基于AFS和ICP-MS测定婴幼儿配方乳粉中硒含量的关键技术探讨

硒是人体必需的15种营养素之一，硒缺乏是发生克山病和大骨节病的重要原因。婴幼儿吸收一定量的硒能提高免疫力、促进生长发育，但硒过量摄入也可引起中毒。2016年美国FDA发布终期条例，将硒列为婴儿配方乳粉必需营养素，且规定了蕞低及蕞高限量值，同时要求在乳粉标签中也须标明硒含量。我国强制性食品安全国家标准GB10765、GB10766及GB10767，对于硒的限量也有明确的规定。

目前，国内外食品领域测定硒的方法主要有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子发射光谱法以及电感耦合等离子体质谱法等。其中原子荧光光谱法和（AFS）电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）为乳粉中硒测定较主流的方法，但由于检测原理不同和样品基质效应，两种方法的检测结果往往会出现较大差异。本试验以微波消解对样品进行前处理，分别使用原子荧光光谱外标法和电感耦合等离子体质谱法的高灵敏度模式、高基体模式及标准加入法对婴幼儿配方乳粉中的硒进行测定，对结果进行分析比较，同时，对方法原理及定量检测条件差异进行探讨。

1.材料与设备

微波消解仪；原子荧光光谱仪（上海美析仪器有限公司）；电感耦合等离子体质谱仪（上海美析仪器有限公司）；控温电炉；酸纯化系统；超纯水机。

硒单元素标准溶液（GSB04-1751-2004，国家有色金属及电子材料分析测试中心），锗元素标准溶液（GSB04-1728-2004，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；硝酸（优级纯）；盐酸（优级纯）；硼氢化钾（分析纯）；氢氧化钾（分析纯）；超纯水（电阻率≥18.2MΩ·cm）；液氩；氦气（≥99.995%）；婴配乳粉样品质控样品（乳制品生产企业提供）。

2.方法

2.1原子荧光光谱测定技术

2.1.1样品前处理为提高样本结果的代表性，使用微波消解仪进行样品消解，通过只控制单一消解管的温度和压力以确保每个试样有相同的消解情况。样品经混匀后，称取0.5g（精确至0.0001g）于微波消解管中，加入5mL经过纯化的硝酸，加盖放入微波消解仪，静置2h，按照预设微波升温程序逐个进行消解，微波升温程序见表1。待消解完成后，取出消解管置于电热炉上180℃将酸液蒸发至近干，加入2mL浓盐酸，继续加热将酸液蒸发至0.5mL左右，取下冷却，转移至10mL容量瓶中，用水洗涤消解管2~3次，合并洗液并定容。同时做空白试验。

2.1.2仪器测试条件载流：5%盐酸；还原剂：20g/L硼氢化钾（用5g/L氢氧化钾溶液定容）。标准溶液梯度浓度：4.0、8.0、12.0、16.0、20.0μg/L。定量方法：标准曲线法。原子荧光光谱仪参数如表2所示。

2.2电感耦合等离子体测定技术（ICP-MS）

2.2.1样品前处理用微波消解仪对样品进行消解。样品经混匀后，称取0.5g（精确至0.0001g）于微波消解管中，加入5mL经过纯化的硝酸，加盖放入微波消解仪，静置2h，按照预设微波升温程序进行消解，微波升温程序见表1。待消解完成后，取出消解管置于电热炉上180℃将酸液蒸发至1.0mL左右，取下冷却，转移至25mL容量瓶中，用水洗涤消解管2~3次，合并洗液并定容。同时做空白试验。

2.2.2仪器测试条件硒检测质量数：78，在线内标：锗（质量数72），进样模式：高灵敏度模式、高基体模式。定量方法：标准曲线法（高灵敏度模式）；标准曲线法（高基体模式HMI）；标准加入法（高灵敏度模式）。电感耦合等离子体质谱仪参数如表3所示，并用1μg/L调谐液调谐仪器参数至最佳状态。

