CN106033072A - 一种高通量检测原料乳及乳制品中矿物质元素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及矿物质元素检测技术领域，特别涉及一种高通量检测原料乳及乳制品中矿物质元素的方法。本发明的检测方法采用微波消解和电感耦合等离子质谱相结合，样品的配制及消解过程具体为称取固体样品0.5000g或液体样品1mL，加入4mL硝酸和3mL双氧水，静置1‑3h后消解样品，消解在微波消解仪中进行，在5‑10分钟内升温至165‑180℃，保持10‑30分钟，继续在5‑10分钟内升温至190‑200℃，保持20‑30分钟，最后在1‑5分钟内降温至50‑80℃，保持10‑30分钟。本发明的检测方法能够一次进样，同时检测高含量和低含量的19种元素，适用于常规检测分析。

Description

一种高通量检测原料乳及乳制品中矿物质元素的方法

技术领域

本发明涉及矿物质元素检测技术领域，特别涉及一种高通量检测原料乳及乳制品中矿物质元素的方法。

背景技术

目前，乳制品已逐渐成为人们日常饮食中的主要营养素来源之一，尤其是母乳和婴幼儿配方奶粉，几乎成为满足婴幼儿正常生长发育的主要食物，因此，其质量的好坏与营养素水平直接着影响婴幼儿的健康。原料乳及乳制品中含有多种矿物质元素，如Cu、Zn、Mn等元素关乎人体的正常生长发育、新陈代谢。然而，在实际生产过程中，一些有毒、有害元素的超标，会引起人体不同的症状，如Ni会引起接触性皮炎、Cd会致癌，同时一些必需元素的含量不足，会导致人体机能的下降，如Fe缺乏会引起贫血。因此，检测并控制好原料乳及乳制品中矿物质元素的含量，是有效地保证其质量与安全的必要条件。

目前，矿物质元素的检测以火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子发射光谱法等为主。电感耦合等离子质谱(ICP-MS)因其高度的灵敏度、准确度、精密度被逐渐广泛的应用于茶、大米、鱼、酒等食品的矿物质元素的检测中，但其在原料乳及乳制品中的应用较少，范围也较窄。孙忠清等人用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定了人乳中钠、镁、磷、钾、钙、铝、铬、砷、硒、铁、锌、锰、铜、钼、钒、钴、镍、镓、镉、银、锶、铯、钡、铅24种矿物质，但样品处理后需经不同倍数稀释分别用来测定高、中、低含量的矿物质元素。国内外类似研究都局限在某一种物质中矿物质检测或某种物质中特定矿物质检测，没用乳制品通用检测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种高通量检测原料乳及乳制品中矿物质的方法，本发明的检测方法应用电感耦合等离子质谱。

为达到上述目的，具体采用如下的技术方案：

一种高通量检测原料乳及乳制品中矿物质元素的方法，包括如下步骤：

(1)标准溶液的配制：利用稀硝酸分别稀释K、Ca、Na、Mg元素标准液，Zn、Fe、Cu、Mn、Al元素标准液，V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb元素标准液，得到线性范围在1-100μg/mL的K、Ca、Na、Mg混标溶液、线性范围在0.05-1μg/mL的Zn、Fe、Cu、Mn、Al混标溶液、线性范围在0.2-50μg/L的V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb混标溶液；利用稀盐酸稀释Hg元素的标准液，得到线性范围在0.2-10μg/L的Hg单标溶液；

(2)待检测样品的配制：称取固体样品0.5000-1.0000g或液体样品1-2mL，加入4-5mL稀硝酸和3-5mL双氧水，静置1-3h，进行消解，消解完成后，冷却至室温，再在60-80℃的条件下赶酸，定容，得到待检测样品；

(3)检测样品：利用电感耦合等离子质谱仪，选取Sc、Y、In、Bi元素为内标，对需要测定的元素进行校正；测定标准品空白溶液、标准品溶液，绘制标准曲线；检测待检测样品，从所述标准曲线上计算得相应的浓度，计算元素的含量。

具体的，为减少对检测样品的污染，本发明所述的的稀硝酸为市售的优级纯浓度硝酸(一般质量分数为65％)。消化时用的硝酸为这个浓度的纯硝酸，但在标准液配制时，除Hg元素的配制需要用5％(体积分数)稀盐酸外，其余元素均使用0.2％(v/v)(市售硝酸)进行稀释。

