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利用ICP-MS测定营养品中的铬、 硒和钼

发布时间:2022-02-24   点击次数:161次

摘要 一种经验证的婴儿配方奶粉和成人营养品中铬 (Cr)、硒 (Se) 和钼 (Mo) 的 ICP-MS 快速测 定方法分别实现了由 Agilent 7500cx ICP-MS 至 Agilent 7700x ICP-MS 以及由实验室 1 至实验室 2 的成功转移。该方法的关键优势在于可使用单一池气体模式(氦气模式)有 效去除 Cr、Mo 和 Se 的多原子干扰,从而可对所有样品进行分析。这样可显著提高分析 效率。方法通过向样品中加入内标后将其在密闭容器微波炉中进行消解,随后使用 ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪进行检测。该方法被认为可作为全局参比方法的合适候选方案,并已被 AOAC 认定为测定营养品中痕量 Cr、Mo 和 Se 的方法。


前言:在食品中加入必需元素是一种广泛使用的简单营养改善方法,尤其适用于面临营养不良 风险的人群和群体。示例包括添加 Se 的婴儿配方奶粉以及添加 Se、Cr 和 Mo 的儿童与 成人医学营养品 [1,2]。使用电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-AES) 等传统技术难以分析 食品中通常存在的痕量元素。因此,此类分析技术可能需要使用非标准样品引入技术 (如超声雾化使 Cr 和 Mo 的测定,或氢化物发生法使 Se 的测定)获得足够高的灵敏度 [3,4,5]。如果使用石墨炉-原子吸收光谱 (GF-AAS),则可能需要采用复杂的提取过程才可 获得测定这些元素所需的灵敏度。


该方法是用于分析婴儿配方奶粉中 Cr、Mo 和 Se 的唯yi方法 (AOAC 方法 2011.19)。氢化物发生-AAS 法适用于测定宠 物食品 (AOAC 986.15, 1988)、饲料 (AOAC 996.17, 1997) 和食品 (欧洲标准 EN 14627)中的 Se。ICP-AES 可用于根据 AOAC 2006.03 测定肥料中的 Se、Cr 和 Mo,此外 GF-AAS 可用于测定 食品中经干灰化 (EN 14082) 或高压消解 (EN 14083; 8) 后的 Cr 和 Mo。本文引用的所有 EN 方法均处于 IV 类状态,意味着这些方 法广受好评但尚未获得国际食品法典委员会 (Codex) 批准。 ICP-MS 是一种快速的多元素分析技术,通过外标校准测定营养 品中的 Cr、Se 和 Mo(及许多其他元素)时具有所需的灵敏度和 选择性 [1,6,7]。ICP-MS 实现了 ng/L(万亿分之一,ppt)级别 的极低定量限。新一代仪器配有碰撞反应池 (CRC),能够减小 或消除由等离子体气体、基质组分和溶剂酸引起的谱图干扰 [8,9]。 例如,如今可使用 Cr 的主同位素 (m/z 52) 在存在来自基体的多 原子干扰(例如具有相同质量数的 40Ar 12C 和 35Cl 16O1H)时准确 测定低浓度 Cr。可使用 Se 的同位素 78Se 对其进行测定,而 该同位素以前由于存在 40Ar 38Ar 多原子叠加而不适用于痕量分析 [10,11]。ICP-MS 中 Cr、Mo 和 Se 的其他可能多原子干扰的示例 如表 1 所示。

 

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采用的 Agilent 7500cx ICP-MS 的婴儿配方奶粉和成人营养品中 Cr、Se 和 Mo 的测定方法在 Pacquette 等人的文章 (2011) 中进 行了详细阐述。该方法已被成功转移至采用仅使用氦气模式的 CRC 方法的 Agilent 7700x ICP-MS 中。本文介绍了方法转移验证 规程的详细信息。


