稀酸微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定紅糖中六種營(yíng)養(yǎng)元素

楊偉，李蓉，范曉旭，楊春花，周美麗

(大理州食品檢驗(yàn)檢測(cè)院，云南 大理，671000)

紅糖又稱“非分蜜糖”，是甘蔗的莖汁經(jīng)濃縮而成的帶蜜糖。與精制糖相比，紅糖中含有較高含量的必需氨基酸、維生素和礦物營(yíng)養(yǎng)元素，是一種高營(yíng)養(yǎng)食品[1-3]。紅糖還具有補(bǔ)血活血、抗齲齒、預(yù)防糖尿病和高血壓等保健功效，這與紅糖中參與代謝的微量元素相關(guān)[4]。由于受甘蔗品種、加工工藝、貯存方式等因素的影響，紅糖中無(wú)機(jī)元素的含量存在一定差異。因此，建立準(zhǔn)確快速的方法測(cè)定紅糖中無(wú)機(jī)元素含量，對(duì)控制紅糖的品質(zhì)以及保障食用者的健康具有重要意義。

目前，食品中無(wú)機(jī)元素的測(cè)定方法主要有：原子熒光光譜法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)法[5-8]，其中，ICP-MS法具有靈敏度高、檢出限低、可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，已列入GB 5009.268—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》的第一法[9]，尤其適合食品中微量和痕量元素的分析。采用光譜分析法或ICP-MS法測(cè)定食品中無(wú)機(jī)元素前，一般需要進(jìn)行前處理，使固體樣品轉(zhuǎn)化為溶液引入儀器檢測(cè)。目前，樣品前處理所用方法以微波消解居多，GB 5009.268—2016和參考文獻(xiàn)報(bào)道，微波消解使用濃硝酸或濃硝酸+過(guò)氧化氫體系對(duì)樣品進(jìn)行前處理[9-12]，樣品消解徹底，空白值低，但濃酸的使用增加了試劑用量、消解液酸殘留和廢棄酸的排放。稀酸微波消解法主要采用稀硝酸+過(guò)氧化氫體系對(duì)樣品進(jìn)行消解[13-15]，與濃酸微波消解法相比，不僅樣品消解徹底、空白值低，而且有效減少了試劑用量、消解液酸殘留和廢棄酸的排放。目前，使用稀酸微波消解處理紅糖樣品，ICP-MS檢測(cè)其無(wú)機(jī)元素含量的方法鮮見(jiàn)報(bào)道。

本文擬采用稀硝酸和過(guò)氧化氫為消解體系對(duì)紅糖樣品進(jìn)行前處理，通過(guò)優(yōu)化硝酸濃度、過(guò)氧化氫體積和消解時(shí)間，并結(jié)合ICP-MS對(duì)其中Mn、Fe、Co、Cu、Zn和Sr 6種營(yíng)養(yǎng)元素進(jìn)行分析，以期建立一種紅糖中營(yíng)養(yǎng)元素簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確且環(huán)保的測(cè)試方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

多元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(含Mn、Fe、Co、Cu、Zn和Sr，質(zhì)量濃度均為100 μg/mL)、內(nèi)標(biāo)混合溶液(含Sc、Ge和Rh，質(zhì)量濃度均為100 μg/mL)，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心，使用前用0.288 mol/L硝酸稀釋至濃度均為1 μg/mL的內(nèi)標(biāo)使用液；調(diào)諧液(Ce、Co、Li、Mg、Tl和Y，質(zhì)量濃度均為1 μg/L)，美國(guó)安捷倫公司；30%過(guò)氧化氫(電子級(jí))，蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司；65%濃硝酸(優(yōu)級(jí)純)，德國(guó)Merck公司；試驗(yàn)用水均為超純水(電阻率>18 MΩ·cm)。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國(guó)安捷倫公司；ETHOS UP型微波消解儀，意大利Milestone公司；VB24 UP型智能樣品處理器，北京Lab Tech公司；PURELAB Chorus1 Complete型超純水儀，英國(guó)ELGA LabWater公司；ML204T/02型電子天平，瑞士Mettler Toledo公司。經(jīng)優(yōu)化的ICP-MS工作參數(shù)列于表1。

