碰撞-反應池—電感耦合等離子體質(zhì)譜在食品分析中的研究.pdf

1、微量元素是構成人體細胞或體液、維持機體特殊生理功能酶系的特定生理成分或激活劑，在人體的生命活動和生理過程中必不可少，具有明顯營養(yǎng)作用，對于維持人體的生長發(fā)育、新陳代謝、生理生化反應、遺傳以及能量轉(zhuǎn)換等方面肩負著極其重要的使命，微量元素的缺乏會引起人體系統(tǒng)生化紊亂，導致生理功能異常，產(chǎn)生病理性變化和疾病。食品中含有豐富的微量元素，是人體微量元素的主要來源，不同微量元素在人體的生命活動中發(fā)揮的作用不同，所表現(xiàn)的生物學效應也存在較大差異，食品

2、在生產(chǎn)、加工、運輸、貯存、銷售等環(huán)節(jié)中所引入的微量重金屬元素污染對人類身心健康所構成的潛在威脅也已成為一個嚴重的食品安全問題，因此，食品中微量元素的檢驗是食品質(zhì)量控制過程中的一個重要環(huán)節(jié)，建立食品中微量元素的相應分析測試技術，準確分析食品中微量元素的含量及其分布具有十分重要的意義。
　　電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法具有靈敏度高、線性范圍寬、檢測限低、能提供同位素比值信息并能同時進行多元素的測定等分析特性，在食品分析與檢驗

3、中應用十分廣泛。但由于食品組成的復雜性和種類的多樣性以及在樣品分解處理過程中消解試劑的使用所產(chǎn)生的質(zhì)譜干擾仍然是ICP-MS技術獲得得高精度分析結果所面臨的難題。在常用的四極桿ICP-MS儀器的離子透鏡和四極桿質(zhì)量分析器之間加入了一個碰撞/反應池(CRC)所組成的碰撞/反應池-電感耦合等離子體質(zhì)譜(CRC-ICP-MS)儀，當樣品經(jīng)ICP電離，通過采樣錐和截取錐取樣，經(jīng)離子透鏡聚焦后，在封閉的碰撞/反應池中與碰撞/反應氣體產(chǎn)生碰撞/反應

4、，使分析離子、干擾離子及其它離子碎片之間產(chǎn)生質(zhì)量與電荷的差異從而達到校正干擾的目的。本文系統(tǒng)地闡述了CRC-ICP-MS法的基本理論和方法，并圍繞CRC-ICP-MS法在食品科學領域中的分析應用進行了探索:
　　(1)研究了應用八極桿碰撞/反應池電感耦合等離子體質(zhì)譜(ORS-ICP-MS)法測定堅果Li、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Rb、Sr、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Tl

5、、Pb等24種微量元素的分析方法。以HNO3+H2O2混合體系為消解介質(zhì)采用升壓控制模式對樣品進行微波消解后直接進行測定，利用5％甲醇在等離子體中的增敏效應改善了難電離元素質(zhì)譜分析的靈敏度，獲得了儀器的最佳質(zhì)譜工作參數(shù)，以Sc、In、Bi混合內(nèi)標溶液校正了分析過程中的基體效應，應用碰撞/反應系統(tǒng)和炬屏蔽系統(tǒng)校正了質(zhì)譜工作過程中的多原子離子干擾。采用國家標準物質(zhì)GBW10045驗證了方法的準確性和精密度，所有待測元素的檢出限在0.002～

6、0.290μg/L之間。采用該法分別對國外5種堅果類進口食品美國榛子、巴西腰果、美國杏仁、美國開心果、巴西松子進行分析，結果表明，堅果內(nèi)微量營養(yǎng)元素含量豐富，其中腰果和開心果中硒含量較高，對照我國堅果炒貨食品國家標準GB/T22165-2008，所有堅果中的重金屬元素含量處于極低水平，食用安全，具有較高的營養(yǎng)價值。該法可用于堅果類食品的質(zhì)量評價和安全評估。
　　(2)對土豆樣品采用HNO3+H2O2混合酸消解體系進行微波消解處理制

7、樣，用ORS-ICP-MS法同時測定土豆中Na、Mg、 Al、P、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Pb共16種無機元素的含量。詳細地研究了樣品的前處理條件，采用八極桿碰撞/反應池(ORS)技術，通過選擇不同的碰撞/反應模式，改變碰撞/反應氣的流速，在確保方法靈敏度的情況下，有效地減少了多原子分子的重疊形成的質(zhì)譜干擾。選用Rh作內(nèi)標元素校正基體效應和信號漂移。該方法對16種待測元素的檢出限為0.005～0.