实验部分:仪器与试剂 整个研究均采用配备八极杆反应池系统 (ORS3) CRC 的 Agilent 7700x ICP-MS。该仪器配有标准样品引入系统(MicroMist 玻璃 同心雾化器、石英 Scott 型雾化室、带有内径 2.5 mm 中心管的石 英炬管)和接口(Ni 采样锥和截取锥)。测定 Cr、Mo 和 Se 时, ORS3 在氦气碰撞模式下运行。Agilent ASX-520 自动进样器用于 简化进样。仪器设置和参数见表 2。

 

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定制实验室对照样品 直到最近,才使用含有所有必需营养元素的均匀粉末作为内部定 制实验室对照样品以对该方法进行验证。目前我们使用美国国家 标准与技术研究院 (NIST) 1849a 婴儿/成人营养配方奶粉标准参 比物质 (Gaithersburg, MD)。


样品前处理 使用 MARS 5 (CEM Corp., Matthews, NC) 温控密闭容器微波炉 对营养实验室对照样品进行消解。在样品消解前添加内标以校正 损失,且无需使用经校准的实验室定容器皿进行样品稀释。在两 步程序中进行消解以分解尽可能多的有机物,所使用的微波参数 见表 3。

 

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大量报道中称样品溶液中存在的碳有助于增强某些难电离元素 (包括 Se)的 ICP-MS 信号 [10,11,12]。一种理论认为,等离子体 中 C+ 含量的增加促进了电子从 Se(电离能 9.75 eV)向 C+(电 离能 11.26 eV)的转移,从而提高了 Se 的电离程度 [10]。通常, 这一信号增强效应可通过确保所有样品中的碳含量一致而加以克 服,例如向标准品和样品中均加入甲醇。在本文中,样品在密闭 容器中进行微波消解后向其中加入甲醇 [13,14,6]。耗时约 1.5 小 时(包括冷却)的消解过程自动完成,在无需使用高氯酸的情况 下即可实现样品的完全消解 [15]。


校准 使用 0、0.8、4 和 20 µg/L (ppb) 标准溶液绘制 Cr 和 Mo 的校准 曲线,并使用 0、0.4、2 和 10 µg/L 标准溶液绘制 Se 的校准曲线。 全部三种分析物校准曲线的 R 值为 0.9995 或更高(图 1 至 3)。 应当注意的是,每种分析物的校准标样(工作标准溶液)采用各 自的 1 ppm 储备溶液进行配制。校准标样根据重量比进行配制。 或者,使用包含所有分析物的多元素储备溶液配制校准标样,并 采用 A 级定容移液器进行移取。

 

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方法转移数据:在实验室 2 中,由三位不同分析人员分别在 12 天中根据典型方法 对实验室对照样品的四次重复消解液进行分析,以评估方法耐用 性。此外还对实验室 1 和实验室 2 的结果进行了比较。 表 4 显示所有三位分析人员(分别在 12 天中)分析定制实验室对 照样品 10 CLC10_B 中的 Cr 所得到的 12 次独立测量结果。每天 分析的四个重复对照样品均获得了优异的精密度(RSD 为 0.48% - 2.87%)。此外,每天重复分析的两个样品浓度(样品 1和 2 或样品 3 和 4)的精密度均小于 2% RSD(方案要求 RSD 小 于 7%)。所有三位分析人员获得的 12 个独立数据点的总体平均 浓度和精密度分别为 1059.36 ng/g Cr 和 2.33% RSD。表 4 显示 每天 (n = 4) 和总体 (n = 12) 获得的 Cr 平均浓度处于实验室 1 生 成的控制图平均值 (1053.00 ng/g Cr) 的 ± 10% 和 3 倍标准偏差 以内,如图 4 所示。实验室 1 结果表明三位分析人员在 30 天内获 得的精密度值为 1.6% RSD(表 4)。实验室 1 控制图平均值 (1053.00 ng/g Cr) 与实验室 2 平均值 (1059.36 ng/g Cr) 之差为 0.6%。

 

