电感耦合等离子体发射光谱法测定奶牛饲料中多种微量元素的含量

宁月莲，张 丽，刘丽君，李翠枝，胡文慧*，赵 静

（内蒙古伊利实业集团股份有限公司，内蒙古 呼和浩特 010110）

微量元素是动物机体的重要结构和功能成分[1]，其含量虽然较低，但在动物生长发育、新陈代谢、疾病预防[2-4]和改善饲料利用率方面起到非常重要的作用。有些微量元素本身就是结构成分，如铁是血红蛋白和肌红蛋白的组成成分[5]。大多数微量元素是体内重要酶的辅基或结构成分[6]，参与催化体内多种新陈代谢过程，缺乏这些微量元素会导致正常的新陈代谢受到影响[7-8]，进而导致动物的疾病和死亡[9]。铬（Cr）是动物生长过程中的必需元素，但摄入过量会对组织器官产生毒性。Cr在动物体内以Cr3+和Cr6+形式存在，Cr3+可协助胰岛素发挥作用，为糖和胆固醇代谢所必需，但Cr6+对动物有毒害作用，可沉淀核酸、核蛋白，干扰酶系统等[10-11]。富铝饲料中的铝抑制骨骼钙化，可能是由于形成了磷酸铝，降低了日粮中有效磷的利用率[12]。摄入过量铝不一定造成骨铝蓄积，但可出现骨病及其他铝危害[13]。磷在动物的生长过程中具有十分重要的作用[14]，它是遗传物质核酸的重要组分，也是能量传递关键物质三磷酸腺苷的重要成分，磷还是多种酶及生物膜磷脂的组分，是构成骨骼和牙齿的重要成分。铜[15]、铁、锰、锌[16-18]等微量元素摄入不足或过量均会对畜禽健康及生产性能造成影响，进而影响人体健康[19]，因此对各种奶牛预混合饲料和粗饲料中微量元素的含量进行准确测定和分析尤为重要。

随着科技的进步，越来越多的科研工作者采用电感耦合等离子体发射光谱（inductively coupled plasma emission spectrometry，ICP-OES）法[20]进行多种元素的同时检测，其具有检出限低、准确度高、分析速度快等优点[21-23]，并在食品领域里广泛应用。现在关于奶牛预混合饲料和粗饲料中元素的检测研究很少，现有GB/T 13885—2017《饲料中钙、铜、铁、镁、锰、钾、钠和锌含量的测定 原子吸收光谱法》[24]中只采用原子吸收光谱法对饲料中的微量元素进行测定，而未采用ICP-OES法，且分析的元素种类较少。本研究拟采用ICP-OES对奶牛预混合饲料和粗饲料中的12 种微量元素进行分析，除了对奶牛预混合饲料和粗饲料中常见的钾（K）、钙（Ca）、钠（Na）、镁（Mg）、铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、锰（Mn）几种元素进行分析，还对奶牛预混合饲料和粗饲料中不常见的锶（Sr）、磷（P）、铝（Al）、铬（Cr）4 种元素进行分析，增加了方法应用的实用性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

奶牛预混合饲料和粗饲料均来源于某饲料公司。

K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、P、Sr、Al、Cr标准储备液（1 000 mg/L） 美国O2si公司；硝酸（纯度67%～70%，痕量级） 加拿大CNW公司；实验用水为超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm）。

1.2 仪器与设备

6300 ICP-OES仪 美国热电公司；MARS 6微波消解仪 美国CEM公司；AL-204电子天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；BHW-09A24S赶酸仪 上海博通化学科技有限公司；Milli-Q超纯水系统 美国密理博公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

准确称取0.200 0 g样品，放入微波消解罐内，加入10 mL硝酸，放置15～20 min后放入消解仪内，微波消解仪消解程序见表1。消解结束后冷却至室温，打开消解罐，用超纯水转移至50 mL容量瓶中，定容，混匀待测，同时做试剂空白，即在不加试样的情况下，按同样的仪器条件和分析方法对所用试剂进行分析。