更具体的，步骤(1)中标准溶液的配制方法为：

量取浓度为1000μg/mL的K、Ca、Na、Mg元素标准液0.5-1.5体积份，用0.2％的稀硝酸溶液作为稀释液，分别逐级稀释，制成K、Ca、Na、Mg混标溶液，线性范围在1-100μg/mL；

量取浓度为10μg/mL的Zn、Fe、Cu、Mn、Al元素的标准液0.5-1.5体积份，用0.2％的稀硝酸溶液作为稀释液，分别逐级稀释，制成Zn、Fe、Cu、Mn、Al混标溶液，线性范围在0.05-1μg/mL之间；

量取浓度为10μg/mL的V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb元素的标准液0.5-1.5体积份，用0.2％的稀硝酸溶液作为稀释液，分别逐级稀释，制成V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb混标溶液，线性范围在0.2-50μg/L之间；

量取浓度为10μg/mL的Hg元素的标准液0.5-1.5体积份，用5％(体积分数)稀盐酸溶液作为稀释液，逐级稀释，配制Hg单标，线性范围在0.2-10μg/L之间。

所述0.2％的稀硝酸是指由市售稀硝酸(一般质量分数为65％)配制的0.2％体积分数的稀硝酸。

为了更好的消解乳制品中的蛋白质、脂肪和糖等大分子物质，使消解过程更加完全，优选地，步骤(2)为称取固体样品0.5000g或液体样品1mL，加入4mL硝酸和3mL双氧水，静置1-3h，进行消解，消解完成后，冷却至室温，再在60-80℃的条件下赶酸，定容，得到待检测样品。

具体的，步骤(2)中的消解在微波消解仪中进行，具体步骤为在5-10分钟内升温至165-180℃，保持10-30分钟，继续在5-10分钟内升温至190-200℃，保持20-30分钟，最后在1-5分钟内降温至50-80℃，保持10-30分钟。

优选地，消解的具体步骤为：用5分钟升温至165℃，保持10分钟，继续用5分钟升温至190℃，保持20分钟，最后用1分钟降温至50℃，保持10分钟。

具体的，步骤(2)赶酸至1-2mL，在25mL容量瓶中定容。

步骤(3)按照本领域常规的操作手段进行。作为一种具体的实施方式，步骤(3)的操作步骤为：选取Sc、Y、In、Bi元素为内标，并根据NexION 350X电感耦合等离子质谱仪内置的ICP-MS要求选用校正方程对测定的元素进行校正；依次测定标准品空白溶液、各个浓度的标准品溶液，以多次(优选为3次)测量读数的平均值为纵坐标，浓度作为横坐标，绘制标准曲线；将仪器的样品管依次插入样品空白溶液、待检测样品溶液中，取多次(优选为3次)读数的平均值，从标准曲线上计算得相应的浓度，扣除相应的样品空白溶液的浓度，计算各元素的含量，即得。

在步骤(3)中的标准品空白溶液是指在绘制标准曲线过程中需要扣除的空白，具体有两种，除Hg元素以外的所有元素的标准品空白溶液均为稀释标准溶液时用的稀硝酸，而Hg的空白溶液则为稀释标准溶液时的稀盐酸。

样品空白溶液指的是用来扣除待检测样品时的空白，具体为按照步骤(2)的方法在不添加固体样品或液体样品的条件下，直接按比例添加硝酸和双氧水，进行消解，得到的样品空白溶液。

作为常用的检测原料，步骤(2)中所述固体样品选自婴幼儿配方奶粉；所述液体样品选自原料乳、加钙牛乳或酸牛乳中的一种。

作为本发明一种高通量检测原料乳及乳制品中矿物质元素的方法的最佳实施方式，具体包括如下步骤：

(1)标准溶液的配制：利用稀硝酸分别稀释K、Ca、Na、Mg元素标准液，Zn、Fe、Cu、Mn、Al元素标准液，V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb元素标准液，得到线性范围在1-100μg/mL的K、Ca、Na、Mg混标溶液、线性范围在0.05-1μg/mL的Zn、Fe、Cu、Mn、Al混标溶液、线性范围在0.2-50μg/L的V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb混标溶液；利用稀盐酸稀释Hg元素的标准液，得到线性范围在0.2-10μg/L的Hg单标溶液；

(2)称取固体样品0.5000g或液体样品1mL，加入4mL硝酸和3mL双氧水，静置1-3h，进行消解，消解在微波消解仪中进行，具体步骤为：用5分钟升温至165℃，保持10分钟，继续用5分钟升温至190℃，保持20分钟，最后用1分钟降温至50℃，保持10分钟，消解完成后，冷却至室温，再在60-80℃的条件下赶酸，定容，得到待检测样品；

