婴幼儿配方乳粉中钼含量测定的方法探讨

王丁林, 李清清

（上海市质量监督检验技术研究院国家食品质量监督检验中心（上海）, 上海 200233）

0 引言

钼是人体所必须的微量元素, 在人体防止龋齿, 促进铁的新陈代谢, 预防贫血和癌症等方面具有重要作用。人体各种组织都含钼, 肝肾和脑中含量最高, 它是多种酶的重要成分, 钼缺乏会导致龋齿、肾结石、克山病、大骨节病、食道癌等, 钼摄入过高会出现代谢障碍、心肌缺氧、引发结石等[1-2]。而人体都是通过食物来获得钼, 因此, 食品中钼的含量直接影响机体健康。

目前钼检测方法研究较多的领域为土壤、地矿、环境等, 主要有电感耦合等离子体质谱法[3-5]、电感耦合等离子体发射光谱法[6-9]、石墨炉原子吸收光谱法[10-12]、分光光度法[13-14]等, 由于食品领域中钼含量相对较低, 需要仪器的灵敏度较高, 所以主要检测方法为电感耦合等离子体质谱法和石墨炉原子吸收光谱法。本研究以婴幼儿的主要食物来源-婴幼儿配方乳粉为基质, 对其钼测定的石墨炉原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法进行比较, 探讨两种方法关键技术条件的影响和基质适用性, 对两种方法的检测数据差异进行讨论, 为婴幼儿配方乳粉钼的测定提供技术依据, 并对不同阶段婴幼儿配方乳粉中钼的含量进行测定, 为婴幼儿配方乳粉营养成分的分析评价提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

幼儿配方乳粉（1段）、婴幼儿配方乳粉（2段）、婴幼儿配方乳粉（3段）、质控乳粉（NIST 1849a）。

微波消解仪, 美国CEM公司；电感耦合等离子体质谱仪NexION 300D, 珀金埃尔默仪器有限公司；石墨炉原子吸收光谱仪AA900Z, 珀金埃尔默仪器有限公司；Miletone酸纯化系统, 意大利Miletone公司；精控电热炉, 上海博通化学科技有限公司。

钼单元素标准溶液, GSB 04-1737-2004, 国家有色金属及电子材料分析测试中心；硝酸（优级纯）, 国药试剂；氯化钙（优级纯）, 国药试剂；超纯水（电阻率≥18.2MΩ·cm）, 美国Millipore公司；ICP-MS调谐溶液（1μg/L, Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U）, 珀金埃尔默仪器有限公司

1.2 试验方法

1.2.1 石墨炉原子吸收光谱法

（1）样品前处理。

样品经搅拌均匀后, 分别称取婴幼儿配方乳粉（1段、2段、3段）、质控乳粉0.5 g(精确至0.001 g)置于微波消解管中, 加入5 mL经纯化的硝酸, 放在电炉上100℃预热40 min, 后放入微波消解仪中, 微波升温程序见表1, 消解后冷却取出, 置于电热炉上170℃将酸液挥发至1 mL左右, 冷却, 用纯水转移至25 mL容量瓶中, 定容, 备用。同时做试剂空白试验。

表1 微波消解升温程序

（2）石墨炉原子吸收光谱法仪器测试条件。

灯电流25 mA, 进样量20μL, 干燥条件：110℃, 升温5 s、保持30 s, 180℃, 升温10 s、保持20 s；灰化条件：1 000℃、升温5 s, 保持30 s；原子化条件2 450℃, 升温2 s、保持6 s；清洗条件：2 550℃。基体改进剂：0.15%氯化钙。

标准溶液梯度浓度：1、5、10、15、20μg/L。

（3）电感耦合等离子体质谱法仪器测试条件。

载气为高纯氩气；等离子体气流量15.0 L/min；载气流速0.80 L/min；辅助气0.70 L/min；碰撞气流量2.0 L/min, 采样深度4.5 mm；入射功率1400 W；检测质量数m/z=98(Mo), 内标元素铑m/z=103(Rh)。

标准溶液梯度浓度：2、4、6、8、10μg/L。

（4）样品测定和加标试验。

婴幼儿配方乳粉（1段、2段、3段）及质控乳粉（钼元素特性值区间1.707±0.040 mg/kg）微波消解后, 对消解液进行测定, 每个样品测定6组平行数据。以6次平行测定结果的平均值为参考, 对婴幼儿配方乳粉进行三水平加标, 每个加标测定3组平行数据。