表1 ICP-MS工作參數(shù)Table 1 The working parameters of ICP-MS

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別精密量取多元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1.0和10.0 mL至100 mL容量瓶中，用0.288 mol/L硝酸定容，配制成Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Sr質(zhì)量濃度為1.0和10.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)中間液。再分別精密量取1.0和10.0 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)中間液0.00、0.10、0.50、1.00、3.00、5.00 mL至100 mL容量瓶中，用0.288 mol/L硝酸稀分別釋成Co、Cu、Sr質(zhì)量濃度為0、1.0、5.0、10.0、30.0、50.0 μg/L和Mn、Fe、Zn質(zhì)量濃度為0、10.0、50.0、100、300、500 μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3.2 稀酸微波消解法

稱取0.25 g(精確至0.000 1 g)樣品于80 mL聚四氟乙烯消解罐中，加入7 mL濃度分別為1.0、2.1、4.2和6.3 mol/L的硝酸溶液和不同體積的過(guò)氧化氫(0、0.5、1和2 mL)，旋緊罐蓋，放入消解儀，按照升溫程序：5 min從室溫升至120 ℃，保持2 min，然后10 min從120 ℃升至190 ℃，在190 ℃分別保持不同的反應(yīng)時(shí)間(10、20和30 min)。消解完畢，待消解罐冷卻，將消解液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用少量超純水沖洗消解罐3～4次，合并洗滌液于容量瓶中，加水定容至刻度。用相同的方法做空白試驗(yàn)。

1.3.3 濃酸微波消解法

參考GB 5009.268—2016中電感耦合等離子體質(zhì)譜法，稱取0.25 g(精確至0.000 1 g)紅糖樣品，使用微波消解法處理，ICP-MS測(cè)定各元素含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 消解條件的選擇

隨機(jī)選取顏色較深的紅糖(HT1)為試驗(yàn)樣品。稱取樣品0.25 g(精確至0.000 1 g)，設(shè)置微波消解最高溫度為190 ℃[9,16-17]，考察硝酸濃度、過(guò)氧化氫體積和消解時(shí)間對(duì)元素回收率的影響?；厥章蕿椴煌鈼l件下，測(cè)定的樣品質(zhì)量濃度與濃酸微波消解法測(cè)定的質(zhì)量濃度的比值(用百分比表示)[17-18]。

2.1.1 硝酸濃度

采用1.0、2.1、4.2和6.3 mol/L硝酸溶液消解樣品，考察硝酸濃度對(duì)各元素回收率的影響。圖1顯示，隨著硝酸濃度的增加，各元素回收率無(wú)明顯變化，總體回收率為93%～105%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation, RSD)≤3%。綜合考慮消解效果和試劑用量，選擇硝酸的濃度為1 mol/L。

圖1 硝酸濃度對(duì)元素回收率的影響(n=3)Fig.1 Effect of HNO3 concentration on the recoveries of elements(n=3)

2.1.2 過(guò)氧化氫體積

采用0、0.5、1和2 mL過(guò)氧化氫消解樣品，考察加入不同體積的過(guò)氧化氫對(duì)各元素回收率的影響。當(dāng)加入過(guò)氧化氫0和0.5 mL時(shí)，消解液外觀分別呈黃色和淡黃色，有較多懸浮物；當(dāng)加入1 mL過(guò)氧化氫時(shí)，消解液呈無(wú)色透明，懸浮物基本消失，樣品消解效果較好；當(dāng)過(guò)氧化氫加入量增加至2 mL時(shí)，消解液的外觀無(wú)明顯變化。由圖2可知，過(guò)氧化氫加入1 mL時(shí)，6種元素的回收率(95%～109%)最好，RSD≤5%。綜上，選擇過(guò)氧化氫的加入體積為1 mL。

圖2 過(guò)氧化氫加入量對(duì)元素回收率的影響(n=3)Fig.2 Effect of H2O2 volume on the recoveries of elements(n=3)

