三重四极杆-电感耦合等离子体质谱法测定特殊医学用途配方食品中的磷

董刘敏，薛庆海，黄丽俊，华佳淼，孙 丽，沈海丽，李紫薇，冯永巍

（1. 无锡市食品安全检验检测中心，国家市场技术创新中心（特殊食品），江苏无锡 214000；2. 淮安市食品药品检验所，江苏 淮安 223300）

磷元素是人体骨骼和牙齿的重要构成物质。人体分泌的乳汁、肌肉组织中，磷都是必需物质，同时人体DNA、RNA 的组成成分也包含磷元素，磷元素有助于保持机体酸碱的平衡，促进人体的新陈代谢。如果人体缺磷，可能会出现肌肉无力、骨骼疼痛、缺乏食欲等症状，严重者甚至会出现佝偻病及软骨病。一般人体很少缺磷，但是对一些特殊人群，除了正常的饮食摄取外，还需要补充一些添加了包括磷在内的各种微量元素的特殊营养配方食品。

特殊医学用途配方食品是一种医用食品，主要应用于术后恢复期、消化吸收障碍或患有特定疾病的人群。按营养的角度一般将特殊医学用途配方食品分为全营养、特定全营养、非全营养三大类[1]。

目前，食品中磷的检测方法主要有钼蓝分光光度法、钒钼黄分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）[2]、毛细管电泳法[3]、原子吸收光谱法[4]和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）[5-6]。分光光度法操作步骤繁琐，线性关系不好，传统ICPMS 法在分析基质复杂的样品时，难免会遇到质谱和非质谱的干扰[7]，影响准确度。目前，电感耦合等离子体串联质谱仪（ICP-MS/MS） 利用质量转移彻底消除干扰已有报道[8-11]，结合实际样品建立三重四极杆-电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS/MS 法） 的2 种模式[He 气碰撞（SQ-KED 模式） 和O2反应池模式（TQ-O2模式） ]进行探索特殊医学用途配方食品中磷含量，该方法2 种模式去干扰强，灵敏度高，准确快速、简便，都适合快速测定基质复杂的特殊医学用途配方食品中磷含量，实验室可以根据自身条件和样品含量选择合适的方法。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

Thermo Fish iCAPTQ 型电感耦合等离子体质谱仪，美国Thermo Fish 公司产品；Mili-Q IQ70 型超纯水仪，法国默克密理博产品；Mars6 型微波消解仪，美国CEM 产品；ME204E 型电子天平，瑞士梅特勒-托利多公司产品；Brand 型多量程移液器，德国Brand 公司产品。

1.2 试剂与材料

试剂：upS 级硝酸，苏州金瑞化学股份有限公司提供；超纯水（电阻率18.2 MΩ·cm）；磷元素标准溶液[GSB 04-1741-2004（a）]及内标混合标准溶液（GNM-M061899-2013），国家有色金属电子材料分析测试中心提供；高纯氩气、氦气和氧气（纯度＞99.999），鑫锡仪科技有限公司提供。

材料：收集3 款特殊医学用途配方食品：炎性肠病适用的特殊医学用途配方食品A（粉末状），购自当地药店；食物蛋白过敏婴儿特殊医学用途氨基酸配方食品B（粉末状）、苯丙酮尿症适用特殊医学用途配方食品C（粉末状），纽迪西亚无锡有限公司提供。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

由于特殊食品的原料组成复杂，粒径差异大，痕量成分混合均匀性较难保证[12]，又因为微波消解法称样量为0.3～0.5 g，取样量比较小，所以为了保证样品的均匀性，研究对粉末样品进行复原操作后再进行称取样品。

粉末样品：称取30 g 样品于干净的烧杯中，放入磁力搅拌转子，在烧杯中加入40～50 ℃的超纯水120 g，把烧杯放在磁力搅拌器上，开启搅拌器调整好转速使样品平稳涡旋，至样品完全溶解后称样[13]。

于微波消解罐中称取上述液体样品约1.5～2.5 g（精确至0.001 g） 经过复原的粉末样品（即干物质0.3～0.5 g） 于55 mL 的聚四氟乙烯消解管中，加入硝酸6 mL，放置在赶酸器上于120 ℃条件下预消解30 min，冷却后旋紧罐盖，按照微波消解仪操作步骤设定条件消解（见表1），消解完毕后取出，缓慢打开罐盖泄压，放在赶酸器100 ℃赶酸30 min 后，冷却至室温，用一级水转移至50 mL 聚四氟乙烯容量瓶中，定容至刻度，摇匀备测。同时做空白试验。

