电感耦合等离子体质谱法测定乳扇中的18种元素含量

范晓旭，周美丽，杨伟，杨春花，杨夏，李志成

（1.大理州食品检验检测院，云南大理，671000；2.西北农林科技大学食品科学与工程学院,陕西杨凌712100）

0 引 言

乳扇是云南大理白族最著名的风味食品[1]。乳扇色泽光洁，呈白色或乳黄色，形如纸扇，薄如扇纸，一般长30多厘米，宽7～9厘米，每两扇套叠成一对[2]。乳扇鲜香可口，可干吃、生吃、煎烤，是下酒的好菜，切碎后也加进白族特色三道茶中饮用[3]。乳扇加工是一个牛奶的自然发酵过程，制作方法是将发酵的酸乳清加入铁锅中煮沸，然后倒入牛奶，牛奶在酸的作用下变成凝块，用竹筷将凝块拉制成扇形薄片，最后用木杆将其撑开拉薄、晾晒即可[4]。乳扇具有很高的营养价值，含有丰富的必需氨基酸、脂溶性维生素、脂肪、矿物质[5]，特别是一些人体必需的常量元素和微量元素，如铁、锌、锰、铜、硒、镁、钾、磷和钠等，这些元素参与人体代谢，能够维持机体自身的稳定性[6]。但是由于环境污染的加剧，化肥、农药的滥用，以及生产加工过程中随意添加食品添加剂等，导致奶源受到重金属污染。一些重金属元素，如铅、镉、铬等在人体内蓄积，会破坏人体的生化反应，对人体造成伤害[7-9]。所以建立一种便捷、准确、快速的分析方法测定乳扇中的常量元素和微量元素是非常重要的。

目前乳扇中元素的文献报道多为乳扇中铝含量的测定[10-11]。对于乳扇中多元素的测定鲜有报道。测定乳制品中元素含量的方法通常有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）[12-13]，相比较前两种方法而言，ICP-MS具有灵敏度高、检出限低、线性范围宽、分析速度快、自动化程度高、样品处理简单、可同时测定多种元素等优点[14]。因此，本工作采用微波消解-ICP-MS法对乳扇中的钠、镁、铝、钾、钙、锌、钒、铬、锰、钴、铁、镍、铜、砷、硒、镉、钡和铅共18种元素进行测定，并改进微波消解条件，为乳扇的营养学评价和安全风险评估提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试剂与样品采集

多元素标准溶液（Na,Mg,Al,K,Ca,Zn,V,Cr,Mn,Co,Fe,Ni,Cu,As,Se,Cd,Ba,Pb）：质量浓度10μg/mL（Agilent,Part#8500-6940）；标准调谐溶液（Li,Y,Ge,Tl,Co）：质量浓度1μg/L（Agilent,Part#5188-6564）；混合内标溶液（Sc,Ge,Rh,In,Bi）：质量浓度100μg/mL（Agilent,Part#5188-6525）；国家标准参考物质鸡肉（GBW 10018）；HNO3（GR，德国Merck）；H2O2（GR，苏州晶瑞）。实验用水均为超纯水。

乳扇（洱源邓川、大理下关、大理巍山三地随机选取25个样品，包括来自农贸市场、超市和生产企业），采样后放置于4℃冰箱冷藏保存。

1.1.2 主要仪器与设备

7900型电感耦合等离子体质谱仪（美国Agilent公司）；VB24 up赶酸仪（莱伯泰科公司）；微波消解仪（意大利Mileston公司）；涡旋振荡器（美国Thermo公司）；电子分析天平（METLER TOLEDO）；XF-100固体样品高速粉碎机（杰瑞尔公司）；PURELAB chorus1超纯水机（英国ELGA公司）。

1.2 方法

1.2.1 样品处理

用陶瓷刀将乳扇切成细片，然后在高速样品粉碎机中粉碎，将制备好的乳扇粉末样品置于4℃冰箱冷藏备用。

1.2.2 预消解

称取样品0.4 g（精确至0.0001 g），置于100 mL聚四氟乙烯(poly tetra fluoroethylene,PTFE)消解罐中，精密加入硝酸6 mL，涡旋混匀使样品充分浸没，盖上内盖，置于赶酸仪上，80℃预消解30 min，取下，冷却至室温。