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5 显示所有三位分析人员(分别在 12 天中)分析 CLC-10 中的 Se 所得到的 12 次独立测量结果。每天分析的四个重复对照样品均 获得了优异的精密度(RSD 为 0.33% - 2.53%)。此外,每天连续 重复分析的两个样品浓度(样品 1 和 2 或样品 3 和 4)的精密度均 小于 5% RSD(方案要求 RSD 小于 7%)。所有三位分析人员获得 的 12 个独立数据点的总体平均浓度和精密度分别为 814.72 ng/g Se 和 2.95% RSD。表 5 同样显示每天 (n = 4) 和总体 (n = 12) 获得 的 Se 平均浓度处于实验室 1 生成的控制图平均值 (1053.00 ng/g Se) 的 ± 10% 和 3 倍标准偏差以内,如图 5 所示。表 5 表明实 验室 1 中三位分析人员在 30 天内获得的精密度值为 1.8% RSD。 实验室 1 控制图平均值 (813.80 ng/g Se) 与实验室 2 平均值 (814.72 ng/g Se) 之差为 0.11%。

 

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表 6 显示所有三位分析人员(分别在 12 天中)分析 CLC10_B 中 的 Mo 所得到的 12 次独立测量结果。每天分析的四个重复对照样 品均获得了优异的精密度(RSD 为 0.28% - 5.44%)。此外,对 于所有重复样品,每天连续重复分析的两个样品浓度(样品 1 和 2 或样品 3 和 4)的精密度均小于 5% RSD(方案要求 RSD 小于 7%)。其中一个例外是分析人员 2 在第 2 天获得的 8% RSD (1462.98 ng/g Mo 和 1641.52 ng/g Mo)。这一结果突出显示于

 

表 6 中。所有三位分析人员获得的 12 个独立数据点的总体平均浓 度和精密度分别为 1641.51 ng/g Mo 和 1.94% RSD。表 6 同样显 示每天 (n = 4) 和总体 (n = 12) 获得的 Mo 平均浓度处于实验室 1 生成的控制图平均值 (1696.00 ng/g Mo) 的 ± 10% 和 3 倍标准 偏差以内。表 6 表明实验室 1 中三位分析人员在 30 天内获得的精 密度值为 1.59% RSD。实验室 1 控制图平均值 (1696.00 ng/g Mo) 与实验室 2 平均值 (1641.51 ng/g Mo) 之差为 3.0%。

 

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实际定量限 通过测量加标溶液来测定 Cr、Se 和 Mo 的实际定量限 (PLOQ) 值。 这些溶液的浓度约为低浓度校准标样浓度的一半,即 Cr 和 Mo 为 0.39 ng/mL,而 Se 为 0.195 ng/mL。表 7 显示三位分析人员 分别在 6 天内获得的回收率。 Cr(除第一天为 94.1% 以外)和 Mo 的回收率均处于 96% - 103% 之间。6 天的总体平均回收率为 Cr 98.2% 和 Mo 100.5%。表 7 还显示了 Se 的回收率。第一天获得的 Se 回收率处于 95% - 105% 之间。然而,由于 Se 的总体平均回收率为 93.2%,因此确定 Se 的 PLOQ 应等于浓度低的校准标样,即 0.4 ng/mL。总而言之, 使用 7700x ICP-MS 在氦气模式下得到的 Cr、Se 和 Mo 的 PLOQ 均 为 0.4 ng/mL。应当注意的是,在实验室 1 中利用安捷伦 ICP-MS 仪器(7500cx 和 7700x)在氢气模式下获得的 Se PLOQ 值为 0.2 ng/mL 且回收率处于 95% - 105% 之间。

 

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结论:一种婴儿配方奶粉和成人营养品中 Cr、Se 和 Mo 的快速测定 ICP-MS 方法已成功转移至新一代 ICP-MS 中。新方法的关键优 势在于可使用单一池气体模式(氦气模式)分析所有样品。该模 式能够有效去除 Cr、Se 和 Mo 的多原子干扰,从而大大提高分 析效率。使用便利的密闭容器微波对样品与加入的内标进行消解, 随后采用 ICP-MS 实现高灵敏度和高特异性检测。本研究表明此 方法适合作为测定营养品中痕量 Cr、Mo 和 Se 的全局参比方法 (即 AOAC 方法与国际配方奶协会方法)。

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