2.1.3 消解時(shí)間

分別設(shè)置消解時(shí)間為27、37和47 min，考察不同消解時(shí)間對(duì)各元素回收率的影響。由圖3可知，各元素回收率受消解時(shí)間的影響較小，總體回收率為94%～105%。其中消解時(shí)間為27 min時(shí)，各元素的回收率為95%～103%，RSD≤3%，回收率和穩(wěn)定性最佳。因此，選擇消解時(shí)間為27 min。

圖3 消解時(shí)間對(duì)元素回收率的影響(n=3)Fig.3 Effect of digestion time on the recoveries of elements(n=3)

2.2 ICP-MS干擾的排除

紅糖中鉀、鈣、鎂的含量較高[3]，在測(cè)試過(guò)程中分析信號(hào)存在明顯漂移現(xiàn)象，元素Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Sr受到一定的基體干擾和質(zhì)譜干擾。實(shí)驗(yàn)在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，使標(biāo)準(zhǔn)溶液中硝酸的濃度和空白、樣品溶液匹配，且對(duì)不同元素選用質(zhì)量數(shù)接近、化學(xué)性質(zhì)相似的內(nèi)標(biāo)元素：元素Mn、Fe選擇45Sc為內(nèi)標(biāo)元素，Co、Cu、Zn選擇72Ge為內(nèi)標(biāo)元素，Sr選擇103Rh為內(nèi)標(biāo)元素，并通過(guò)蠕動(dòng)泵和T型混合三通在線引入1 μg/mL的內(nèi)標(biāo)溶液較好地消除基體干擾，改善方法的精密度。通過(guò)優(yōu)化儀器工作參數(shù)(表1)，對(duì)不同元素選用豐度大、靈敏度高、干擾小的同位素(55Mn、56Fe、59Co、63Cu、66Zn和88Sr)，采用八極桿氦氣碰撞模式和四極桿質(zhì)量分析器消除質(zhì)譜干擾。

2.3 線性和檢出限

取1.3.1節(jié)系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測(cè)，獲得各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線。取樣品空白溶液，重復(fù)測(cè)定11次，計(jì)算各元素的檢出限和定量限(表2)。所有工作曲線線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)大于0.999 5，各元素的檢出限和定量限分別為0.001～0.05 mg/kg和0.004～0.2 mg/kg，滿足檢測(cè)要求。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限Table 2 Regression equations, correlation coefficients, detection limits and quantification limits

2.4 精密度和加標(biāo)回收率

稱取HT1樣品6份，按優(yōu)化后的條件測(cè)定，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差即為方法精密度，所測(cè)各元素的RSD值為1.52%～3.67%，說(shuō)明方法精密度良好。另稱取HT1樣品24份，添加3個(gè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個(gè)濃度做3個(gè)平行試驗(yàn)[19]，6種元素的平均回收率為87.5%～110.2%，RSD值在0.24%～4.96%，表明方法的準(zhǔn)確度較高，其結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 方法精密度和加標(biāo)回收率Table 3 Precisions and recoveries of the method

2.5 對(duì)比分析

采用稀酸微波消解法(A)和濃酸微波消解法(B)，分別對(duì)3種不同紅糖樣品進(jìn)行前處理后測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4?；趖檢驗(yàn)(取置信水平α=0.05)，2種消解方法測(cè)定結(jié)果之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)，說(shuō)明稀酸微波消解法具有一定的可靠性。

表4 不同測(cè)定方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果(n=3) 單位：mg/kgTable 4 Experiment results of different testing methods(n=3)

3 結(jié)論

本研究建立了稀酸微波消解-ICP-MS法測(cè)定紅糖中Mn、Fe、Co、Cu、Zn和Sr 6種營(yíng)養(yǎng)元素的方法。通過(guò)優(yōu)化硝酸濃度、過(guò)氧化氫體積和消解時(shí)間獲得元素較好的消解效果。采取樣品重復(fù)性測(cè)試和加標(biāo)回收試驗(yàn)，分別驗(yàn)證方法的精密度和準(zhǔn)確性，通過(guò)與國(guó)標(biāo)法對(duì)比分析，驗(yàn)證了方法的可靠性。該法操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確且適用于紅糖中6種營(yíng)養(yǎng)元素的檢測(cè)。