3.结果与讨论

3.1结果

试验以某乳制品生产企业提供的婴配乳粉质控样品为基质，其质控含量中位值为0.185mg/kg，分别采用原子荧光光谱和电感耦合等离子体质谱进行测定，计算检测结果和标准偏差，结果如表4。

3.2讨论

3.2.1检测结果的比较将试验结果进行统计分析，以相对误差来评价检测结果与质控样品中位值的差异。表5结果表明，4种不同测定方式的检测结果差异较大，原子荧光光谱标准曲线法和ICP-MS标准加入法定量结果与质控样品中位值比较接近，原子荧光光谱法测定结果比中位值稍低，ICP-MS标准加入法测定结果比中位值稍高。而ICP-MS采用标准曲线法定量时，使用高灵敏度模式和高基体模式的测定结果均与质控中位值相差较大，且均呈现偏高的态势，高灵敏度模式比高基体模式的正偏差更大。

3.2.2不同测定技术的探讨婴幼儿配方乳粉食品基质较复杂，基体中的蛋白质和油脂含量均较高，且由于在生产过程中会添加多种矿物质元素，使基质本身的盐含量较高，基体中的有机物和元素间的多原子离子影响都会对检测过程造成较大干扰；同时，硒在乳粉中的强化添加量较低，也使基体对其检测干扰更为显著；另外，原子荧光光谱和电感耦合等离子体质谱的检测技术原理不同，也会使同一基质的检测结果有较大差异。

（1）原子荧光光谱测定技术：原子荧光光谱的原理是先将试样溶液中的六价硒还原为四价硒，通过盐酸作为载流，以硼氢化钾作还原剂，将四价硒还原成硒化氢，由氩气带入原子化器中进行原子化，在硒空心阴极灯照射下，产生特征波长的荧光。这种检测原理的优势在于其对不同基质的适应性比较强，特别是在测定复杂基质样品时，基质中的硒形成氢化物气体被载气输送至检测器，其他不参与氢化反应基质成分随废液排出，很大程度降低了基体对硒检测的影响，使其检测结果更接近质控特性值。在检测过程中，六价硒还原成四价硒的转化率是影响检测结果准确性的关键。由于六价硒不能形成氢化物，如基质中六价硒没有充分的转化成四价硒，会造成结果偏低。实验对还原过程的关键试剂硼氢化钾浓度进行了研究，分别考察15、20、25、30g/L硼氢化钾对测定结果的影响。由附图结果可见，当硼氢化钾浓度偏低时，硒形态转化不完全，使结果偏低，随着硼氢化钾浓度的提高，硒化氢的转化率增大，测定结果也随之增高；随着浓度的进一步升高，硒的氢化程度趋于饱和，检测结果的上升态势也随之减缓。考虑结果的准确性和试剂的消耗性，本实验使用20g/L硼氢化钾作为还原剂。

（2）电感耦合等离子体质谱测定技术：电感耦合等离子体质谱的原理是将样品雾化成气溶胶，以氩气为载气通过电感耦合等离子体电离后，以元素特定质量数（质荷比，m/z）定性，检测待测元素质谱信号强度进行定量。此技术可以在一次分析中对多种元素进行定性定量分析，但其受进样模式、检测参数设置和样品基质多原子离子等因素的影响，需在检测时选取合适的进样模式和定量方式使结果更加准确。在确定进样模式和定量方式前，需对硒的检测质量数进行确定。硒的最大丰度比质量数为80Se（天然丰度比为49.8%），由于ICP-MS是采用氩气作为等离子气，质量数80Se会受到40Ar2+的严重干扰，使本底值非常大［17］，所以需选取其他质量数进行检测。其他同位素有77Se（丰度比7.6%）、78Se（丰度比23.7%）、82Se（丰度比9.2%），但这几个同位素也受到40Ar37Cl、40Ca37Cl、39K38Ar、42Ca40Ar、81BH等多原子离子干扰，综合比较检测灵敏度、质谱干扰和响应值等因素的影响，选用78Se作为检测质量数。

