标准加入法和标准曲线法测定奶粉中锰的比较研究

冯灏，姚晓帆，胡家勇，程慧，彭青枝，周陶鸿

（1.湖北省食品质量安全监督检验研究院，武汉430075；2.湖北省食品质量安全检测工程技术研究中心，武汉430075）

0 引 言

锰是人体必需的微量元素之一，锰元素参与机体三大营养物质蛋白质、脂类、碳水化合物的新陈代谢，是金属酶的重要组成成分，同时也是许多酶的激活剂，在蛋白质合成中起重要作用，并与中枢神经、遗传信息的传递等生理活动有密切关系[1-3]。锰是构成人体骨骼的重要组成成分，其摄入不足会导致骨质疏松、糖尿病、动脉粥样硬化等疾病，主要表现为血清胆固醇水平下降、骨骼脱钙等等症状；过量则会造成锰中毒，出现头晕、头痛、情绪不稳等症状，严重时可发生重度精神病症状，包括高激惹性、暴力行为和幻觉，被称为锰狂症[4-5]。中国营养学会在《中国居民膳食营养素参考摄入量（2013版）》中制定了锰的适宜摄入量，6个月以内婴儿锰的适宜摄入量为每天0.01 m g，6月～1岁为0.7 m g，1～4岁为1.5 m g，4～7岁为2.0 m g，7～11岁为3.0 m g，11～14岁为4.0 m g，14岁以上为4.5 m g。对于孕妇，相比同龄人每天要多摄入0.3～0.4m g。

市场上流通的奶粉有很多种类，有老人喝的，小孩喝的，中年人喝的，年轻人喝的，甚至还有那种专门为高考而研发的一种奶粉帮助孩子智力发育，增强体质。而奶是一种锰含量较少的天然食品，因此添加微量锰元素的奶粉应运而生，其中的微量元素含量越来越受到消费者及营养学家的关注。近年来，国内外对食品中微量元素的检测的方法主要有紫外分光光度法[6-8]、原子吸收光谱法[9-11]、原子荧光光谱法[12-14]、电感耦合等离子体发射光谱法[15-18]和电感耦合等离子体质谱法[19-23]等。其中，电感耦合等离子体质谱法由于其低检测限、高灵敏度、高精密度、分析速度快以及多元素同时测定等良好的分析性能而得到了迅速的发展和广泛的应用。

与此同时，样品前处理是微量元素分析中不可或缺的关键环节，直接影响分析结果的精密度和准确度。选择合适的前处理方法，缩短样品的前处理时间，是保证检测质量和提高检测效率的一个重要方法。目前，传统消解样品主要用到3种方法：干式消解法、湿式消解法和微波消解法[24-25]。干式消解法是在一定温度条件下，使样品分解、灰化，留下的残渣再用适当的溶剂溶解，在通过不同的仪器上机检测。但该法不适用于一些高温易分解的元素且所需时间过长[26]。湿式消解法是在样品中加入一些氧化性强酸，比如硝酸、高氯酸等，并同时加热消煮，使有机物质分解氧化，这种破坏食品中有机物质的方法即为湿式消解法。但该法耗酸量大且容易受到外界污染，挥发损失较大[27]。微波消解通常是指利用微波加热封闭容器中的消解液和试样从而在高温增压条件下使各种样品快速消解的湿法消解。微波消解技术具有高效快速、试剂用量少、环境污染小等优点。微波消解加热快、升温高，消解能力强，大大缩短了样品处理时间[28-29]。由于奶粉样品使用普通消解方式容易乳化，极难消解完全，因此本文采用干灰化法和微波消解法对其进行前处理。通过比较N ex ION 350X ICP-MS在测定锰含量时标准曲线法与标准加入法的区别，为奶粉中金属元素的测定提供一定的参考。

1 实 验

1.1 材料与试剂

锰单元素溶液标准物质（GBW(E)080157）：中国计量科学研究院；水质锰（202528）：环境保护部标准样品研究所，水质锰（202529）：环境保护部标准样品研究所，奶粉质控样品（QC-IP-702）：中国检验检疫科学研究院测试评价中心；硝酸HNO3默克级：德国Merck公司。

