盐酸浸提-ICP-MS法测定小麦和大米中的10种营养元素

聂西度 符 靓

盐酸浸提-ICP-MS法测定小麦和大米中的10种营养元素

聂西度1符 靓2

（湖南工学院材料与化学工程系1，衡阳 421002）
（长江师范学院化学化工学院2，涪陵 408100）

研究了盐酸浸提小麦和大米，应用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术测定提取液中的B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn等10种营养元素。研究了不同浸提条件对各待测元素浸提率的影响，应用动态反应池（DRC）技术消除了样品溶液中氯化物基质、氩气、水所形成的多原子离子质谱干扰，选用由Li、Sc和Y标准溶液组成的混合内标溶液消除了基体效应。结果表明，采用盐酸浸提法各元素的检出限为2.7～30.8 ng／g之间，相对标准偏差（RSD）为1.7%～6.2%，选用国家一级标准物质小麦（GBW10011）和大米（GBW10045）验证了方法的准确度和精密度。该方法操作简单、结果准确，能满足小麦和大米中10种营养元素的分析要求。

盐酸浸提 电感耦合等离子体质谱法 小麦 大米 营养元素

小麦和大米均为世界上最重要的粮食作物，小麦是我国北方人民的主食，大米则是我国南方人民的主食，二者都是补充人体营养素的基础食物，对人们的身体健康起着重要作用。现代科学研究表明，食物中所含营养元素是人体营养元素的主要来源，不同营养元素在人体的生命活动中发挥的作用不同，所表现的生物学效应也存在较大差异［1］。微量营养素缺乏导致身体和心理的异常发育以及慢性疾病发生，通常与主要粮食作物中微量营养元素浓度较低有关［2］，因此，准确分析小麦和大米两大主要粮食作物中营养元素的含量具有重要意义。

目前，有关小麦中无机元素的测定已有大量文献报道，主要有中子活化分析（NAA）法［3］、X 荧光光谱（XRF）法［4］、原子吸收（AAS）法［5］、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法［6］、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法［7］等分析方法。样品的前处理主要有干法灰化［3］、常规湿法消解［8］、微波消解［9］、溶剂萃取［10］等方法，其中，灰化法和常规湿法消解存在污染环境、易引起样品损失和沾污、消化时间长等缺点而应用较少；微波消解法是目前最常用方法，具有

快速简单、消解完全彻底、无样品损失等特点，但需要专用的微波消解设备；溶剂萃取法具有简单实用、污染小、无需专用设备等特点而广泛应用于有机分析中，但由于其萃取效果受样品和萃取物的影响较大，有一定局限性，因此在无机元素分析中应用较少。本试验采用盐酸浸提小麦和大米，应用ICPMS 法测定了其中的B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn等10种营养元素，旨在为小麦和大米两大粮食作物中营养元素的快速简便分析提供一种实用方法。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn 标准溶液：（1 000 mg／L），Li、Sc、Y 内标溶液（1.0 μg／mL）：国家标准物质中心；Mg、Cu、Rh、Cd、In、Ba、Ce、Pb、U 质谱调谐液：10 μg／L，美国PerkinElmer公司；盐酸：MOS级，北京化学试剂研究所；高纯氨气（99.999%）：武汉纽瑞德特种气体有限公司；超纯水：Milli-Q超纯水机制备。

1.2 仪器和设备

SCIEX ELAN DRCe电感耦合等离子体质谱仪：美国PerkinElmer公司；Milli-Q超纯水机：美国Millipore公司；舒美KQ5200DB台式数控超声波清洗器：江苏省昆山市超声仪器有限公司。

1.3 质谱工作参数

采用质谱调谐液调谐优化后的质谱工作参数为：射频功率1 300 W，冷却气流速15.0 L／min，载气流速0.85 L／min，辅助气流速1.10 L／min，溶液提升量0.85 mL／min，进样锥Pt（1.1 mm），截取锥Pt（0.9 mm），同位素选择10B、23Na、24Mg、31P、39K、44Ca、55Mn、57Fe、63Cu、66Zn。

1.4 超声波清洗器工作参数

超声功率160 W，提取温度60℃，提取时间60 min。

1.5 试验方法

称取约0.5 g粉状样品于50 mL高密度聚乙烯塑料瓶中，加入15%盐酸10 mL，超声萃取60 min，静置12 h后经0.45μm水系滤膜过滤，用1%的盐酸洗涤残渣，合并滤液于100 mL容量瓶中用超纯水定容待测，同时做试剂空白试验。

2 结果与讨论

2.1 盐酸浸提条件的选择

2.1.1 盐酸浓度

选用国家一级标准物质小麦（GBW10011）和大米（GBW10045），分别采用1、5、10、15、20 mg／100 mL的盐酸浸提2种样品，考察盐酸浓度对2个样品中各待测元素浸提率的影响。图1结果显示，随着盐酸浓度的增大，元素的浸提率也逐渐增大，当盐酸体积分数为10%时，所有元素的浸提率均处于较高水平，随后变化不大。最终确定盐酸浸提体积分数为15%。