①高灵敏度模式：在选用丰度比较小的同位素作为检测时，选择高灵敏度模式可以提高待测元素的灵敏度，使结果更加稳定，所以实验首先采用高灵敏度进样模式。在此模式下，仪器通过增加一路载气的方式提升样品本身的雾化效率，即让更多样品形成气溶胶以达到提高灵敏度的目的。表5结果表明，这一组数据结果比质控特性值偏高约25%。对此现象进行分析，婴幼儿配方乳粉本身有机物含量较高，尽管在消解过程中会消耗掉大部分有机物，但有一部分碳链会留在样品溶液中，而碳的残留会使仪器有碳增益效应，在使用高灵敏度进样时，由于样品雾化效率的提升，导致基质效应的放大，使得碳基增益的干扰也同步放大；该模式虽增加了目标元素的灵敏度，但也增加了基体的增益效应，不能消除高基体样品的基质影响。

②高基体模式：在高灵敏度模式未解决基体效应的情况下，更换为高基体模式进行分析。高基体模式（HMI）是仪器在待测样品溶液雾化后增加一路稀释气，将已经雾化完成的待测样品气溶胶进行稀释，从而降低样品的基质效应。表5结果表明，检测结果较质控特性值的增大情况有所降低，但结果仍比质控特性值高，同时检测结果的RSD较大。对此现象进行分析，由于测定时选用了硒的次丰度比质量数，其本身的响应值较小，而在高基体模式稀释进样下，随降低了一部分的基体干扰，但硒的灵敏度也进一步下降，使检测结果波动较大。此种模式不能完荃去除基质效应，且会影响检测的稳定性和重复性。

③标准加入法：高灵敏度模式和高基体模式均未能解决婴配乳粉中硒的基体干扰效应，遂采用消除基体干扰较好的传统方式-标准加入法。考虑到检测结果的稳定性，采用与标准曲线法中高灵敏度模式相同的仪器条件进行实验。此方法为平行称取多份同一乳粉样品溶液，用乳粉样品溶液配制硒标准系列溶液，后绘制标准加入法标准曲线。表5结果表明，检测结果与质控特性值的偏差范围控制在5%以内。对此现象进行分析，标准加入法通过使用样品溶液为基质来配制标准曲线的方法，形成了基体匹配，大大降低了基质效应，在保证灵敏度的前提下，得到更准确稳定的检测结果。

3.2.3不同检测技术的分析比较采用原子荧光光谱技术检测婴幼儿配方乳粉中的硒含量，其对基体的抗干扰能力更强，检测结果与质控特性值的吻合度较好，此方法检测效率较高，且成本相对较低；电感耦合等离子体质谱技术适用于多元素同时检测，但受复杂基体的干扰较大，当用此方法检测婴幼儿配方乳粉中的硒含量时，通过调整仪器参数和检测模式均无法达到良好的基体干扰去除的效果，需要采用基体匹配的方法以获得更准确的检测结果。

4.结论

实验采用原子荧光光谱技术和电感耦合等离子体质谱技术对婴幼儿配方乳粉中硒含量进行检测，对检测结果、检测原理、仪器条件和分析模式等进行了比较和探讨。实验表明，原子荧光光谱检测技术测定硒时对复杂基体样品的适应性更强，检测结果较可靠，电感耦合等离子体质谱检测技术测定硒时，高灵敏度模式和高基体模式均不能解决婴幼儿配方乳粉高基体干扰的情况，使用基体匹配的标准加入法可显著消除基体干扰，获得较可靠的检测结果。

文章来源：[1]严睿,李清清.基于AFS和ICP-MS测定婴幼儿配方乳粉中硒含量的关键技术探讨[J/OL].中国食物与营养,1-5[2024-07-29].https://doi.org/10.19870/j.cnki.11-3716/ts.20240711.001.