所有消解罐、坩埚等放置于30%HNO3浸泡24 h，实验用水均为18.2 MΩ.cm（25℃）的超纯水。

1.2 仪器与设备

ME204电子天平,瑞士Mettler-To ledo仪器（上海）有限公司；超纯水器,英国ELGA有限公司；微波消解仪,奥地利安东帕有限公司；KLS30/11马弗炉,德国THERMCONCEPT公司；N ex ION 350X电感耦合等离子发射光谱质谱联用仪,美国PerkinElm er公司。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理

称取约0.5 g（精确至0.0001 g）实际样品及质控样品于微波消解管中，加入硝酸8.5 m L，预消解后上微波消解仪消解，消解完毕后于赶酸板上155℃赶酸，用超纯水转移至25 m L容量瓶中，定容摇匀，按照上述步骤操作制备空白试样，用ICP-MS标准曲线法和标准加入法加标后测定结果。

另称取约1 g（精确至0.001 g）样品于坩埚中，在电炉上微火炭化至无烟，置于525±25℃马弗炉中灰化8 h成白色灰烬，冷却至室温后取出，用1%硝酸溶液转移至25 m L容量瓶中，定容摇匀，按照上述步骤操作制备空白试样，用ICP-MS标准曲线法测定结果。

1.3.2 标准溶液配制

将锰单元素标准溶液用2%HNO3稀释成1μg/m L的工作溶液，得到锰标准储备液（浓度1μg/m L），分别精密量取上述镉标准储备液置100 m L量瓶中，用2%硝酸溶液稀释配制成浓度为 0、5、10、20、30、40μg/L的标准溶液进行测定，绘制标准曲线。

另将定容后的实际样品溶液均分成4份，第一份样品溶液不加标待测，另外3份样品溶液分别加入0.1、0.2、0.3 m L锰标准储备液，将未加标样品作为标准零点处理到标准曲线中，其反向延长线对应的浓度即为样品溶液中锰的浓度。

1.3.3 仪器条件

微波消解仪消解程序见表1。ICP-MS仪器条件参数见表2。

表1 微波消解程序

表2 ICP-MS仪器条件参数

1.3.4 计算公式

标准曲线法锰含量分析结果计算公式：

式中：C-C0为被测样品扣除试剂空白溶液的浓度，μg/L；V为被测样品定容体积，m L；f为稀释因子；m为试样质量，g；X为试样的含量，m g/kg；标准加入法锰含量结果在仪器上即可得到。

锰含量加标回收率结果计算公式：

式中：C0为加标溶液中待测物的浓度，μg/L；V0为加标体积，m L；C1为扣除空白后提取液中待测物的浓度，μg/L；V1为提取液体积，m L；f为稀释因子；m为称样量，g；X为样品中待测物含量，m g/kg；Y为加标回收率，%。

2 结果与分析

2.1 标准曲线和相关系数

按照上述1.3.2中步骤标准溶液配制完成后，进行ICP-MS测定。配制50μg/L的内标溶液，内标在样品雾化之前通过蠕动泵在线加入。ICP-MS测定结果如表3所示，标准曲线法回归方程为y=0.007x+0.000，相关系数为0.999973；标准加入法回归方程为y=0.008x+0.157，相关系数为0.999514。两种方法标准曲线线性相关系数均大于0.9995，通过水质 锰202528、水质锰202529标准溶液验证标准曲线的准确性，两种标准溶液测试结果均为满意。

表3 标准曲线法、标准加入法标准曲线

2.2 检出限和定量限

根据国际理论（化学）与应用化学联合会规定，测定11次平行试剂空白，计算浓度值的标准差，然后以标准差的3倍表示仪器检出限，ICP-MS测定结果如表4所示，计算得到标准曲线法测定Mn的检出限为0.0010 m g/kg，标准加入法测定Mn的检出限为0.0015 m g/kg；标准曲线法测定Mn的定量限为0.0035 m g/kg，标准加入法测定Mn的定量限为0.0050 m g/kg。