(3)选取Sc、Y、In、Bi元素为内标，并根据NexION 350X电感耦合等离子质谱仪内置的ICP-MS要求选用校正方程对测定的元素进行校正；依次测定标准品空白溶液、各个浓度的标准品溶液，以3次测量读数的平均值为纵坐标，浓度作为横坐标，绘制标准曲线；将仪器的样品管依次插入样品空白溶液、待检测样品溶液中，取3次读数的平均值，从标准曲线上计算得相应的浓度，扣除相应的样品空白溶液的浓度，计算各元素的含量，即得。

本发明的检测方法采用微波消解和电感耦合等离子质谱相结合，极大的缩短了前处理时间，且操作简单，通过选取被测元素的质量数，Sc、Y、In、Bi作为检测内标，确定了最佳检测条件。同时采用检出限、标准物质检测、加标回收率、精密度等实验进行评价，证明方法重现性好、准确度高，检测速度快，可以达到一次进样，同时检测高含量和低含量元素，适用于原料乳及乳制品中矿物质元素的常规检测分析，可同时检测Na、Mg、Al、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Ba、Hg、Pb19种元素。

附图说明

图1为Na元素线性关系图；

图2为Mg元素线性关系图；

图3为Al元素线性关系图；

图4为K元素线性关系图；

图5为Ca元素线性关系图；

图6为V元素线性关系图；

图7为Cr元素线性关系图；

图8为Mn元素线性关系图；

图9为Fe元素线性关系图；

图10为Co元素线性关系图；

图11为Ni元素线性关系图；

图12为Cu元素线性关系图；

图13为Zn元素线性关系图；

图14为As元素线性关系图；

图15为Se元素线性关系图；

图16为Cd元素线性关系图；

图17为Ba元素线性关系图；

图18为Hg元素线性关系图；

图19为Pb元素线性关系图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实验所有的玻璃仪器、容器及聚四氟乙烯罐在使用前分用10％硝酸(V/V)浸泡至少24小时，再用超纯水彻底冲洗干净后使用。

实施例1

1、样品

新鲜原料乳；婴幼儿配方奶粉；酸牛乳；加钙牛乳。

2、试剂

优级纯硝酸：Meker公司；双氧水:天津市福晨化学试剂厂；奶粉成分分析标准物质GBW10017：国家标准物质研究中心；调谐溶液：美国Perkin Elmer公司；内标溶液：美国Perkins Elmer公司；标准溶液10mg/L(Ag、Al、As、Ba、Be、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mo、Na、Ni、Pb、Sb、Se、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn)：美国PerkinElmer公司；标准溶液1000mg/L(K、Ca、Na、Mg)：国家标准物质研究中心；标准溶液10mg/L(Hg)：国家标准物质研究中心。

3、仪器设备

Titan MPS微波消解仪：美国Perkins Elmer公司；电热赶酸装置：东方科创(北京)生物技术有限公司；NexION 350X电感耦合等离子质谱仪：美国Perkins Elmer公司；超纯水仪：美国Milipore公司。

4、仪器工作条件

通过混合调谐优化检测条件，结果如表1所述。

表1电感耦合等离子质谱的工作参数

5、测试步骤

5.1标准溶液的配制

量取浓度为1000μg/mL的K、Ca、Na、Mg元素标准液0.5-1.5体积份，用0.2％的稀硝酸(硝酸浓度为65％)溶液作为稀释液，分别逐级稀释，制成K、Ca、Na、Mg混标溶液，线性范围在1-100μg/mL。

量取浓度为10μg/mL的Zn、Fe、Cu、Mn、Al元素的标准液0.5-1.5体积份，用0.2％的稀硝酸(硝酸浓度为65％)溶液作为稀释液，分别逐级稀释，制成Zn、Fe、Cu、Mn、Al混标溶液，线性范围在0.05-1μg/mL之间。

量取浓度为10μg/mL的V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb元素的标准液0.5-1.5体积份，用0.2％的稀硝酸(硝酸浓度为65％)溶液作为稀释液，分别逐级稀释，制成V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb混标溶液，线性范围在0.2-50μg/L之间。

量取浓度为10μg/mL的Hg元素的标准液0.5-1.5体积份，用5％(体积分数)稀盐酸溶液作为稀释液，逐级稀释，配制Hg单标，线性范围在0.2-10μg/L之间。