图1 不同浓度盐酸对元素浸提率的影响

2.1.2 浸提方式

选用国家标准物质小麦和大米，分别采用静置、振荡、超声3种方法浸提2种样品60 min。图2结果显示，在60 min内静置和振荡的浸提率相当，但多数元素的浸提率低于超声浸提，最终选择超声浸提方式。

图2 不同浸提方式对元素浸提率的影响

2.1.3 浸提时间

采用超声浸提方法分别浸提国家标准物质小麦和大米30、60、90 min，考察浸提时间对各元素浸提率的影响。从图3可以看出，2个样品在浸提时间60 min后10个元素浸提率的变化不大，表明样品中各元素浸提已基本完全。最终选择超声浸提时间60 min。

图3 浸提时间对元素浸提率的影响

2.2 干扰及校正

本试验过程中主要干扰来源于氯化物基质、Ar2、N、H、O所形成的质谱干扰和基体效应。质谱干扰选用动态反应池（DRC）技术消除，主要质谱干扰元素以及DRC工作参数见表1。基体效应通过加入1.0 μg／mL 的Li、Sc、Y 内标混合溶液进行消除。

表1 动态反应池的工作参数

2.3 工作曲线和检出限

分别配制0.0、500.0、1 000.0、2 000.0、4 000.0 μg／g的Mg、P、K、Ca系列标准工作溶液和0.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg／g 的B、Na、Mn、Fe、Cu、Zn 系列标准工作溶液，采用本法测定，得各元素的标准工作曲线。取样品空白溶液进行11次测定，以3倍标准偏差计算各元素的检出限。结果见表2，所有工作曲线方程的线性关系良好，各元素的检出限在2.7～30.8 ng／g之间，检出限低。

表2 工作曲线相关参数及检出限

2.4 标准物质的分析

为考察方法的准确性和精密度，在选定的浸提和质谱工作条件下，采用本法测定了国家标准物质小麦（GBW10011）和大米（GBW10045），每个样品重复测定6次，结果见表3。所有测定值与标准物质所提供的参考值一致，相对标准偏差（RSD）为1.7%～6.2%，方法准确性和精密度良好。

表3 国家标准物质小麦和大米的分析结果

2.5 对比分析

采用本方法测定从大型超市购买的小麦粉和大米样品，每个样品重复测定6次，并采用GB／T 5009.91—2003《食品中钾、钠的测定》、GB／T 14609—2008《谷物及其制品中铜、铁、锰、锌、钙、镁的测定》和GB／T 21918—2008《食品中硼酸的测定》等方法进行对比分析，按GB／T 27407—2010《实验室质量控制》进行评价，表4结果表明，本方法与国家标准分析结果基本一致，说明本方法可靠。

表4 对比分析结果

3 结论

本研究建立了盐酸浸提-ICP-MS法测定小麦和大米中B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn 等10 种营养元素的分析方法。通过优化浸提条件获得了元素的最佳浸提效果，选择DRC技术和内标法消除了质谱干扰和基体效应，采用国家标准物质验证了方法的准确性和精密度，通过与国标法进行对照分析证明的方法的可靠性。方法的前处理过程中无需使用专用的设备和复杂的操作即可实用两大主要粮食作物中10种营养元素的准确分析，具有操作简单、实用性强、准确度高等特点。

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Determination of 10 Nutrient Elements in Wheat and Rice by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry with Hydrochloric Acid Extraction

Nie Xidu1Fu Liang2
（Department of Material and Chemical Engineering，Hunan Institute of Technology1，Hengyang 421002）
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Yangtze Normal University2，Fuling 408100）

A method is proposed in this paper for the determination of 10 kinds of nutrient elements B，Na，Mg，P，K，Ca，Mn，Fe，Cu and Zn in wheat and rice by inductively coupled plasma spectrometry（ICP-MS）with

hydrochloric acid extraction.The effect of different extraction conditions on extraction efficiency of elements to be measured is investigated in detail.Dynamic reaction cell（DRC）is used to eliminate the polyatomic ion interferences of mass spectrometry caused by the chloride substrate，Ar2and H2O.Li，Sc and Y as internal standard elements are used to correct matrix effect.The results show that the detection limit of all elements by hydrochloric acid extraction is in the range of 2.7～30.8 ng／g，and the relative standard deviation （RSD）is 1.7%～6.2%.The accuracy and precision of this method are confirmed by national primary standard materials wheat（GBW10011）and rice（GBW 10045）.The method is simple and precise，which could conform to requirements for the determination of 10 kinds of nutrient elements in wheat and rice.

Hydrochloric acid extraction，Inductively coupled plasma mass spectrometry，Wheat，Rice，Nutrient elements

O657.63

A

1003-0174（2016）09-0146-05

国家自然科学基金（21271187），湖南省教育厅重点科研项目（14A035），湖南省重点学科建设项目（湘教发［2011］76 号）

；2015-01-13

聂西度，男，1964年出生，教授，质谱分析方法研究与应用

符靓，女，1987年出生，博士，质谱分析化学