微波消解程序见表1。

1.3.2 仪器操作参考工作条件

当仪器点火稳定后，使用调谐溶液对仪器进行调谐，校正后的仪器参数见表2，选择31P 同位素，以45Sc（200 μg/L） 为在线内标，在碰撞（SQ-KED）模式下和加氧模式（TQ-O2） 分别测定标准、空白、样品、加标样，以磷的质谱信号强度值CPS 与内标计数值的比例值为纵坐标，磷的标准溶液浓度为横坐标绘制标准曲线，计算样品中磷含量。

电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS/MS） 工作条件见表2。

表2 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS/MS） 工作条件

2 结果与分析

2.1 样品前处理方法的选择

目前，常用的消化方式有湿法消解、干法消解、微波消解、压力消解。湿法消解试剂用量大，杂质干扰多，空白值偏高；干法消解完全是敞开式消解，灰化时容易着火，造成损失，使待测元素检测结果偏低；压力消解和微波消解是全封闭的消解系统，试剂用量少、消解时间短、安全环保，可减少待测元素的损失[14-15]。因此，试验选择微波消解。

特殊医学用途配方食品基质复杂，主要成分为碳水化合物、蛋白质和脂肪，其中碳水化合物中以淀粉糖为主[16-17]，为了避免消解过程中发生危险及保证消解效果，试验也探究了微波消解的消解温度和时间对消解结果的影响。

选取A 样（标签明示值为230 mg/100 g），在尽量保持样品质量（干样0.5 g） 一致的情况下分别考查了180 ℃，15 min；185 ℃，25 min；190 ℃，30 min；200 ℃，20 min；200 ℃，25 min 的消解条件，180 ℃，15 min 和185 ℃，25 min 消解条件的溶液不够澄清，稍带浑浊。

微波消解条件见图1。

图1 微波消解条件

由图1 可知，在190 ℃下保持30 min，磷含量没有随着最大消解温度的增高而增加，且溶液澄清，为了考虑结果的准确性和维护微波消解仪的使用寿命，故采用190 ℃保持30 min 为试验的消解条件。

2.2 干扰及消除

干扰通常分为质谱干扰和非质谱干扰。质谱干扰主要包括同量异位素重叠、多原子离子、双电荷等离子及背景质谱干扰；质谱干扰的抑制采用碰撞池、反应池、动能歧视和干扰方程来实现[18]。非质谱干扰主要包括质谱内沉积物和样品基体。质谱内沉积物可以通过适当的清洁而降低；非质谱干扰源于样品基体效应，最有效的方法是稀释样品和内标法[19]。

磷元素（m/z=31） 可能受到的干扰有多原子干扰（14N16O1H+，1HSi+，12C19F+），和双电荷干扰（63Cu++，62Ni++）；磷元素（m/z=47） 可能受到的干扰有离子干扰（47Ti+）[20]。

试验选择碰撞和反应模式，原理是SQ-KED 模式中，第一重四极杆中选择所有质荷比为31 的离子，第二级反应池CRC 中充满氦气，由于与氦气发生碰撞，根据横截面的不同，多原子离子比分析物离子碰撞次数多，多原子失去更多能量，形成低能离子，不能进入第三级四极杆（Q3），目标离子才能进入。TQ-O2模式中，而第一重四极杆中选择所有质荷比为31 的离子，第二级反应池CRC 中氧气，目标离子P 与Q2反应，实现质量数转移，变成质荷比为47 的[31PO16]+的产物，在第三重四极杆中，Q3单独分析目标离子反应产物[31PO16]+，将干扰去除。

2.3 内标的选择

2.3.1 内标种类选择

选择内标首要考虑是样品中不含有该元素，而非质量数或第一电离能与待测元素接[21]。按照1.3.1前处理微波消解条件，将消解好的样A 溶液用2 种模式进行测定6 次，SQ-KED 模式下以100 μg/L45Sc，72Ge，103Rh，115In，209Bi 为内标校正，TQ-O2模式下只有Sc 和Ge 内标可选，所以TQ-O2模式以100 μg/L Sc和Ge 作为内标校正。