5.2待检测样品的配制

固体样品(婴幼儿配方奶粉)称取0.5000g，液体样品(新鲜原料乳，酸牛乳，加钙牛乳)称取1mL于微波消化罐中，加入4mL硝酸和3mL双氧水，静置1h，放入微波消解仪中消解样品，消解完成后，冷却至室温，在电热板上赶酸(80-60℃)至1mL左右，转移到25mL容量瓶中，用超纯水定容，混匀待测。

消解的具体程序为：用5分钟升温至165℃，保持10分钟，继续用5分钟升温至190℃，保持20分钟，最后用1分钟降温至50℃，保持10分钟。

5.3标准品空白溶液

除Hg元素外，所有的空白溶液均为稀释标准溶液时用的稀硝酸，而Hg的空白溶液为稀释标准溶液时的稀盐酸溶液。

5.4样品空白溶液

按照5.2的方法在不添加固体样品或液体样品的条件下，直接按比例添加硝酸和双氧水，进行消解，得到样品空白溶液。

5.5检测样品

采用两路蠕动泵进样，一路依次是标准品空白溶液、标准品溶液、样品空白溶液、待检测样品溶液，一路是检测内标。电感耦合等离子质谱分析中选择Sc、Y、In、Bi作为内标，并根据NexION 350X电感耦合等离子质谱仪内置的ICP-MS要求选用适宜校正方程对测定的元素进行校正，以补偿仪器稳定性、信号漂移和基体效应。依次测定标准品空白溶液、各个浓度的标准品溶液，以多次(优选为3次)测量读数的平均值为纵坐标，浓度作为横坐标，绘制标准曲线(标准曲线如图1～图19所示)。

根据基质干扰小，丰度大的原则选择各元素的质量数，见表2。

表2各元素质量数及内标的选择

各元素工作曲线绘制结果表明(表2)，各元素线性相关系数为0.9994-1.0000，线性相关性良好。在各元素的检出限(见表2)中，对于高含量元素，检出限能达到10^-3μg/mL级，如Ca的检出限已达到0.0046μg/mL，罗阳等采用火焰原子吸收法检测乳制品中Cu、Zn、Ca、Mg、Fe、Mn等元素，Ca的检出限为0.04μg/mL。对于低含量元素，检出限能达到10^-3μg/L，如Cd的检出限为0.0063μg/L。刘华等采用电感耦合能离子发射光谱检测奶茶粉中常量、矿物质元素，其中，Pb的检出限为0.83μg/mL，而本文中的Pb检出限为0.017μg/L，由此可见，采用电感耦合等离子质谱可以提高元素的检测限。

将仪器的样品管插入样品空白溶液、待检测样品溶液(婴幼儿配方奶粉、新鲜原料乳、加钙牛乳、酸牛乳)中，测定，取3次读数的平均值，从标准曲线上计算得相应的浓度，扣除相应的空白溶液(样品空白)的浓度，计算各元素的含量，即得，测量结果见表3。

表3检测结果

其中，*表示μg/g或μg/mL，其余均为μg/kg或μg/L，ND为未检查。

结果表明，该方法可以广泛的应用于原料乳及乳制品的日常检测，可以同时检测19种矿物质元素，达到高效、便捷、准确的目的。

6、验证实验

6.1准确性验证：加标回收实验

本申请采用原料乳高、中、低三个梯度的加标试验，采用加标回收率评价实施例1方法的准确性。由表4发现所有元素的加标回收率为87.65％-113.56％之间，平均加标回收率为88.82％-111.99％，证明该方法准确可行。

表4加标回收实验

6.2准确性验证：标准物质验证

称取奶粉成分分析标准物质(国家标准物质中心)0.5000g，进行微波消解，并利用电感耦合能离子质谱同时检测19种矿物质元素，将测量值与标准值进行比较，见表5，从表中可以看出，测定值基本符合标准值，说明此方法准确性较好。

表5标准物质验证实验结果

6.2精密度试验

平行取原料乳样品6次，检测其中19种矿物质元素含量，计算检测结果的相对标准偏差(RSD)，结果见表6。结果表明相对标准偏差在2.37-8.98％之间，所有元素的RSD均小于10％，说明方法准确可行。

表6精密度实验结果

表6精密度试验结果(续表)

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤(2)中待测样品的配制过程不同，在本实施例中步骤(2)具体为：

称取固体样品(市售婴幼儿配方奶粉)0.5000g，加入5mL硝酸和4mL双氧水，静置1h，消解样品，消解完成后，冷却至室温，再在80℃的条件下赶酸至1mL，转移到容量瓶中定容，得到待检测样品。

