使用Agilent 7800 ICP-MS对强化食品进行常规分析

前言：每年，强化食品的销售额达数十亿美元。婴儿配方食品市场不断增长，在亚太地区尤其如此[1]。利润丰厚的餐饮业中，一些相关产品（如代餐饮料）仍然很受欢迎[2]。为保护消费者权益，必须在必需营养成分含量以及有害物质含量方面对强化食品进行监管。有关婴儿配方食品的法规包括中国 GB 10765、美国 21 CFR 107 和欧盟委员会指令 2016/127/EC[3–5]。通常，这些法规中规定了矿物质（包括 Na、K、 Cu、Mg、Fe、Zn、Mn、Ca、P、I、Cl、Se）的低和高含量。中国的食品国家标准规定婴儿配方食品中铅的高含量为 0.15 mg/kg[3]。根据食品类型的不同，生产商必须遵守相应法规中对可能有害的微量元素（包括 As、Cd、Hg、Pb、Ni、 Sn、Cr）高浓度的规定[6–8]。

由于污染物元素可能仅以低浓度存在于食品样品中，因此该应用需要能够获得低检测限的分析技术。ICP-MS 是一种快速的多元素分析技术，具有测定强化食品中营养成分和污染物元素所需的灵敏度和动态范围。随着其可用性和稳定性的不断提升，ICP-MS 越来越多地用于食品的高通量常规分析。为确保获得准确的结果，Agilent 7800 ICP-MS 使用单氦气碰撞池模式来控制常见的多原子干扰。该仪器还具有涵盖 10 个数量级的线性动态范围，可简化方法设置，因为能够在单次运行中同时测量常量和痕量分析物，意味着可减少由超范围结果引起的重新运行次数。对于总溶解固体 (TDS) 含量在 0.5%–3% 之间的样品，7800 ICP-MS 采用了安捷伦的高基质进样 (HMI) 技术，该技术使用气溶胶稀释来处理高基质样品。强化食品中的多元素测定方法可由标准方法修改得到[9–11]。本研究介绍了使用 Agilent 7800 ICP-MS 和 SPS 4 自动进样器对微波消解的强化食品样品中常量元素和微量元素的分析。通过测定婴儿/成人营养配方食品标准参比物质 (SRM) 来评估数据的质量。

实验部分：样品和试剂所有样品均为购自美国和中国超市的商品，其中包括购自美国西部的两种代餐饮料和三种婴儿配方食品，以及购自中国北方的四种婴儿配方食品。利用乳制品类 SRM NIST 1849a 婴儿/ 成人营养配方食品 I 对分析方法进行验证。用硝酸 (≥ 65%, Sigma-Aldrich) 进行微波消解和标准品/样品前处理。使用 18.2 MΩ·cm (Millipore, Bedford, MA, USA) 去离子水 (DIW) 进行所有稀释。标样使用 5% (v/v) 硝酸溶液或 DIW 稀释多元素标准品，制得含 28 种元素的校准标样。使用安捷伦标准品，其中包括多元素校准标样-2A（部件号：8500-6940）、多元素校准标样-3（部件号：8500-6948）、环境校准标样（部件号：5183-4688）、多元素校准标样-4B（部件号：8500-6942）和单元素校准标样-磷（部件号：5190-8428）。用 DIW 稀释购自中国有色金属研究总院的碘 (I) 标准溶液（GSB 04-2834-2011，1000 ppm 水溶液）[12]。每组校准标样单独配制。使用 5% (v/v) 硝酸溶液由安捷伦混合内标（部件号： 5188-6525）制得含 Sc、Ge、Rh、In、Tb、Bi 的内标 (ISTD) 溶液。

样品前处理使用表 1 所述的微波消解 (CEM, Mars 6) 程序，在 5 mL HNO3 中对约 0.2 g 的各种样品和 NIST 1849a SRM 进行消解。然后用 DIW 将*消解的样品稀释至 50 mL。所有样品和 NIST SRM 均重复配制三份。

仪器使用标准： Agilent 7800 ICP-MS 进行分析，该仪器包括第四代 ORS4 反应池系统，使用氦气碰撞模式（He 模式）有效控制多原子干扰。ORS4 使用 He 控制多原子干扰，以减少所有常见基质型多原子干扰物质的传输。使用动能歧视 (KED) 将较小较快的分析物离子与较大较慢的干扰离子分离。除 Se 以外的所有元素均在 He 模式下进行测量，所用流速为 5 mL/min。在高能氦气 (HEHe) 模式下，使用 10 mL/min 的反应池气体流速测量 Se。7800 ICP-MS 配备标准样品引入系统，该系统由 Micromist 玻璃同心雾化器、石英雾化室、带 2.5 mm 内径中心管的石英炬管以及镍接口锥组成。本研究中所使用的样品前处理方法得到 TDS 含量低于 0.5% 的终溶液，因此可以在 7800 ICP-MS 上直接测量这些样品。对于含更高浓度溶解态固体的样品，HMI 系统通常允许测量高含 3% TDS 的样品。使用 ICP-MS MassHunter 软件内的自动调谐功能对 ICP-MS 进行优化。利用 Agilent SPS 4 自动进样器作为样品引入系统。所用仪器运行条件如表 2 所示。

ISTD 回收率测试在六小时的整个 ISTD 回收率测试中，分析了 140 份溶液。如图 2 所示，所有六种内标的所有 ISTD 回收率测量结果均处于 ±20% 限值范围内（如红色虚线所示）。结果表明 7800 ICP-MS 具有优异的稳定性和基质耐受性。分析序列中不存在显著的信号漂移，且低质量数和高质量数 ISTD 元素的信号不存在发散。回收率测试表明等离子体能够有效分解各不相同的样品基质。另外，分析序列中未出现大量基质沉积在接口上的现象。

结论：利用 Agilent 7800 ICP-MS 对通过微波消解制得的九种强化食品样品中的 28 种元素进行分析。使用仪器的标准化氦气碰撞模式和自动调谐功能，可简化方法开发。7800 系统的高灵敏度和高达 10 个数量级的分析动态范围使常量矿物元素（如 Na、K、Ca、Mg）和痕量元素（包括 Cr、As、Cd、Pb、 Hg）能够在同一次分析运行中得到测定。通过分析营养配方食品 SRM 中的 13 种营养元素，并对三种婴儿配方食品样品中的 7 种污染物元素进行加标回收率测试，对该方法的准确度进行评估。在所有情况下均获得了优异的回收率。7800 ICP-MS 在六小时运行过程中表现出优异的稳定性，并超出了中国标准方法中规定的检测限要求。 7800 ICP-MS 方法适用于对食品中的痕量元素和高浓度矿物元素进行常规的多元素筛查，确保实现对营养元素以及污染物的质量控制。