表 1 微波消解仪消解程序Table 1 Microwave digestion procedure

1.3.2 仪器工作条件

射频功率1 150 W，雾化器流速0.65 L/min，辅助气流速0.5 L/min，蠕动泵转速50 r/min。

1.3.3 混合标准工作液配制

将K、Na、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、P、Sr、Al、Cr单元素标准储备液配制成混合标准溶液中间液，逐级稀释得到各元素组成及质量浓度不同的混合标准工作液。各混合标准工作液元素组成及各元素系列质量浓度如表2所示。

表 2 混合标准工作液元素组成及各元素质量浓度Table 2 Composition and concentration of mixed standard working solutions

1.4 结果计算

采用上述仪器工作条件进行测定，测定结果按下式计算。

式中：X为试样中被测元素的含量/（mg/kg）；ρ为样液中被测元素的质量浓度/（μg/mL）；ρ0为空白溶液中被测元素的质量浓度/（μg/mL）；V为试样定容的总体积/mL；n为试样溶液稀释倍数；m为试样的质量/g。

2 结果与分析

2.1 分析谱线波长的选择

根据饲料样品溶液的特点以及ICP-OES所检测元素谱线的灵敏度，选择灵敏度高、干扰小、重复性好、线性好的谱线作为分析谱线。本研究选择的待测元素分析谱线波长分别为：K 766.490 nm、Ca 315.887 nm、Na 589.592 nm、Mg 279.553 nm、Fe 239.562/259.940 nm、Zn 206.200/213.856 nm、Cu 324.754 nm、Mn 257.610/259.373 nm、P 213.618 nm、Sr 407.771/421.552 nm、Al 396.152 nm、Cr 267.716 nm。

2.2 方法学参数测定结果

2.2.1 标准曲线与方法检出限

表 3 各元素的标准曲线、相关系数和检出限Table 3 Calibration curves, correlation coefficients and detection limits of 12 trace elements

2.2.2 预混合饲料和粗饲料中各元素的测定结果和精密度

由表4～5可知：预混合饲料和粗饲料中的K、Ca、Na、Mg、P 5 种元素的含量均较高；粗饲料中，除Fe、Sr、Cr、Al 4 种元素含量高于预混合饲料，其他8 种元素的含量均低于预混合饲料。

表 4 预混合饲料中各元素的检测结果Table 4 Summary of analytical results obtained for the determination of 12 trace elements in premixed feed

表 5 粗饲料中各元素的检测结果Table 5 Summary of analytical results obtained for the determination of 12 trace elements in crude feed

2.2.3 方法的准确度

表 6 粗饲料样品的加标回收率测定结果Table 6 Recoveries of spiked crude feed samples

续表6

表 7 预混合饲料样品的加标回收率测定结果Table 7 Recoveries of spiked pre-mixed feed samples

为确认方法的准确性，对粗饲料和预混合饲料样品进行加标回收率实验。由于预混合饲料样品中K、Ca、Na、Mg本底含量较高，加标回收测定结果误差较大，因此采用有值样品进行准确度评价。由表6～7可知：粗饲料和预混合饲料样品回收率测定结果为90.0%～106.9%；同时加标样品连续测定6 次的结果变异系数为0.76%～6.14%，满足GB/T 27404—2008《实验室质量控制规范 食品理化检测》的要求。

为进一步确定方法的准确度，以参加过中国检验检疫科学研究院测试评价中心能力验证平台ACAS-PT470（2017）《饲料中钙、铜、铁、镁含量的测定能力验证》和ACAS-PT471（2017）《饲料中锰、钾、钠、锌含量的测定能力验证》的样品作为实验对象，进行准确度实验。以评定报告中|Z|≤2.0为满意结果作为评定依据。

表 8 2 批能力验证样品的检测结果和样品指定值Table 8 Method validation using two batches of samples in comparison with specified values

由表8可知，采用本方法分析饲料中微量元素的结果准确度比较高。

3 结 论

采用微波消解技术对奶牛预混合饲料和粗饲料样品进行前处理，采用ICP-OES对多种元素进行同时测定。结果表明：样品6 次平行测定结果的变异系数为0.69%～8.70%，加标回收率为90.0%～106.9%；方法的检出限低、灵敏度高、准确性好，可以实现多种元素的同时测定；在常检元素的基础上拓展了Sr、Al、Cr 3 种元素的含量分析，使元素检测项目扩大到12 项，大大提高了工作效率。