利用本实施例的方法可以同时检测到19种矿物质元素，检测结果见表7。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于步骤(2)中待测样品的配制过程不同，在本实施例中步骤(2)具体为：

称取液体样品(原料乳)1mL，加入5mL硝酸和5mL双氧水，静置3h，消解样品，消解完成后，冷却至室温，再在80℃的条件下赶酸至1mL，转移到容量瓶中定容，得到待检测样品。

利用本实施例的方法可以同时检测到19种矿物质元素，检测结果见表7。

表7检测结果

其中，*表示μg/g或μg/mL，其余均为μg/kg或μg/L，ND为未检查。

对比例1

对比例1与实施例1的区别仅在于样品前处理不同，在对比例1中的样品前处理如下：称取奶粉成分分析标准物质0.5000g于微波消解罐中，固定加入6mL过氧化氢，分别加入2mL、3mL硝酸，按实施例1的程序进行消解，消解后用超纯水定容于25mL容量瓶中，采用电感耦合等离子质谱同时检测多种矿物质元素，将测量值与奶粉成分分析标准物质中各元素的标准值进行对比，结果如下：

其中^#表示不在标准物质的规定范围内。

对比例2：

对比例2与实施例1的区别仅在于样品前处理不同，在对比例2中的样品前处理如下：称取奶粉成分分析标准物质0.5000g于微波消解罐中，固定加入硝酸4mL，分别加入1mL、2mL过氧化氢，按实施例1的程序进行消解，消解后用超纯水定容于25mL容量瓶中，采用电感耦合等离子质谱同时检测多种矿物质元素，将测量值与奶粉成分分析标准物质中各元素的标准值进行对比，结果如下：

其中^#表示不在标准物质的规定范围内。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种高通量检测原料乳及乳制品中矿物质元素的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)标准溶液的配制：利用稀硝酸分别稀释K、Ca、Na、Mg元素标准液，Zn、Fe、Cu、Mn、Al元素标准液，V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb元素标准液，得到线性范围在1-100μg/mL的K、Ca、Na、Mg混标溶液、线性范围在0.05-1μg/mL的Zn、Fe、Cu、Mn、Al混标溶液、线性范围在0.2-50μg/L的V、Cr、Co、Ni、As、Se、Cd、Ba、Pb混标溶液；利用稀盐酸稀释Hg元素的标准液，得到线性范围在0.2-10μg/L的Hg单标溶液；

(2)待检测样品的配制：称取固体样品0.5000-1.0000g或液体样品1-2mL，加入4-5mL稀硝酸和3-5mL双氧水，静置1-3h，进行消解，消解完成后，冷却至室温，再在60-80℃的条件下赶酸，定容，得到待检测样品；

(3)检测样品：利用电感耦合等离子质谱仪，选取Sc、Y、In、Bi元素为内标，对需要测定的元素进行校正；测定标准品空白溶液、标准品溶液，绘制标准曲线；检测样品空白溶液和待检测样品溶液，从所述标准曲线上计算得相应的浓度，扣除样品空白溶液的浓度，计算元素的含量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)称取固体样品0.5000g或液体样品1mL，加入4mL硝酸和3mL双氧水，静置1-3h，进行消解，消解完成后，冷却至室温，再在60-80℃的条件下赶酸，定容，得到待检测样品。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)中的消解在微波消解仪中进行，具体步骤为在5-10分钟内升温至165-180℃，保持10-30分钟，继续在5-10分钟内升温至190-200℃，保持20-30分钟，最后在1-5分钟内降温至50-80℃，保持10-30分钟。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)消解的具备步骤为用5分钟升温至165℃，保持10分钟，继续用5分钟升温至190℃，保持20分钟，最后用1分钟降温至50℃，保持10分钟。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)具体操作步骤为：选取Sc、Y、In、Bi元素为内标，并根据NexION 350X电感耦合等离子质谱仪内置的ICP-MS要求选用校正方程对测定的元素进行校正；依次测定标准品空白溶液、各个浓度的标准品溶液，以多次测量读数的平均值为纵坐标，浓度作为横坐标，绘制标准曲线；将仪器的样品管依次插入样品空白溶液、待检测样品溶液中，取多次读数的平均值，从标准曲线上计算得相应的浓度，扣除相应的样品空白溶液的浓度，计算各元素的含量，即得。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述固体样品选自婴幼儿配方奶粉；所述液体样品选自原料乳、加钙牛乳或酸牛乳中的一种。