1.2.3 微波消解

将预消解好的样品加入2 mL双氧水，旋紧罐盖，置于微波消解仪中，按表1设定程序进行消解，消解完毕后，取出，放至室温，用少量纯水洗涤罐盖合并至罐中，然后将消解罐置于赶酸仪内140℃赶酸，溶液剩余0.5 mL左右取下冷却至室温，转移至25 mL比色管中，用纯水洗涤罐壁3～5次，定容至刻度，再经0.45μm水系滤膜过滤，混匀备用。同时做空白试验。

表1 微波消解程序

1.2.4 标准溶液的配制

精密量取标准储备液，用体积分数为1%HNO3逐级稀释，V,Cr,Mn,Co,Ni,Cu,As,Se,Cd,Ba,Pb混合标准溶液系列浓度为0.0,1.0,5.0,10.0,30.0,50.0μg/L；Fe标准系列浓度为0.0,10.0,50.0,100.0,300.0,500.0μg/L；Na,Mg,Al,K,Ca,Zn混合标准溶液系列浓度为0,500.0,1000.0,2500.0,5000.0,10000.0μg/L。以质量浓度为1 000μg/L的45Sc,72Ge,103Rh,115In,209Bi作为内标元素进行校正。

1.2.5 ICP-MS工作条件

用质量浓度为1μg/L(Li,Y,Ge,Tl,Co)的调谐溶液对仪器条件进行自动优化，使仪器达到最佳状态。各元素测定的同位素分别为23Na,24Mg,27Al,39K,44Ca,66Zn,51V,52Cr,55Mn,59Co,56Fe,60Ni,63Cu,75As,78Se,114Cd,135Ba,208Pb。等离子体模式为高灵敏模式，He模式分析，经优化后仪器的最佳工作条件如表2所示。

表2 ICP-MS工作条件

2 结果与分析

2.1 前处理条件的选择

常用的样品前处理方法为：干法灰化、湿法消解和微波消解法。干法灰化操作简单，适于用酸难分解的有机质，但由于灰化温度较高，致样品中易挥发的As、Se等元素会有损耗。部分还可能吸附于坩埚或器皿上[15]，导致测定结果偏低。湿法消解需用大量的硝酸和高氯酸，消解过程复杂，试剂用量大，待测组分易被损失和污染[16]，且不利于实验人员的身体健康。微波消解法操作方便快捷、空白值低、能避免挥发损失和样品污染，回收率令人满意[17]。所以选择微波消解密闭系统处理样品。国标法及前人分析乳扇中元素的报道消解体系为硝酸，本工作对消解试剂和微波消解程序进行优化,确定样品前处理方法以6 mL硝酸和2 mL双氧水为消解试剂，并先于赶酸仪上80℃预消解30 min，如此获得的样品溶液澄清透明，消解得更彻底。

乳扇基质复杂且油脂含量高，在上机检测之前,为防止样品堵塞ICP进样系统。需要使用0.45μm水系滤膜过滤。

2.2 ICP-MS干扰的消除

ICP-MS的干扰主要分为质谱干扰和非质谱干扰，质谱干扰主要是由同质异位素、多原子离子、双电荷干扰等引起的[18]，本实验通过选择干扰最少、丰度相对较高的同位素，优化等离子体调谐条件，八级杆氦气碰撞反应池滤除干扰离子等方法减少质谱干扰[19]；由于乳扇基质复杂，应加入内标液来消除基体效应所引起的非质谱干扰，内标选择时尽量与所测元素的质量数相接近；同时在进样前清洗雾化室，进样锥等消除物理干扰。