KED-SQ 模式下不同内标的平均回收率及精密度RSD（n=6） 见图2，TQ-O2模式下2 种内标的平均回收率及精密度RSD（n=6） 见表3。

图2 KED-SQ 模式下不同内标的平均回收率及精密度RSD（n=6）

表3 TQ-O2 模式下2 种内标的平均回收率及精密度RSD（n=6）

由图2 可知，SQ-KED 模式下5 种内标的回收率都在80%～120%，但是45Sc 和103Rh 的回收率更接近100%，是最优选择，又因为用45Sc 做内标时，样品的RSD 相对较小，故试验SQ-KED 模式选择45Sc作为内标；由表2 可知，TQ-O2模式中72Ge.16O 内标回收率更接近100%，45SC.16O 和72Ge.16O 作为内标校正下，RSD 相差不大，故选择TQ-O2模式选择72Ge.16O作为内标即选择72Ge 作为内标。

2.3.2 内标质量浓度的选择

GB 5009.268—2016 中内标质量浓度选择参考范围为25～100 μg/L，可以适当提高质量浓度[22]。

同样按照1.3.1 的处理方法将消解好的样A 溶液在2 种模式下进行测定6 次，SQ-KED 模式下分别以10，20，50，100，200，500，1 000 μg/L 的45Sc为内标校正；TQ-O2模式下以10，20，50，100，200，500，1 000 μg/L 的72Ge 为内标进行平均回收率和样品精密度RSD 试验。

SQ-KED 模式下内标Sc 不同质量浓度内标平均回收率和样品精密度RSD（n=6） 见图3，TQ-O2模式下内标Ge 不同质量浓度内标平均回收率和样品精密度RSD（n=6） 见图4。

图3 SQ-KED 模式下内标Sc 不同质量浓度内标平均回收率和样品精密度RSD（n=6）

图4 TQ-O2 模式下内标Ge 不同质量浓度内标平均回收率和样品精密度RSD（n=6）

由图3 和图4 可知，不同的内标质量浓度回收率都在80%～120%，RSD 也都满足要求，随着内标质量浓度增加，内标回收率都接近100%。100，200，500，1 000 μg/L 质量浓度的回收率和RSD 相差不明显，考虑到高质量浓度内标长期使用，会造成仪器管路污染，同时为了方便，故2 种模式均采用200 μg/L的Sc 作为试验的内标。

2.4 线性关系

线性方程及相关系数见表4。

表4 线性方程及相关系数

2.5 方法检出限和定量限

分别在2 种模式下，通过连续测定样品空白20 次，根据检出限的计算方法LOD=3 sd/b 和LOQ=10 sd/b（b 为工作曲线斜率），以磷元素与内标Sc 响应信号值的比值的3 倍和10 倍标准偏差除以工作曲线斜率，以0.5 g 取样量，定容至50 mL 的稀释倍率，计算出方法检出限和定量限。

2 种模式下的检出限和定量限见表5。

表5 2 种模式下的检出限和定量限

2.6 加标回收率及精密度试验

称取特殊医学用途配方食品样A，B，C 各12 份平行样品，其中6 份添加约标签值50%含量值，按照1.3.1 方法处理样品，进行加标回收试验（采用重量法加标），分别在2 种模式下检测回收率及精密度。

SQ-KED 模式加标回收及精密度（n=6） 见表6，TQ-O2模式加标回收及精密度（n=6） 见表7。

表6 SQ-KED 模式加标回收及精密度（n=6）

表7 TQ-O2 模式加标回收及精密度（n=6）

2.7 测定结果与标签明示值比较

测定结果与标签明示值比较见表8。

表8 测定结果与标签明示值比较

通过选取不同含量的3 款特殊医学用途配方食品进行检测，含量范围为230～1 103 mg/100 g，检测结果均与产品标签明示值相符合。

3 结论

通过三重四极杆- 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS/MS 法） 2 种模式（氦气碰撞模式SQ-KED和加氧模式TQ-O2） 测定特殊医学用途配方食品中磷含量，择优选择200 μg/L 的Sc 作为SQ-KED 模式的内标；200 μg/L72Ge 为TQ-O2模式下的内标。2 种模式下（SQ-KED 和TQ-O2） 条件下的检出限、定量限、回收率、精密度均标准符合GB/T 27404—2008《实验室质量控制规范 食品理化检测》[23]中的要求：被测组分含量＞100 mg/kg，加标回收率95%～105%；含量在100～1 000 mg/100 g，精密度RSD＜2.7%；含量大于1 000 mg/100 g 精密度＜2.0%。同时，用2 种模式检测了3 批特殊医学用途配方食品中磷含量，都在标签明示值±5%，2 种模式下结果无显著统计学差异（p＞0.05），实验室可以根据自身条件和需要选择合适测定模式。