表4 标准曲线法、标准加入法检出限、定量限

2.3 内标选择

ICP-MS测定中的干扰大致可分为：物理干扰和质谱干扰。本文选择内标法校正样品消除物理干扰，通过碰撞/反应池模式去除质谱干扰。本文选择微波消解法和干式消解法处理后的两组质控和实际样品进行测定，以样品类型为横坐标，以内标回收率为纵坐标，本方法选择实验室常用于内标校正的72Ge、103R h标准溶液用作内标，结果如图1所示，通过验证质控样和实际样品内标回收率可知：72Ge的内标回收率效果比103R h高，且103R h与待测金属元素55Mn相差较大，校正结果受到影响，故本文最终选择72Ge作为内标元素。

2.4 消解方法比较

为了验证两种消解方法对测定奶粉中锰元素的影响，本文采用微波消解法和干式消解法两种消解方法对奶粉质控样品（QC-IP-702）进行前处理，ICP-MS测定，微波消解法进行六平行试验，干式消解法进行四平行试验验证两种方法的准确性和稳定性，检测结果见表5。

结果表明，微波消解法和干式消解法测定奶粉质控样（QC-IP-702）结果均在标准值范围内且RSD无明显区别，说明这两种前处理方法准确性高。为了验证两种前处理方法的稳定性，将同一样品进行平行试验，以测定得到的结果为考察指标，计算得出微波消解法RSD为0.9%，干式消解法RSD为1.0%，无明显区别。同时考虑到干式消解法操作繁琐，称样量大，工作周期长，对环境和实验室人员造成的污染重，且内标回收率较低，故选择微波消解法对样品进行处理。

图1 ICP-MS测定内标的比较选择

表5 微波消解法和干式消解法比较

2.5 检测方法比较

为了验证两种检测方法对测定奶粉中锰元素的准确性，本文采用微波消解法进行前处理，标准曲线法和标准加入法对奶粉质控样品进行ICP-MS测定，标准曲线法进行六平行试验，标准加入法进行四平行试验，检测结果见表6。

表6 标准曲线法、标准加入法对比

结果表明，微波消解法和干式消解法测定奶粉质控样结果均在标准值范围内，计算得到标准曲线法RSD为1.3%，标准加入法为RSD为0.5%，说明本研究建立的两种方法均可，方法准确度较高，标准加入法测定稳定性更好。

2.6 方法的准确度和精密度

方法的准确度采用回收率表示。为了提高方法的准确性，本研究选取对实际奶粉样品进行高中低三水平加标测定，浓度水平分别为2μg、4μg和8μg。精密度则采用相对标准偏差（RSD）表示。

2.6.1 实际奶粉样品回收率的测定

采用微波消解法对实际奶粉样品进行高中低三水平加标回收测定。分别计算加标回收率和RSD。检测结果见表7。

表7 标准曲线法、标准加入法三水平加标回收率

结果显示，采用标准曲线法进行测定时，加标回收结果较好，低水平加标回收率为104%，中水平加标回收率为103%，高水平加标回收率为103%；采用标准加入法测定结果回收率较好，低水平加标回收率为95%，中水平加标回收率为98%，高水平加标回收率为101%。加标回收率均在参考值范围内，说明本研究建立的两种方法均可，方法准确度高。

2.6.2 精密度试验

将同一样品连续测定6次，以测定得到的结果为考察指标，分别计算RSD，计算结果如表8所示。

结果显示，标准曲线法的RSD为0.9%；标准加入校正法的RSD为1.0%，两种方法RSD均小于5%且无明显区别，说明两种方法精密度高。

表8 标准曲线法、标准加入法精密度

3 结 论

本文建立了采用微波消解法和干式消解法两种前处理方法，采用标准加入法和标准曲线法两种检测方法测定奶粉中的锰，两种方法均操作简便快速，灵敏度高。通过选择72Ge作为55Mn测定的内标元素，对奶粉标准参考物质（QC-IP-702）进行测定，得出两种前处理方法测定结果均在标准值范围内，方法准确度高。考虑到干式消解法操作繁琐，工作周期长，污染大、内标回收率低等特点，选择微波消解法对样品进行处理。

微波消解法和干式消解法测定奶粉质控样结果均在标准值范围内，且均具有准确性高和精密度好的优点，标准加入法测定样品稳定性更好。当样品数量较多时，优先采用标准曲线法，标准曲线法适用于样品和标准曲线基体大致相同的情况，检测速度快；当样品基质较复杂时，优先采用标准加入法，标准加入法能有效避免样品基质的干扰，且实验误差较小，稳定性更高。