2.3 线性关系

线性回归方程及相关系数见表3。结果表明线性关系良好，相关系数均大于0.9995。

2.4 方法检出限和精密度

连续测定11次样品空白溶液，以其标准偏差的3倍所对应的浓度计算检出限；相同仪器条件下，对乳扇样品进行6份平行样试验，计算相对标准偏差(RSD)。结果（见表3）表明18种元素的检出限在0.002～0.84 mg/kg之间，计算得到的RSD值在0.31%～3%。说明方法检出限低、精密度好，有较好的重复性，适合乳扇中多元素的分析。

表3 线性回归方程、检出限和精密度（n=6）

2.5 加标回收率

称取已知含量的乳扇样品，加入一定浓度的混合标准溶液，按上述方法进行前处理，平行制备3份样品，相同仪器条件测定，高浓度元素的样品进行一定倍数的稀释，结果取平均值计算，结果见表4。各元素回收率在91.4%～108.7%之间，RSD值小于4.6%。回收率较好，说明所建立的方法准确可靠。

2.6 方法的准确度

按照实验方法对国家标准物质鸡肉（GBW 10018）进行测定，结果见表5。由表5可以看出，18种元素测定结果均在证书值的范围内，说明该方法准确度高，适合乳扇中多元素的测定。

2.7 样品含量测定

用ICP-MS测定从不同市场购买的25个乳扇样品中的18种元素,每个样品进行3份平行性实验，取平均值，测定结果见表6。结果表明，乳扇中含有丰富的微量元素，其中锌（48.36 mg/kg）、铁（22.92 mg/kg）、钡（1.55mg/kg）含量最高，锰、铜、硒元素含量在0.1～1 mg/kg之间，镍、钒、钴元素含量均小于0.1 mg/kg，这些微量元素，对维持机体的生理平衡有重要意义。此外，乳扇中还有丰富的矿物元素，在钠（1046 mg/kg）、镁（336 mg/kg）、钾（3356 mg/kg）、钙（4848 mg/kg）中，钙元素含量最高，所以乳扇是理想的补钙食品。乳扇中含有的砷、镉、铅含量相对较低，并未超过食品安全国家标准关于有毒重金属限量标准[20]。

表4 加标回收率实验结果（n=3）

表5 标准物质测定结果（n=3）

本次调查分析发现，25个样品均有铝检出，在目前有效的标准GB 2760-2014中[21]，乳制品中未允许添加含铝的添加剂，参照焙烤食品中铝的残留量限值≤100 mg/kg统计，有88%样品(22个)铝的含量＞100 mg/kg，说明整体上乳扇中铝含量偏高。有可能是在生产过程中，为了提高其口感，添加了含铝的添加剂，比如硫酸铝钾与硫酸铝铵。此外，有32%样品(8个)铬的含量＞0.3 mg/kg，有2件样品铬含量＞2.0 mg/kg，在GB 2762-2017中，没有对乳制品中铬含量作出限量要求，但生鲜乳中的铬含量不得超过0.3 mg/kg，乳粉中的铬含量不得超过2.0 mg/kg。乳扇中的铬含量存在偏高现象，可能是奶牛在饲养过程中，喂食了含铬的饲料[22]，如皮革水解蛋白粉，通过生物迁移、富集，造成牛奶中铬含量高。因此建议相关部门加强监管力度,根据实际情况及时更新国家标准，引导生产企业和农户规范生产工艺。

3 结论

本实验创新地建立了微波消解-ICP-MS法同时测定乳扇中18种元素含量，并对前处理条件进行优化。预消解后得到的乳扇样品澄清透明。方法检出限为0.002～0.84 mg/kg，加标回收率为91.4%～108.7%，精密度小于4.6%，所测国家标准物质基本符合标准认定值范围。表明该方法简便快速、检测限低、准确度高、精密度好。需要的样品与溶剂量均较少，适合于乳扇的常规检测分析。含量特征分析表明，乳扇营养丰富，含有钙、铁、锌、硒等元素，有毒重金属均未超出国家限量标准，但铝、铬元素含量存在偏高现象，因此建议有关部门加强监管力度,规范生产工艺，确保食品安全。

表6 乳扇中18种元素含量（n=3，mg/kg）