2 结果与讨论

2.1 结果

2.1.1 石墨炉原子吸收光谱法测定结果

3种婴幼儿配方乳粉及质控乳粉测定结果见表2, 3种婴幼儿配方乳粉加标测定结果见表3。

表2 石墨炉原子吸收光谱法婴幼儿配方乳粉及质控乳粉测定结果 （n=6）

表3 石墨炉原子吸收光谱法婴幼儿配方乳粉加标回收结果 （n=3）

2.1.2 电感耦合等离子体质谱法测定结果

3种婴幼儿配方乳粉及质控乳粉测定结果见表4, 3种婴幼儿配方乳粉加标测定结果见表5。

表4 电感耦合等离子体质谱法婴幼儿配方乳粉及质控乳粉测定结果 （n=6）

表5 电感耦合等离子体质谱法婴幼儿配方乳粉加标回收结果 （n=3）

2.2 讨论

2.2.1 前处理条件的影响

以婴幼儿配方乳粉（1段）为基质, 考察前处理条件的适应性。试验分别考察185℃、20 min；185℃、30 min；190℃、20 min；190℃、30 min；195℃、20 min 5种不同消解条件对结果的影响。

实验表明, 在185℃消解条件下, 即便消解时间在30 min, 其消解液仍然不是很澄清, 成轻微浑浊状, 分析是由于婴配乳粉蛋白含量和脂肪含量较大, 对消解的能力要求较高, 而随着消解条件的增强, 消解液逐渐澄清。经石墨炉原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱法检测, 两种检测方法5种消解条件的检测结果差异不大, 但浑浊状样品对检测精度有影响, 浑浊样品在溶液中悬浮着一些未完全消解掉的油粒, 对于石墨炉原子吸收光谱法, 会影响其在干燥和灰化阶段的稳定性, 进而影响其原子化阶段的检测精度, 对于电感耦合等离子体质谱法, 悬浮的油粒会在雾化阶段干扰溶液雾化均匀性, 而影响检测精度, 长时间检测还会产生油粒淤积在雾化器中, 影响检测灵敏度。在选择消解条件时, 一方面要考虑测定结果的准确性, 另一方面要考虑实验效率和微波消解仪的损耗, 综合考虑选择190℃, 30 min为消解条件。

2.2.2 石墨炉原子吸收光谱法的影响因素

（1）进样体积的影响。

原子吸收光谱法进样体积主要考虑几个因素：①进样的稳定性；②元素的灵敏度水平；③干燥阶段的效率和稳定性。经查阅仪器参数, 钼元素原子吸收特征质量为12 pg/0.0044 A-s, 故考察20μg/L标准溶液进样体积在10、15、20、25μL时吸光值, 结果见表6。考虑到后续要加入基体改进剂, 进样体积增大也会带来后续干燥时间增加, 在进样量为20μL时, 吸光值可以满足测定需求, 故确定进样体积为20μL。

表6 不同进样体积对应的吸光值

（2）升温条件的影响。

干燥条件：干燥阶段是将注入石墨管内的试样溶液蒸发, 去除溶剂, 留下干燥的固体试样, 以免其在灰化和原子化阶段飞溅, 干燥效果是否稳定会影响检测的重复性结果。由于婴配乳粉基质比较复杂, 干燥阶段采用两步干燥法进行, 以保证样品充分干燥固定在石墨管中。实验表明, 如干燥时间整体＜50 s时, 样品出峰重现性不好, 分析是在干燥阶段没有固定完全而影响灰化效果。第一步干燥：升温至110℃、升温时间5 s、保持30 s, 第二步干燥升温至180℃、升温时间10 s、保持20 s的条件下, 试样检测结果精密度高, 峰形重合性好。

灰化条件：灰化阶段主要是根据分析元素与试样基体组分的物理化学性质, 除去试样的基体组分, 降低分子吸收及光散射对待测元素的影响, 合适的干燥温度会使基体中的成分尽量除去, 而不使待测元素散失。由于钼是高温元素, 考察灰化温度800～1 500℃对检测影响, 不同灰化条件的结果见表7。当灰化温度在1 300～1 500℃时, 进样读数不稳定, 同时样品的检测结果也会偏低, 温度降低至1 000℃时, 结果较稳定；同时对保持时间10、20、30、40 s进行梯度考察, 实验表明, 随着灰化时间的增加, 背景干扰逐渐降低, 灰化时间在30 s以上时, 背景响应值基本稳定；灰化阶段在1 000℃保持30 s的条件下进样重复性RSD＜5 %, 且质控样品检测结果也在中位值附近, 故确定1 000℃保持30 s为灰化条件。

表7 干燥条件对检测结果的影响 mg/kg

原子化条件：原子化阶段主要是根据待测元素的性质, 选择合适的温度将样品中的待测元素以自由原子的形式瞬时释放出来。由于钼是高温元素, 故考察2 200～2 550℃钼的原子化效率。随着温度的升高, 钼的原子化效率增大, 吸光值增大, 考虑石墨管的最高承温能力, 以及仪器的最高使用温度和清洗温度, 确定原子化温度为2 450℃, 为避免高温元素拖尾效应, 原子化时间较常温元素稍长, 设置为6 s。