8、236μg/L，通過添加標準進行加標回收，所有待測元素的回收率在92.20％～109.65％之間，相對標準偏差(RSD)均小于3.18％，結果準確可靠。采用該法對來自不同產(chǎn)地的4個土豆樣品進行分析，結果顯示，土豆中無機元素的含量具有較大的地域性。土豆中含鉀較高，鉀是人體調(diào)節(jié)體液平衡、維持肌肉和神經(jīng)的功能以及代謝所必需的主要營養(yǎng)元素，并具有抗癌防癌作用;土豆中P、Mg、Ca鈣含量也較高，而重金屬元素的含量很低，遠低于我國食品國標限量規(guī)定標

9、準，食用安全。該法可為土豆中無機元素的快速檢測提供科學依據(jù)。
　　(3)建立了ORS-ICP-MS法測定食品添加劑甜味劑中Cr、Co、Ni、Cu、As、Cd、Sn、Sb、Hg、Pb等10種重金屬元素的含量。采用微波消解法消解樣品后直接進行分析。考察了長時間質(zhì)譜分析對待測元素信號強度的影響，在碰撞/反應池內(nèi)分別通入高純氦氣或氫氣，通過多原子離子與氦氣或氫氣的碰撞/反應來減少多原子離子的干擾，選用Sc、Y、In、Bi等元素為內(nèi)標混合液

10、校正基體效應和信號漂移，確定了實驗的最佳測定條件。該方法對10種待測元素的檢出限在0.003～0.038μg/L之間，加標回收率在93.0％～106.6％之間，相對標準偏差(RSD)≤3.4％。采用該法對木糖醇、阿斯巴甜、糖精鈉、甜蜜素等4種常用非營養(yǎng)型甜味劑進行分析，結果表明，4種食品甜味劑中重金屬元素的含量均低于10μg/g的限量標準。該方法簡便、快速、準確，完全可以用于食品添加劑甜味劑質(zhì)量控制和安全評價。
　　(4)利用帶O

11、RS和屏蔽炬系統(tǒng)(Shield Torch System，STS)的ICP-MS測定蜂蜜中Na、Mg、 Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Se、Mo、Cd、Ba、Hg、Pb等多種微量元素。研究了在標準模式、He碰撞模式和H2反應模式下待測元素的背景等效濃度（background equivalent concentration，BEC）變化情況，結果顯示，在碰撞/反應模式下，質(zhì)譜分析過程中易干擾元素的BEC降低了

12、1～3個數(shù)量級，有效地克服了多原子分子離子的干擾。該法靈敏度高，各元素的檢出限在1.05～73.45 ng/L之間;各待測元素線性關系良好，線性相關系數(shù)均大于0.9995;重現(xiàn)性好，各待測元素相對標準偏差(RSD)小于2.73％;準確度高，加標回收率在92.2％～106.8％之間。采用該法對市售的4個品種的蜂蜜進行分析，結果表明，18種微量元素在4種蜂蜜中的含量存在很大差異，蜂蜜中含有大量人體所必需的營養(yǎng)元素，而重金屬元素的含量處于較低

13、水平。蜂蜜是一種營養(yǎng)豐富、食用安全的天然滋養(yǎng)食品。
　　(5)研究了分別采用雙聚焦電感耦合等離子體質(zhì)譜(SF-ICP-MS)法和ORS-ICP-MS法測定食品膨松劑碳酸氫鈉中Be、Mg、 Al、Ca、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、 Pb等14種雜質(zhì)元素的分析方法。樣品經(jīng)硝酸密閉微波溶解后，試液直接用SF-ICP-MS法和ORS-ICP-MS法測定上述微量元素。詳細地研究了樣品的消解方法、待測元素同位素的選擇