不同产地菜籽油中微量元素的ICP-MS/MS法测定及统计比较

杨雯懿, 郝 婧，田佳于，黄建华，陈 林

(1.中南大学 计算机学院，长沙 410083； 2.湖南省中医药研究院 中药研究所，长沙 410013)

菜籽油富含人体所需的多种营养活性成分，这些成分是人们日常膳食结构中必不可少的组成部分[1-2]。食用油脂的总体质量根据有机成分所产生的烹调性能来确定，但其无机成分会影响安全性以及质量稳定性[3-5]。有研究[6]表明，食用油脂中的部分无机元素具有自然氧化加速的作用，能改变油脂的口味和保质期。因此，准确测定菜籽油中的无机元素能为其安全性研究和质量控制提供依据。

菜籽油中微量元素取决于油料的生长环境，其含量分布离散且与菜籽油的产地密切相关，即使是相同元素在不同产地的菜籽油中都存在较大的差异。因此，对菜籽油中微量元素分析方法的线性范围和检出限提出了更高的要求。传统的原子光谱分析技术，包括原子吸收光谱(AAS)和电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)虽然具有极宽的线性范围，但检出限达不到微量元素的测定要求；电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)具有线性范围宽、检出限低和灵敏度高的特点[7-9]，却无法彻底消除质谱干扰[10]。电感耦合等离子体串联质谱(ICP-MS/MS)是在带碰撞/反应池(CRC)的ICP-MS基础上附加一个四极杆质量过滤器(Q1)，与ICP-MS原有的四极杆质量过滤器(Q2)组成串联质谱(MS/MS)，通过精准控制CRC内的反应历程和反应产物，充分发挥反应模式的最佳潜质，几乎可以消除所有质谱干扰[11-13]。本研究采用煤油稀释菜籽油样品，应用ICP-MS/MS法测定其中Be、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Ba、Hg、Pb 16种微量元素，在MS/MS模式下，分别选择O2和NH3/He为反应气利用CRC技术消除质谱干扰，采用所建立的方法分析了15种菜籽油样品，并利用SPSS主成分分析和聚类分析法探讨菜籽油特征元素和微量元素与菜籽油产地的关系，旨在为菜籽油的质量控制和产地溯源提供科学方法。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1 000 mg/kg的Be、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Ba、Hg、Pb标准有机油，美国Spex Certiprep公司；1 000 mg/kg的Li、Sc、Y、In、Bi混合内标元素有机油，美国Spex Certiprep公司；优级纯煤油，美国Spectrum公司；15种一级冷榨菜籽油(分别产于湖南、湖北、重庆)，购于大型农贸市场。

Agilent8800 ICP-MS/MS，美国Agilent公司。

优化后ICP-MS/MS的操作条件见表1。

表1 ICP-MS/MS操作条件

1.2 实验方法

1.2.1 菜籽油中微量元素的测定

将菜籽油样品用煤油稀释3倍后直接进样，在优化的操作条件下利用ICP-MS/MS进行测定，通过内标混合T型接头分别在所有上机测试品中在线加入1 mg/kg的Li、Sc、Y、In、Bi混合内标元素，以匹配不同基体消除黏度差别。

1.2.2 数据处理

利用ICP-MS/MS自带的MassHunter工作站软件绘制校准曲线，通过校准曲线得到15种菜籽油样品中16种微量元素的含量，组成15×16的原始数据分析矩阵，应用SPSS 25软件进行主成分分析和聚类分析。

2 结果与讨论

2.1 ICP-MS/MS分析

菜籽油经煤油稀释后直接分析，样品复杂基质所形成的多原子离子对多种分析元素构成严重干扰，实验采用ICP-MS/MS的双四极杆过滤器进行消除。在MS/MS模式下，设置Q1的质荷比(m/z)，作为单位质量过滤器的Q1只允许与分析离子具有相同m/z的离子进入CRC，阻止来自样品基质和等离子体的大量干扰离子进入CRC，在CRC内通入反应气，使来自Q1的离子与反应气发生质量转移反应，从而使分析离子或干扰离子的m/z产生差异，通过设置Q2的m/z对来自CRC的反应产物离子进行分离，消除Q1无法消除的干扰离子。本实验在MS/MS模式下消除质谱干扰的工作原理见图1。

图1 在MS/MS模式下消除质谱干扰的工作原理

2.1.1 数据采集模式

2.1.2 校准数据和检出限

分别配制不同浓度梯度的分析元素混合标准有机油，按所建立的方法进行测定，经Mass-Hunter工作站软件获取校准数据，结果见表2。从表2可以看出，Fe、Mn、Cu、Zn、Sr、Ba在0～500 μg/kg范围内的线性相关系数大于等于0.999 8，其余10种分析元素在0～50.0 μg/kg范围内的线性相关系数大于等于0.999 6，表明所有分析元素具有良好的线性关系，16种元素的检出限为1.05～20.30 ng/kg。

表2 分析元素的校准数据和检出限(n=11)

