基于电感耦合等离子体串联质谱对不同种类肉质营养元素的研究

张雷雷，王 岩，高 镯，张春林，曹 梦

(河北省食品安全重点实验室 河北省食品检验研究院，河北 石家庄 050000)

肉类是人类身体获得能量的重要来源之一[1]，随着人民生活水平的不断提高，肉类的摄入量也随之增加[2]。家禽、牲畜和海鲜是我国主要肉类食品，根据世界卫生组织的定义，哺乳动物的肉通常被称为“红肉”，常见的包括猪肉、羊肉、牛肉等，而鸡、鸭等禽肉，以及鱼、虾等水产则统一被称为“白肉”。又因为生长环境和食物种类的不同，同种肉类间也存在差异[3]。

本研究选择鸡肉、鸭肉、猪肉、羊肉、鱼肉5种常见的肉类为研究对象，测量不同肉类中的12种营养元素含量[4-7]，分别是Li、Na、Mg、P、S、K、Ca、Cu、Fe、Zn、Se、Sr。这些微量元素虽然在人体内含量极小，但是却具有很大的营养价值[8]。不仅会影响人体蛋白的形成，与免疫功能密切相关，而且参与人体各种必须成分的合成工作等[9]。所以了解不同食物中微量元素的差异有利于合理膳食。本试验通过对各元素进行数据化分析和计算，更加客观地呈现了不同肉类的营养元素差异，帮助消费者全面了解了肉类产品的营养构成[10-11]。

目前元素类的检验检测主要依靠于光谱技术，其中主要包括：原子荧光光谱法(Atomic fluorescence spectrometer，AFS)[12]、原子吸收分光光度法(Atomic absorption spectroscopy，AAS)[13]、电感耦合等离子体原子发射光谱法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)等[8]，其中适用于同时快速检测多种元素的只有ICP-OES法和ICP-MS法，而其中ICP-MS灵敏度更高，检出限险更低，抗干扰能力更强等[14-15]。本次试验选用电感耦合等离子体串联质谱仪(ICP-MS/MS)，相比于ICP-MS，ICP-MS/MS多串联一个四级杆，相当于多了一个目标物的筛选过滤器，能够更有效的排除在分析物产物离子的质量数处出现的非目标天然离子，所以MS/MS能够消除潜在的干扰[16-17]。利用No Gas、H2、O2、He、NH3/He五种模式，确定不同元素测量的最佳条件，以确保反应池(CRC)反应过程更纯粹，数据更加精准可靠[18-20]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品随机采购于超市，种类包括鸡肉、鸭肉、猪肉、鱼肉、羊肉、共五种样品，每种类各取三个批次，共15个样品。肉类产品将可食用部分匀浆均匀，密封低温避光储存，待用。

1000μg/mL的Li、Na、Mg、P、S、K、Ca、Cu、Fe、Zn、Se、Sr、Sc、Bi、Rh、Y有色金属标准贮备溶液，北京标准物质研发中心；65 %的BV-III级硝酸，北京化学试剂研究所有限责任公司；1μg/mL(含元素Li、Y、Co、Tl、Ge、Mg)调谐液，美国赛默飞世尔公司；超纯水，电阻率为18.2MΩ·cm。

1.2 仪器与设备

Agilent 8900型电感耦合等离子体串联质谱仪，美国安捷伦公司；Milli-Q超纯水机，美国Millipore公司；MARS6微波消解仪，美国CEM公司；BHW-09C恒温加热器，上海博通公司；电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理

称取待测肉类样品0.3～0.5g(精确到0.001g)于微波消解内罐(聚四氟乙烯消解罐)中，加入5mL硝酸，加内盖浸泡3～4h或过夜，拧紧罐帽，通过微波消解仪进行消解(消解程序条件见表1)，冷却后取出并开盖排气。然后放置在控温电热板上，于100 ℃加热20～30min脱气。待冷却后转移至50mL容量瓶，加水定容，摇匀备用。同时采取相同步骤进行空白实验。

表1 微波消解条件

1.3.2 标准溶液配制

吸取适量单元素标准溶液，用硝酸溶液(5+95)逐级稀释，配成混合标准工作溶液，相应标准系列浓度如下：待测元素Ca、P、S、Zn、Cu、Fe、K、Mg、Na浓度梯度为0、1、10、50、100、500、1000μg/L；待测元素Li、Se、Sr浓度梯度为0、0.1、1、10、20、50、100μg/L。然后分别以元素Sc、Y、Rh、Bi为在线内标物质，配置混合内标液。

1.3.3 营养元素含量测定

本试验采用ICP-MS/MS串联四极杆的方式，同时测定试样溶液中待测元素的含量。通过ICP-MS/MS调谐程序，调整仪器各项指标。采用1 μg/mL的Li、Y、Co、Tl、Ce、Mg元素混合溶液作为调谐液，以蠕动泵0.10 rps转速持续进液，分别对仪器在No Gas、H2、O2、He、NH3/He五种模式下进行条件优化，观测特定质量数下的离子计数、灵敏度、氧化物、双电荷、分辨率等参数，以确定仪器最佳工作条件，使仪器信号更稳定，灵敏度高，各项参数满足试验要求。

