明显。根据文献[10],本实验采用加入含2% Au内标的方法能够减小这一效应,同时用该溶液淋洗进样系统,根据表3中,Hg的回收率和精密来看,此法能较好消除汞的记忆效应。

表1　元素质量数、内标及反应池条件

2.3方法的评价

按上述实验方法对线性范围、检出限和精密度进行了考察,样品空白溶液重复测定6次,计算标准偏差,其测定结果标准偏差3倍所对应的浓度值作为检出限,各待测元素的检出限如表2所示。各待测元素的检出限,线性相关系数均不低于0.9995,各待测元素线性关系良好。

表2　各元素线性范围、线性相关系数和检出限

为验证方法的实用性,利用建立的方法对复配水分保持剂中的18种杂质元素分别进行6次平行测定和加标回收实验,结果见表3,回收率在82.3%～104.8%之间,RSD小于3.56%。

表3　样品分析情况

3　结论

对比了微波消解法和干灰化法处理复配水分保持剂样品,并用DRC-ICP-MS法测定其中的Cu、Mn、Cr、As、Ni、Co、Ga、V、Se、Fe、Mg、Cd、Sn、Pb、Zn、Sb、Sr、Hg等18种杂质元素的情况,微波消解法取得了满意的结果。采用CH4作为反应气的动态反应池模式可以有效地消除高背景样品中多原子离子的质谱干扰,以多内标元素校正了分析信号漂移和基体效应。本法具有操作方便、样品处理简单、分析时间短、方法准确、灵敏度高、重现性好等优点,为复配水分保持剂中杂质元素的检测提供了方便、可靠、快捷的方法。

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Determination of eighteen impurity elements in blended water retention agent by inductively coupled plasma-mass spectrometry

LV Ya-ning1,2,HU Yan-yun1,2,HAN Fang1,2,SONG Wei1,2,ZHAO Lin1

(1.Anhui Entry and Exit Inspection and Quarantine Bureau,Hefei 230022,China;2.Anhui Province Key Lab of Analysis and Detection for Food Safety,Hefei 230022,China)

An analytical method for the determination of 18 trace elements(Cu、Se、and Mn)in blended water retention agent was established using inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS). The main component of blended water retention agent is phosphate,which leads to serious mass matrix interference. To eliminate the spectral interferences,the dynamic reaction cell(DRC)mode was used with methane as reactant gas after microwave digestion. The limits of detection were 0.002～0.084 μg/g,with standard recoveries of these elements were in the range of 82.3%～104.8%. This method was sensitive and accurate for the simultaneous determination of multiple elements.

dynamic reaction cell;inductively coupled plasma-mass(ICP-MS);blended water retention agent

2016-01-15

吕亚宁(1985-)，女，硕士，工程师，研究方向：食品安全分析与检测，E-mail：yaninglv@163.com。

安徽省自科学基金面上项目 (1408085MKL96, 1408085MKL97);国家质检总局科研课题(2014IK134)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)16-0076-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.16.006