2.1.3 菜籽油中微量元素的含量

采用ICP-MS/MS对我国3个不同产地(湖南、湖北和重庆)的15种菜籽油进行测定，其中8种产于湖南(样品编号为HN1、HN2、HN3、HN4、HN5、HN6、HN7、HN8)，4种产于湖北(样品编号为HB1、HB2、HB3、HB4)，3种产于重庆(样品编号为CQ1、CQ2、CQ3)，每个样品重复测定6次，结果见表3。采用SPSS 25的正态性检验对15种菜籽油中的16种微量元素进行K-S检验，Be、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Ba、Hg、Pb的显著性(双侧)P值分别为0.101、0.215、0.149、0.231、0.240、0.127、0.215、0.229、0.097、0.135、0.113、0.185、0.195、0.175、0.128、0.130，均大于显著水平(α=0.05)，表明15种菜籽油中的16种微量元素含量数据均服从正态分布。从表3可以看出，菜籽油中Fe、Cu、Zn的含量相对较高，毒理性元素Cd、Hg、Pb的含量远低于GB 2762—2017所规定的限量值，食用安全。

表3 菜籽油中微量元素的分析结果(n=6) μg/kg

2.2 主成分分析

采用SPSS 25对15种菜籽油中微量元素16种变量进行主成分分析。

2.2.1 微量元素的相关性分析(见表4)

从表4可以看出，16种元素两两之间具有较高的相关性，其中大部分显著相关，少数极显著相关。因此，采用主成分分析可用于微量元素的相关性分析。

表4 微量元素的相关系数矩阵

注：*显著相关,**极显著相关。

2.2.2 微量元素的因子分析(见表5)

表5 主成分分析特征值和总体方差描述

根据主成分累积方差不低于80%且特征值大于1的原则确定主成分个数。从表5可以看出，前6个主成分的累积方差达到84.487%，包含了菜籽油中16种微量元素含量的大部分信息，本实验提取6个主成分来评判菜籽油中微量元素的分布。

总方差的84.487%是由前6个主成分因子所贡献，根据主成分因子成分矩阵(见表6)，建立第一主成分F1、第二主成分F2、第三主成分F3、第四主成分F4、第五主成分F5、第六主成分F6得分模型。

表6 微量元素的因子分析

F1=-0.375X1-0.523X2-0.284X3+0.813X4+0.878X5-0.292X6+0.020X7+0.857X8-0.645X9-0.412X10+0.636X11+0.801X12+0.240X13-0.031X14-0.488X15+0.147X16

F2=0.302X1+0.529X2+0.751X3+0.272X4+0.379X5+0.372X6-0.242X7+0.094X8-0.585X9+0.481X10-0.278X11+0.238X12-0.335X13+0.336X14-0.102X15-0.474X16

F3=-0.016X1+0.413X2+0.208X3+0.141X4+0.076X5+0.426X6+0.630X7+0.263X8-0.094X9+0.092X10-0.031X11-0.106X12+0.557X13-0.757X14+0.265X15+0.193X16

F4=0.569X1-0.064X2-0.257X3-0.063X4-0.079X5+0.498X6+0.479X7+0.060X8+0.048X9-0.260X10+0.225X11-0.241X12+0.139X13+0.354X14-0.642X15-0.342X16

F5=0.517X1-0.159X2+0.057X3-0.308X4+0.133X5-0.360X6+0.075X7+0.183X8-0.090X9+0.368X10-0.286X11+0.112X12+0.489X13+0.349X14-0.007X15+0.500X16

F6=-0.151X1-0.405X2-0.373X3-0.014X4+0.048X5+0.256X6+0.101X7-0.302X8-0.115X9+0.470X10-0.037X11+0.290X12+0.317X13+0.070X14+0.340X15-0.481X16

其中，荷载值大于0.8为F1的X4、X5、X8、X12，与对应的Mn、Fe、Cu、Sr有高度正相关性，其余主成分的荷载值均小于0.8。因此，所对应的Mn、Fe、Cu、Sr为菜籽油的特征元素。

2.3 聚类分析

采用SPSS 25对15种菜籽油进行样品聚类分析。原始数据经标准化处理后，选择聚类方法为组间连接，以欧氏距离平方为测量准则进行系统聚类分析，树状图结果见图2。从图2可以看出，按产地15种菜籽油很好地聚为了3类，表明菜籽油中微量元素的含量是菜籽油产地分类的良好指标，可用于菜籽油的产地溯源分析。

图2 不同菜籽油的聚类分析

3 结 论

采用ICP-MS/MS测定了15种菜籽油中的16种微量元素，菜籽油经煤油稀释后直接进样分析，在MS/MS模式下，分别选择O2和NH3/He为反应气，利用CRC技术消除了质谱干扰。结果表明Fe、Mn、Cu、Zn、Sr、Ba在0～500 μg/kg范围内相关系数大于等于0.999 8，其余10种分析元素在0～50.0 μg/kg 范围内相关系数大于等于0.999 6，16种元素的检出限为1.05～20.30 ng/kg。将获得的原始数据分析矩阵标准化处理后，利用SPSS 25进行了主成分分析和聚类分析，提取6个主成分来评判菜籽油中微量元素的分布，确定了Mn、Fe、Cu、Sr是菜籽油的特征元素；根据微量元素的含量，聚类分析将15种菜籽油聚为3类，实现了菜籽油的产地溯源分析。