（3）基体改进剂的影响。

根据元素和基质的性质, 考察不同基体改进剂2 %磷酸二氢铵、0.05 %硝酸钯、0.5 %硝酸镁和1 %磷酸二氢铵混合基体改进剂、0.02 %硝酸钯和0.5 %硝酸镁混合基体改进剂、0.15%氯化钙对样品检测影响, 在无基体改进剂和加入基体改进剂时样品检测结果见表8。在不加入基体改进剂时, 样品峰形扁而宽, 检测结果偏低, 加入磷酸二氢铵以及与硝酸镁混合基改后, 样品峰形有所改善, 但峰形仍较宽且背景偏大, 结果偏低, 精密度差；加入硝酸钯以及与硝酸镁混合基改后, 峰形改善明显, 精密度有所提高, 但结果仍偏低；用0.15%氯化钙可以使样品峰形更接近标准品峰形, 样品吸光值提高10%～20%, 样品检测重复性好, 故采用0.15%氯化钙作为基体改进剂。

表8 基体改进剂对检测结果的影响结果 mg/kg

2.2.3 电感耦合等离子体质谱法的影响因素

（1）质量数选择。

钼有7个同位素,其中m/z 95、96、98 3个同位素丰度比较大, 而这3个同位素都会有多原子离子干扰, m/z 95干扰主要为40Ar+55Mn, m/z 96干扰主要为40Ar+56Fe, m/z 98干扰主要为40Ar+58Ni, 锰和铁在婴幼儿配方乳粉中是强化矿物质元素, 在基质中的含量较高, 检测结果表明, 采用m/z 95和m/z 96质量数比采用m/z 98质量数检测结果高2%～5%, 综合考虑各质量数的丰度比及检测结果的准确性稳定性, 选择m/z 98为检测质量数。

（2）质谱检测条件的影响。

分析前, 用1.0μg/L(Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U)调谐液对质谱仪进行调谐, 使氧化物CeO+/Ce+低于0.025%,双电荷Ce2+/Ce+低于0.03%,高、中、低质量数的响应值均达到仪器调谐要求。由于婴配乳粉基质中元素较复杂, 需要使用碰撞反应模式来消除基质中的多原子离子干扰, 试验比较了1.0、2.0、3.0 L/min碰撞气对测定效果的影响。m/z 98的质量丰度是24.1%, 响应值相对较小, 如碰撞气过大流量会使灵敏度过低, 重现性、稳定性差, 而碰撞气流量小、消除干扰能力弱, 综合考虑灵敏度和稳定性等方面的影响, 选择2.0 L/min作为碰撞气流量。

2.2.4 两种测定方法比较

由结果可看出, 石墨炉原子吸收光谱法的检测精密度在2.53%～3.45%, 回收率在88.0%～104%, 电感耦合等离子体质谱法的检测精密度在2.28%～3.87%, 回收率在94.0%～108%, 在两种检测方法的加标回收率和精密度都可达到GB/T 27404-2008《实验室质量控制规范 食品理化检测》[15]分析要求。从样品检测结果看, 电耦合等离子体质谱法的测定结果较原子吸收光谱法的测定结果高5%～10%, 对此现象分析原因, 一方面由于电感耦合等离子体质谱法受多原子离子效应和碳链增益效应的共同影响, 多原子离子的干扰主要有40Ar+58Ni、16O+82Se等对同质量数的钼元素产生的正干扰, 碳链增益效应是由于婴配乳粉基质有机物含量大, 在消解过程中残留的碳链会对检测产生增益效应, 这种增益效应已在近年的质谱研究中被多次报道[16-18], 同时钼元素几个丰度比较大的质量数响应值也相对较小, 增益效应对结果产生的影响相对明显；另一方面原因是原子吸收光谱法的原子化效率和基质干扰, 由于钼是高温元素, 其在原子化阶段需要很高的温度来使元素原子化, 但由于仪器和石墨管都有一定的承受温度, 所以其原子化效率会受一定影响, 同时, 由于婴配乳粉基质中的钾、钙、钠、镁等矿物质含量很高, 虽然使用基体改进剂会去掉大部分干扰, 但高盐基质在石墨管中共存检测, 还是会在一定程度上抑制钼的原子化效率和灵敏度, 从而使结果偏低一些。

3 结论

实验采用石墨炉原子吸收光谱法和电感耦合等离子体质谱仪对婴幼儿配方乳粉中钼含量进行检测, 对两种方法的检测条件和检测结果进行对比和探讨。影响石墨炉原子吸收光谱法的实验条件主要有程序升温条件和基体改进剂的使用, 影响电感耦合等离子体质谱法的实验条件主要有质量数的选择和质谱条件参数以及气流量的设置。电耦合等离子体质谱法的测定结果比原子吸收光谱法的测定结果稍高, 两种方法在方法学上均满足婴幼儿配方乳粉中钼含量的检测需求。