根据不同分析方法，在No Gas模式下，观测质量数为7、89、205的离子；He模式下，观测质量数为59、89、205的离子；H2模式下，观测质量数为Q1=Q2=59、89、205的离子；O2模式下，观测质量数为Q1=Q2=59、Q1/Q2=89/105、Q1=Q2=205的离子，NH3/He模式下，观测的质量数为Q1=Q2=59、Q1/Q2=89/191、Q1=Q2=205的离子。

在No Gas、H2、He模式下氧化物(CeO/Ce)均小于1 %，双电荷比(138Ba++/137Ba+)小于1.5%，所有模式下RSD均小于5%时，视为调谐成功。本实验采用的ICP-MS/MS最佳工作条件为：RF功率为1550W，辅助气流量为0.9L/min，等离子体气体流量为15.0L/min，采样深度为8.0mm。其余具体仪器参数见表2。

表2 ICP-MS/MS仪器参数

调谐结束后，进行方法编辑。将内标液同试剂空白、标准系列、试样溶液分别引入ICP-MS/MS中，对待测元素及内标元素的信号响应值进行采集和计算。

1.4 数据处理方法

调用Agilent MassHunter数据工作站，在软件内进行分析，拟合线性回归曲线，计算回归方程，给出测定结果。

试样中待测元素的含量按下列公式计算：

2 结果与分析

2.1 质谱干扰及消除方法

本实验采用SQ标准模式和MS/MS串杆模式同时测定多种元素浓度，利用不同模式和反应气下，发生原位质谱或质量转移的方式对干扰进行消除。在SQ标准模式下，He气不参与离子的碰撞和反应，相当于ICP-MS，但灵敏度略高。而在MS/MS模式下，待测元素离子与反应气原子发生碰撞消除干扰的方式，叫做原位质谱，在此种方式中前后八级杆偏转电压Q1=Q2。此外，在气体和待测元素碰撞时也会发生反应，形成新的团簇离子，即发生质量转移，此时需要对Q1和Q2分别进行设置，改变八级杆偏转电压，以求精准捕捉新质量数离子，从而消除干扰离子。本实验待测元素的同位素质谱分析见表3。

表3 同位素质谱分析

2.2 标准曲线及检出限

依照梯度浓度要求，配制混合标准工作溶液，根据所建立的方法进行分析测试，以内标元素为参考点自动拟合校准曲线。最终得到以X轴为浓度点，以Y轴为响应值的线性拟合标准曲线，线性系数见表4。通过对空白溶液进行连续测定，以元素标准偏差计算得到待测元素检出限和背景等效浓度。结果如表4所示，12种待测元素的线性相关系数均符合标准(R2≥0.9997)，即线性范围内线性较好；检出限和背景等效浓度较低，均低于现行国家食品安全检验标准方法。

表4 同位素线性范围和检出限

2.3 加标回收率和准确度

为了进一步验证分析待测样品时方法的准确性，在优化的试验条件下，对五种样品进行加标回收试验，肉类样品平行测定3次，得出全部待测元素的加标回收率在 95.80%～109.30%之间，RSD≤3.84%，表明本次实验方法重复性优异，准确性好。所有元素的加标结果如表5所示。

表5 加标样品的加标回收率与重复性

2.4 样品测定

本试验分别收集测定了鸡肉(A)、鸭肉(B)、猪肉(C)、鱼肉(D)、羊肉(E)五种肉类样品，每种样品三个批次，对收集的共15个样品进行多元素测定，每个样品重复测定3次，试验结果见表6。

表6 样品分析结果

从结果中可以看出鸡肉、鸭肉、猪肉、鱼肉和羊肉中，不同肉类的Li、Na、Mg、P、S、K、Ca、Cu、Fe、Zn、Se、Sr等元素的含量差异十分明显。其中，Mg、S、K、Zn元素在猪肉中的含量远高于其它肉类；Li、Cu、Se元素在鱼肉中含量相对较多；而羊肉则含有大量的Na、P、S、Cu、Fe、Sr元素。

3 结论

本实验通过电感耦合等离子体串联质谱技术(ICP-MS/MS)测定不同品种肉类的12种营养元素的含量，探究元素含量与肉类品种之间的关系。采用SQ标准模式和MS/MS串杆模式同时测定多种元素浓度，利用不同反应气下原位质谱或发生质量转移的方式，消除干扰，利用在线内标元素校正了基体效应，稳定各元素的质谱信号。通过对实际样品进行分析发现，猪肉的Mg、S、K、Zn元素含量高；Li、Cu、Se元素在鱼肉中含量相对较多；而羊肉则含有大量的Na、P、S、Cu、Fe、Sr元素。实验结果可以证明，红肉(猪、羊)含有丰富的营养元素；而在白肉(鸡、鸭、鱼)中，鱼类的营养价值相对较高，而鸡肉和鸭肉中的营养元素含量普遍偏低。通过对不同肉类中营养元素含量的准确测量，为肉类营养价值的衡量提供了数据支撑，帮助消费者全面了解了肉类产品的营养元素构成，为不同购买需求的消费者提供了选择指导。